802.11 调制解调技术解析
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802.11介绍802.11是IEEE最初制定的一个无线局域网标准,主要用于解决办公室局域网和校园网中,用户与用户终端的无线接入,业务主要限于数据存取,速率最高只能达到2Mbps。
目前,3Com等公司都有基于该标准的无线网卡。
由于802.11在速率和传输距离上都不能满足人们的需要,因此,IEEE小组又标准详解802.11协议组是国际电工电子工程学会(IEEE)为无线局域网络制定的标准。
虽然WI-FI使用了802.11的媒体访问控制层(MAC)和物理层(PHY),但是两者并不完全一致。
802.11a是802.11原始标准的一个修订标准,于1999年获得批准。
802.11a标准采用了与原始标准相同的核心协议,工作频率为5GHz,使用52个正交频分多路复用(OFDM)副载波,最大原始数据传输率为54Mb/s,这达到了现实网络中等吞吐量(20Mb/s)的要求。
目前正在开发中的版本是802.11ae—2012。
工作频段802.11采用2.4GHz和5GHz这两个ISM频段。
其中2.4GHz的ISM频段为世界上绝大多数国家采用。
5GHz ISM 频段在一些国家和地区的使用情况比较复杂,加上高载波频率所带来了负面效果,使得802.11a的普及受到了限制,虽然它是协议组的第一个版本。
全家族*IEEE 802.11,1997年,原始标准(2Mbit/s,工作在2.4GHz)。
* IEEE802.11a,1999年,物理层补充(54Mbit/s,工作在5GHz)。
*IEEE 802.11b,1999年,物理层补充(11Mbit/s工作在2.4GHz)。
* IEEE 802.11c,符合802.1D的媒体接入控制层桥接(MAC Layer Bridging)。
* IEEE 802.11d,根据各国无线电规定做的调整。
* IEEE802.11e,对服务等级(Quality of Service,QoS)的支持。
* IEEE 802.11f,基站的互连性(IAPP,Inter-Access Point Protocol),2006年2月被IEEE批准撤销。
802.11n无线网络技术全面解析【大】【中】【小】2009-03-12 09:50:03 来源:互联网作者:互联网责任编辑:麦孔802.11n的核心----MIMO-OFDMOFDM调制技术是将高速率的数据流调制成多个较低速率的子数据流,再通过已划分为多个子载体的物理信道进行通讯,从而减少ISI(码间干扰)机会。
MIMO(多入多出)技术是在链路的发送端和接收端都采用多副天线,将多径传播变为有利因素,从而在不增加信道带宽的情况下,成倍地提高通信系统的容量和频谱利用率,以达到WLAN系统速率的提升。
将MIMO与OFDM技术相结合,就产生了MIMOOFDM技术,它通过在OFDM 传输系统中采用阵列天线实现空间分集,提高了信号质量,并增加了多径的容限,使无线网络的有效传输速率有质的提升。
双频带(20-MHz和40-MHz带宽)IEEE802.11n通过将两个相邻的20MHz带宽捆绑在一起组成一个40MHz 通讯带宽,在实际工作时可以作为两个20MHz的带宽使用(一个为主带宽,一个为次带宽,收发数据时既可以40MHz的带宽工作,也可以单个20MHz带宽工作),这样可将速率提高一倍。
同时,对于 IEEE802.11a/b/g,为了防止相邻信道干扰,20MHz带宽的信道在其两侧预留了一小部分的带宽边界。
而通过频带绑定技术,这些预留的带宽也可以用来通讯,从而进一步提高了吞吐量。
ShortGI(GuardInterval)是802.11n针对802.11a/g所做的改进。
射频芯片在使用OFDM调制方式发送数据时,整个帧是被划分成不同的数据块进行发送的,为了数据传输的可靠性,数据块之间会有GI,用以保证接收侧能够正确的解析出各个数据块。
无线信号在空间传输会因多径等因素在接收侧形成时延,如果后续数据块发送过快,会和前一个数据块形成干扰,而GI就是用来规避这个干扰的。
11a/g的GI时长为800us,而 ShortGI时长为400us,在使用ShortGI的情况下,可提高10%的速率。
IEEE 802.11n标准的主要技术在今天的无线通信领域,IEEE 802.11n标准是一项重要的技术,它为无线局域网提供了更快的速度和更稳定的连接。
IEEE 802.11n标准采用了一系列新的技术来提高无线网络的性能,包括MIMO(多输入多输出)、OFDM(正交频分复用)、空间复用和通道绑定等。
这些技术带来的革新为无线通信带来了新的发展机遇,也加速了无线网络的普及和发展。
1. MIMO技术MIMO技术是IEEE 802.11n标准的核心技术之一。
MIMO利用多个天线来传输和接收数据,可以在同一时间和频率上传输多个数据流,从而大大提高了无线网络的传输速度和稳定性。
通过MIMO技术,无线网络可以实现更远距离的覆盖和更高的数据传输速率,为用户提供了更好的网络体验。
2. OFDM技术OFDM技术也是IEEE 802.11n标准的重要技术之一。
OFDM采用了一种特殊的频率分配方式,将数据流分成多个低速的子流,并采用正交载波的方式同时传输这些子流,从而提高了信号的抗干扰能力和频谱利用率。
通过OFDM技术,无线网络可以更有效地利用频谱资源,同时也能够更好地抵抗多径衰落和干扰,提高了网络的稳定性和可靠性。
3. 空间复用技术IEEE 802.11n标准还引入了空间复用技术,通过同时在不同的天线上发送不同的数据流,实现了空间的复用,从而提高了无线网络的容量和覆盖范围。
空间复用技术让无线网络可以在相同的频率和时间上传输多个数据流,大大提高了网络的效率和性能。
4. 通道绑定技术通道绑定技术是IEEE 802.11n标准的又一项重要技术。
通道绑定技术允许无线网络同时使用多个频道,从而增加了网络的容量和吞吐量。
通过通道绑定技术,无线网络可以更好地适应复杂的无线环境,减少了干扰和冲突,提高了网络的性能和稳定性。
总结回顾通过对IEEE 802.11n标准的主要技术进行全面的分析和评估,我们可以看到,这些技术为无线网络带来了重大的革新和改进。
802.11a802.11b802.11g802.11n IEEE无线网络标准详析802.11aIEEE无线网络标准,指定最大54Mbps的数据传输速率和5GHz的工作频段。
802.11a标准是已在办公室、家庭、宾馆、机场等众多场合得到广泛应用的802.11b无线联网标准的后续标准。
它工作在5GHzU-NII频带,物理层速率可达54Mb/s,传输层可达25Mbps。
可提供25Mbps的无线ATM接口和10Mbps的以太网无线帧结构接口,以及TDD /TDMA的空中接口;支持语音、数据、图像业务;一个扇区可接入多个用户,每个用户可带多个用户终端。
802.11的第二个分支被指定为802.11a。
承受着风险将802.11带入了不同的频带——5.2GHzU-NII频带,并被指定高达54Mbps的数据速率。
与单个载波系统802.11b不同,802.11a运用了提高频率信道利用率的正交频率划分多路复用(OFDM)的多载波调制技术。
由于802.11a运用5.2GHz射频频谱,因此它与802.11b或最初的802.11WLAN标准均不能进行互操作。
IEEE802.11bIEEE802.11b无线局域网的带宽最高可达11Mbps,比两年前刚批准的IEEE802.11标准快5倍,扩大了无线局域网的应用领域。
另外,也可根据实际情况采用5.5Mbps、2Mbps和1 Mbps带宽,实际的工作速度在5Mb/s左右,与普通的10Base-T规格有线局域网几乎是处于同一水平。
作为公司内部的设施,可以基本满足使用要求。
IEEE802.11b使用的是开放的2.4GB频段,不需要申请就可使用。
既可作为对有线网络的补充,也可独立组网,从而使网络用户摆脱网线的束缚,实现真正意义上的移动应用。
IEEE802.11b无线局域网与我们熟悉的IEEE802.3以太网的原理很类似,都是采用载波侦听的方式来控制网络中信息的传送。
不同之处是以太网采用的是CSMA/CD(载波侦听/冲突检测)技术,网络上所有工作站都侦听网络中有无信息发送,当发现网络空闲时即发出自己的信息,如同抢答一样,只能有一台工作站抢到发言权,而其余工作站需要继续等待。
802.11协议解析(2019/01/05)1.1 802.11n标准发展历程IEEE 802.11工作组意识到支持高吞吐将是WLAN技术发展历程的关键点,基于IEEE HTSG (High Throughput Study Group)前期的技术工作,于2003年成立了Task Group n (TGn)。
n表示Next Generation,核心内容就是通过物理层和MAC层的优化来充分提高WLAN技术的吞吐。
由于802.11n涉及了大量的复杂技术,标准过程中又涉及了大量的设备厂家,所以整个标准制定过程历时漫长,预计2010年末才可能会成为标准。
相关设备厂家早已无法耐心等待这么漫长的标准化周期,纷纷提前发布了各自的11n产品(pre-11n)。
为了确保这些产品的互通性,WiFi联盟基于IEEE 2007年发布的802.11n草案的2.0版本制定了11n产品认证规范,以帮助11n技术能够快速产业化。
1.2 技术概述802.11n主要是结合物理层和MAC层的优化来充分提高WLAN技术的吞吐。
主要的物理层技术涉及了MIMO、MIMO-OFDM、40MHz、Short GI等技术,从而将物理层吞吐提高到600Mbps。
如果仅仅提高物理层的速率,而没有对空口访问等MAC协议层的优化,802.11n 的物理层优化将无从发挥。
就好比即使建了很宽的马路,但是车流的调度管理如果跟不上,仍然会出现拥堵和低效。
所以802.11n对MAC采用了Block确认、帧聚合等技术,大大提高MAC层的效率。
802.11n对用户应用的另一个重要收益是无线覆盖的改善。
由于采用了多天线技术,无线信号(对应同一条空间流)将通过多条路径从发射端到接收端,从而提供了分集效应。
在接收端采用一定方法对多个天线收到信号进行处理,就可以明显改善接收端的SNR,即使在接受端较远时,也能获得较好的信号质量,从而间接提高了信号的覆盖范围。
其典型的技术包括了MRC等。
802.11a/g物理层是用OFDM来实现的,因此可以提供比802.11b更高的数据速率,数据速率最高可达54Mbps。
下表为OFDM的主要参数下面就以802.11a协议来说明物理层信号发射的编码、OFDM调制过程。
802.11a的PPDU数据单元的格式为:数据包包括Preamble、Header以及PSDU DATA部分。
在MAC层请求物理层要求发送数据时,会发送TXVECTOR矢量,物理层收到请求后产生PLCP preamble域,Preamble由10个重复的短训练序列(用于AGC、信号检测、粗频率偏移估计以及符号定位)和2个重复的长训练序列(精频率偏移估计、信道估计)构成。
报头的第一部分包含了1 0 个重复的持续时间为800ns 的短训练符号,它的时间长度仅为正常OFDM 符号时间长度的1/4(OFDM符合时间长度为3.2uS)。
短训符号由12个子载波组成,对应的编号均为4 的倍数,即{-24、-20、-16、-12、-8、-4、4、8、12、16、20、24}号子载波,用序列S–26, 26 = √(13/6) {0, 0, 1+j, 0, 0, 0, –1–j, 0, 0, 0, 1+j, 0, 0, 0, –1–j, 0, 0, 0, –1–j, 0, 0, 0, 1+j, 0, 0, 0, 0,0, 0, 0, –1–j, 0, 0, 0, –1–j, 0, 0, 0, 1+j, 0, 0, 0, 1+j, 0, 0, 0, 1+j, 0, 0, 0, 1+j, 0,0}来进行调制。
使用短训符号有两个原因:(1)在信号开始处使用短训符号可以方便地进行信号检测和自动增益控制,因为检测分组包出现的一种简单方式就是将信号本身和经短时间延时后的信号做相关性检测,当相关性超过某一门限值时表示检测到分组包;(2)短的信号周期使做粗略的大范围的频率偏移估计成为可能,通过计算2个连续的周期为800ns的信号之间的相位偏移,可以估计出最高范围为625kHz(1/2 ×800ns)的频率偏移。