一、802.11n的技術(shù)核心

802.11n專注于高吞吐量的研究，實現(xiàn)將WLAN的傳輸速率從802.11a和802.11g的54Mbps增加至108Mbps以上，最高速率可達300Mbps甚至600Mbps.

這樣高的速率當然要有技術(shù)支撐，而OFDM技術(shù)、MIMO(多入多出)技術(shù)等正是關(guān)鍵。

OFDM技術(shù)是MCM(Multi-Carrier Modulation，多載波調(diào)制)的一種，曾經(jīng)在802.11g標準中采用。其核心思想是將信道分成許多進行窄帶調(diào)制和傳輸正交子信道，并使每個子信道上的信號帶寬小于信道的相關(guān)帶寬，用以減少各個載波之間的相互干擾，同時提高頻譜的利用率的技術(shù)。OFDM還通過使用不同數(shù)量的子信道來實現(xiàn)上行和下行的非對稱性傳輸。不過OFDM技術(shù)易受頻率偏差的影響，存在較高的峰值平均功率比(PAR)，不過可以通過時空編碼、分集、干擾抑制以及智能天線技術(shù)，最大程度地提高物理層的可靠性。

MIMO(多入多出)技術(shù)是無線通信領(lǐng)域智能天線技術(shù)的重大突破，能在不增加帶寬的情況下成倍地提高通信系統(tǒng)的容量和頻譜利用率。

MIMO系統(tǒng)在發(fā)射端和接收端均采用多天線(或陣列天線)和多通道。傳輸信息流S(k)經(jīng)過空時編碼形成N個信息子流Ci(k)，i=1，……，N.這N個子流由N個天線發(fā)射出去，經(jīng)空間信道后由M個接收天線接收。多天線接收機利用先進的空時編碼處理能夠分開并解碼這些數(shù)據(jù)子流，MIMO系統(tǒng)可以創(chuàng)造多個并行空間信道，解決了帶寬共享的問題。802.11n天線數(shù)量可以支持到3*3，比802.11g增加了3倍。

將MIMO與OFDM技術(shù)相結(jié)合，就產(chǎn)生了MIMO OFDM技術(shù)，它通過在OFDM傳輸系統(tǒng)中采用陣列天線實現(xiàn)空間分集，提高了信號質(zhì)量，并增加了多徑的容限，使無線網(wǎng)絡(luò)的有效傳輸速率有質(zhì)的提升。

而為了提升整個網(wǎng)絡(luò)的吞吐量，802.11n還對802.11標準的單一MAC層協(xié)議進行了優(yōu)化，改變了數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)，增加了凈負載所占的比重，減少管理檢錯所占的字節(jié)數(shù)大大提升了網(wǎng)絡(luò)的吞吐量。在天線上，智能天線技術(shù)的應用也解決了802.11n的傳輸覆蓋范圍問題。通過多組獨立天線組成的天線陣列系統(tǒng)，動態(tài)地調(diào)整波束的方向，802.11n保證讓用戶接收到穩(wěn)定的信號，并減少其它噪音信號的干擾，使無線網(wǎng)絡(luò)的傳輸距離能夠增加到幾公里，移動性大大增強。

二、802.11n技術(shù)關(guān)鍵點

1、關(guān)鍵點：信道綁定

示意圖：

傳統(tǒng)的802.11標準，空口都工作在20MHz頻寬，802.11n技術(shù)通過將相鄰的兩個20MHz信道綁定成40MHz，使傳輸速率成倍提高。在實際工作中，將兩個相鄰的20MHz信道綁定使用，一個為主帶寬，一個為次帶寬，收發(fā)數(shù)據(jù)時既可以40MHz的帶寬工作，也可以單個20MHz帶寬工作。同時為避免相互干擾，原本每20MHz信道之間都會預留一小部分的帶寬，當采用信道綁定技術(shù)工作在40MHz帶寬時，這一部分預留的帶寬也可以被用來通信，進一步提高了吞吐量。

需要注意的是：在2.4GHz資源有限(信道帶寬少)，干擾又多(使用802.11b/g的客戶端又多)，所以在2.4GHz建議不使用40MHz模式，在5 GHz使用40MHz模式是比較合理的選擇。

2、關(guān)鍵點：MIMO

2.1 Beamforming技術(shù)

以Transmit beamforming為例，該技術(shù)應用在接收端只有一個天線，且沒有障礙物的環(huán)境。如果不采用Beamforming技術(shù)，接收端接收到的相位可能發(fā)生異相。

Transmit Beanforming(Destructive Interference)

采用了Beamforming技術(shù)后，接收端能收到正相相位，使信號最大，如下圖所示，并達到在接收端提高SNR的目的。

Transmit Beanforming(Constructive Interference)

但Transmit beamforming只能用于只有一個接收端的情況下，應用受局限。

2.2 Spatial Diversity

在室內(nèi)，障礙物較多，信號不可能總是以直線最短距離傳輸?shù)浇邮斩耍藭r就會產(chǎn)生Multipath(多徑干擾)。多徑干擾就是由于傳輸行走不同路徑造成遲延結(jié)果，它會損害信號發(fā)送，并在RF覆蓋范圍內(nèi)產(chǎn)生gaps或holes，像湖面、帶有金屬質(zhì)地的門/百葉窗等都會引起嚴重的多徑干擾。

對MIMO系統(tǒng)來說，多徑效應卻可以作為一個有利因素加以利用。

MIMO系統(tǒng)在發(fā)射端和接收端均采用多天線(或陣列天線)和多通道(如圖紅色圈圈所示發(fā)送端和接收端都可以有多個天線)，傳輸信息流S(k)經(jīng)過空時編碼形成N個信息子流Ci(k)，i=1，……，N，這N個子流由N個天線發(fā)射出去，經(jīng)空間信道后由M個接收天線接收。多天線接收機利用先進的空時編碼處理能夠分開并解碼這些數(shù)據(jù)子流，從而實現(xiàn)最佳的處理。

可以使用接收和發(fā)送的數(shù)量來定義MIMO，比如：2×1：表示兩個發(fā)送和一個接收，效果等同于Transmit beamforming，如下圖所示。從2×1到2×2到3×2，SNR逐漸增大，3×3能使SNR達到最大。

3、關(guān)鍵點：MAC enhancement(A-MSDU A-MPDU)

802.11MAC層協(xié)議耗費了相當?shù)男视米麈溌返木S護，如在數(shù)據(jù)之前添加PLCP Preamble、PLCP Header、MAC頭，同時為解決沖突而引入的退避機制都大大降低了系統(tǒng)的吞吐量。802.11n引入幀聚合技術(shù)，提高了MAC層效率。報文聚合技術(shù)包括針對MSDU的聚合和MPDU的聚合。采用A-MPDU技術(shù)，多個MPDU聚合到一起，只用搶占一次信道，減少了因競爭信道而產(chǎn)生沖突的概率，提高了信道利用率。A-MSDU，是具有相同的DA和SA的MSDU報文聚合成一個較大的載荷，減少物理和MAC層的開銷，提高鏈路效率。

A-MSDU

和A-MPDU兩種聚合的共同點：減少負荷，且只能聚合同一QoS級別的幀，但因為要等待需要聚合的報文，可能造成延時。另外，只有A-MPDU才使用Block Acknowledgement.

4、關(guān)鍵點：Short GI

射頻芯片在使用OFDM調(diào)制方式發(fā)送數(shù)據(jù)時，整個幀是被劃分成不同的數(shù)據(jù)塊進行發(fā)送的，為了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，?shù)據(jù)塊之間會有GI(Guard Interval)，用以保證接收側(cè)能夠正確的解析出各個數(shù)據(jù)塊。802.11a/g采用的800ns的GI，在802.11n模式中，提供了一種Short GI特性。將GI時長減少至400ns，從而可以提高數(shù)據(jù)傳輸速率百分之十左右。

如圖所示，在多徑環(huán)境中，前一個數(shù)據(jù)塊還沒有發(fā)送完成，后一個數(shù)據(jù)塊可能通過不同的路徑先到達，合理的GI長度能夠避免相互干擾。如果GI時長不合理，會降低鏈路的有效SNR.

使用場景：Short GI使用于多徑情況較少、射頻環(huán)境較好的應用場景。在多徑效應影響較大的時候，應該關(guān)閉Short GI功能。

5、關(guān)鍵點：Block Acknowledgement

為保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃裕?02.11協(xié)議規(guī)定每收到一個單播數(shù)據(jù)幀，都必須立即回應ACK幀。A-MPDU的接收端在收到A-MPDU后，需要對其中的每一個MPDU進行處理，因此同樣需要對每一個MPDU發(fā)送應答幀。Block Acknowledgement機制通過使用一個ACK幀來完成對多個MPDU的應答，以降低這種情況下的ACK幀的數(shù)量。

6、關(guān)鍵點：Power Savings

在使用802.11n服務(wù)時，由于使用了多個天線，電源容量問題則顯得尤為突出。因此802.11n協(xié)議在節(jié)省電源處理上做了改進，采用了Spatial

Multiplexing(SM)Power Save技術(shù)，其主要處理在于使得STA只有一個天線處于工作狀態(tài)，其余天線均處于休眠狀態(tài)，從而達到節(jié)省電源的目的。SM Power Save定義了兩種電源管理方式：靜態(tài)SM Power Save和動態(tài)SM Power Save.

靜態(tài)SM Power Save

當無線用戶處于靜態(tài)模式時，只有一個天線保持在工作狀態(tài)，其余天線都處于睡眠狀態(tài)，相當于一個普通的802.11a或802.11b/g的用戶，通過這種方式，可以延長電源的供電時間。在進入睡眠狀態(tài)時，無線用戶會通知上行AP它已處于靜態(tài)模式，要求AP針對此用戶也同時單入單出(SISO)的方式進行數(shù)據(jù)傳輸。同理，在無線用戶恢復正常工作狀態(tài)時，也會通知AP切換到MIMO方式進行數(shù)據(jù)傳輸。

動態(tài)SM Power Save

動態(tài)模式也只保留一個天線在工作狀態(tài)，但是當無線用戶收到數(shù)據(jù)報文時，它可以使其他天線迅速進入工作狀態(tài)。報文處理完后，它又可以將其余的天線恢復到睡眠狀態(tài)。這套通知機制是通過RTS、CTS實現(xiàn)的。AP將通過RTS來喚醒無線用戶，而無線用戶則通過回應CTS報文來通知AP已經(jīng)成功恢復天線到工作狀態(tài)。