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80211n白皮书V100224
傲天动联802.11n技术白皮书
目录
第1章802.11n技术介绍5
1.1802.11n标准发展历史5
1.2802.11n关键技术介绍5
1.2.1核心技术—MIMO5
1.2.2空口速率提升技术6
1.2.3SNR提升技术-MRC8
1.2.4吞吐量提升技术-帧聚合8
1.2.5兼容性-兼容802.11a/b/g9
第2章802.11n组网应用要求10
2.1对频谱的要求10
2.2对无线POE交换机的要求10
2.3对无线控制器的要求10
第3章傲天动联802.11n技术介绍11
3.1傲天动联802.11n产品体系介绍11
3.1.1AP产品11
3.1.2POE交换机11
3.1.3高性能无线控制器12
3.2傲天动联802.11n解决方案详解13
3.2.1整体说明13
3.2.2解决方案说明13
插图目录
图1-1MIMO架构5
图1-2通过MIMO传递多条空间流7
图1-3MIMO利用多径传输数据8
图3-1802.11n解决方案13
802.11n技术白皮书
关键词：
802.11n
摘要：
本文介绍了802.11n技术及傲天动联公司产品。
缩略语清单：
缩略语
英文全名
中文解释
AP
AccessPoint
接入点
AC
AccessContral
接入控制
第1章802.11n技术介绍
1.1802.11n标准发展历史
2003年9月：
IEEE成立802.11n任务组，负责创设100+MbpsWLAN标准。
2005年7月：
11n草案1获通过.
2007年3月：
草案2获通过。
2009年9月11日：
IEEE标准委员会终于批准通过802.11n成为正式标准。
1.2802.11n关键技术介绍
1.2.1核心技术—MIMO
MIMO是802.11n物理层的核心，指的是一个系统采用多个天线进行无线信号的收发。
它是当今无线最热门的技术，无论是3G、IEEE802.16eWIMAX，还是802.11n，都把MIMO列入射频的关键技术。
图1-1MIMO架构
MIMO主要有如下的典型应用，包括：
1）提高吞吐
通过多条通道，并发传递多条空间流，可以成倍提高系统吞吐。
2）提高无线链路的健壮性和改善SNR
通过多条通道，无线信号通过多条路径从发射端到达接收端多个接收天线。
由于经过多条路径传播，每条路径一般不会同时衰减严重，采用某种算法把这些多个信号进行综合计算，可以改善接收端的SNR。
需要注意的是，这里是同一条流在多个路径上传递了多份，并不能够提高吞吐。
1.2.2空口速率提升技术
1.MIMO-OFDM—提升至58.5M
在室内等典型应用环境下，由于多径效应的影响，信号在接收侧很容易发生（ISI），从而导致高误码率。
OFDM调制技术是将一个物理信道划分为多个子载体（sub-carrier）,将高速率的数据流调制成多个较低速率的子数据流，通过这些子载体进行通讯，从而减少ISI机会，提高物理层吞吐。
OFDM在802.11a/g时代已经成熟使用，到了802.11n时代，它将MIMO支持的子载体从52个提高到56个。
需要注意的是，无论802.11a/g，还是802.11n，它们都使用了4个子载体作为pilot子载体，而这些子载体并不用于数据的传递。
所以802.11nMIMO将物理速率从传统的54Mbps提高到了58.5Mbps（即54*52/48）。
2.FEC（ForwardErrorCorrection）—提升至65M
按照无线通信的基本原理，为了使信息适合在无线信道这样不可靠的媒介中传递，发射端将把信息进行编码并携带冗余信息，以提高系统的纠错能力，使接收端能够恢复原始信息。
802.11n所采用的QAM-64的编码机制可以将编码率（有效信息和整个编码的比率）从3/4提高到5/6。
所以，对于一条空间流，在MIMO-OFDM基础之上，物理速率从58.5提高到了65Mbps（即58.5乘5/6除以3/4）。
3.ShortGuardInterval（GI）—提升至72.2M
由于多径效应的影响，信息符号（InformationSymbol）将通过多条路径传递，可能会发生彼此碰撞，导致ISI干扰。
为此，802.11a/g标准要求在发送信息符号时，必须保证在信息符号之间存在800ns的时间间隔，这个间隔被称为GuardInterval（GI）。
802.11n仍然使用缺省使用800nsGI。
当多径效应不是很严重时，用户可以将该间隔配置为400，对于一条空间流，可以将吞吐提高近10%，即从65Mbps提高到72.2Mbps。
对于多径效应较明显的环境，不建议使用ShortGuardInterval（GI）。
4.40MHz绑定技术—提升2.08倍
这个技术最为直观：
对于无线技术，提高所用频谱的宽度，可以最为直接地提高吞吐。
就好比是马路变宽了，车辆的通行能力自然提高。
传统802.11a/g使用的频宽是20MHz，而802.11n支持将相邻两个频宽绑定为40MHz来使用，所以可以最直接地提高吞吐。
需要注意的是：
对于一条空间流，并不是仅仅将吞吐从72.2Mbps提高到144.4（即72.2×2）Mbps。
对于20MHz频宽，为了减少相邻信道的干扰，在其两侧预留了一小部分的带宽边界。
而通过40MHz绑定技术，这些预留的带宽也可以用来通讯，可以将子载体从104（52×2）提高到108。
按照72.2*2*108/104进行计算，所得到的吞吐能力达到了150Mbps。
5.SDM—成倍提升
当基于MIMO同时传递多条独立空间流（spatialstreams），如下图中的空间流X1,X2，时，将成倍地提高系统的吞吐。
图1-1通过MIMO传递多条空间流
MIMO系统支持空间流的数量取决于发送天线和接收天线的最小值。
如发送天线数量为3,而接收天线数量为2，则支持的空间流为2。
MIMO/SDM系统一般用“发射天线数量×接收天线数量”表示。
如上图为2*2MIMO/SDM系统。
显然，增加天线可以提高MIMO支持的空间流数。
但是综合成本、实效等多方面因素，目前业界的WLANAP都普遍采用3×3的模式。
MIMO/SDM是在发射端和接收端之间，通过存在的多条路径（通道）来同时传播多条流。
有意思的事情出现了：
一直以来，无线技术（如OFMD）总是企图克服多径效应的影响，而MIMO恰恰是在利用多径来传输数据。
图1-2MIMO利用多径传输数据
1.2.3SNR提升技术-MRC
MRC和吞吐提高没有任何关系，它的目的是改善接收端的信号质量。
基本原理是：
对于来自发射端的同一个信号，由于在接收端使用多天线接收，那么这个信号将经过多条路径（多个天线）被接收端所接收。
多个路径质量同时差的几率非常小，一般地，总有一条路径的信号较好。
那么在接收端可以使用某种算法，对这些各接收路径上的信号进行加权汇总（显然，信号最好的路径分配最高的权重），实现接收端的信号改善。
当多条路径上信号都不太好时，仍然通过MRC技术获得较好的接收信号。
1.2.4吞吐量提升技术-帧聚合
1.A-MSDU帧聚合
A-MSDU技术是指把多个MSDU通过一定的方式聚合成一个较大的载荷。
这里的MSDU可以认为是Ethernet报文。
通常，当AP或无线客户端从协议栈收到报文（MSDU）时，会打上Ethernet报文头，我们称之为A-MSDUSubframe;而在通过射频口发送出去前，需要一一将其转换成802.11报文格式。
而A-MDSU技术旨在将若干个A-MSDUSubframe聚合到一起，并封装为一个802.11报文进行发送。
从而减少了发送每一个802.11报文所需的PLCPPreamble，PLCPHeader和802.11MAC头的开销，同时减少了应答帧的数量，提高了报文发送的效率。
A-MSDU技术只适用于所有MSDU的目的端为同一个HTSTA的情况。
2.A-MPDU帧聚合
与A-MSDU不同的是，A-MPDU聚合的是经过802.11报文封装后的MPDU，这里的MPDU是指经过802.11封装过的数据帧。
通过一次性发送若干个MPDU，减少了发送每个802.11报文所需的PLCPPreamble，PLCPHeader，从而提高系统吞吐量。
A-MPDU技术同样只适用于所有MPDU的目的端为同一个HTSTA的情况。
3.BlockACK
为保证数据传输的可靠性，802.11协议规定每收到一个单播数据帧，都必须立即回应以ACK帧。
A-MPDU的接收端在收到A-MPDU后，需要对其中的每一个MPDU进行处理，因此同样针对每一个MPDU发送应答帧。
BlockAcknowledgement通过使用一个ACK帧来完成对多个MPDU的应答，以降低这种情况下的ACK帧的数量。
1.2.5兼容性-兼容802.11a/b/g
WLAN标准从802.11a/b发展到802.11g，再到现在的802.11n，提供良好的向后兼容性显得尤为重要。
802.11g提供了一套保护机制来允许802.11b的无线用户接入802.11g网络。
同样的，802.11n协议提供相似的机制来允许802.11a/b/g用户的接入。
802.11n设备发送的信号可能无法被802.11a/b/g的设备解析到，造成802.11a/b/g设备无法探测到802.11n设备，从而往空中直接发送信号，导致信道使用上的冲突。
为解决这个问题，当802.11n运行在混合模式（即同时有802.11a/b/g设备在网络中）时，会在发送的报文头前添加能够被802.11a或802.11b/g设备正确解析的前导码。
从而保证802.11a/b/g设备能够侦听到802.11n信号，并启用冲突避免机制，进而实现802.11n的设备与802.11a/b/g设备的互通。
第2章802.11n组网应用要求
802.11n的出现，相对802.11g提升了十几倍的带宽，带来良好的业务使用体验的同时，对组网中网元的配合提出了更大的挑战。
2.1对频谱的要求
在11n中，可以使用40MHz绑定技术，将2个信道结合成一个信道，也就是通常所说的HT20（1个信道，20MHz）、HT40（2个信道，40Mhz）.
这样绑定的技术虽然能大大增强11n的带宽，但在实际使用中，信道规模的增加也意味着潜在干扰的增加以及信息规划的频谱范围缩小。
如果在2.4GHz频带使用40MHz信道，则只有一个非重叠的20MHz信道可用，导致2.4GHz频道的邻近信道干扰机率增加。
由于仅有三个非重叠信道可用，对2.4GHz信道进行规划已经非常困难，因此不推荐利用802.11n的2.4GHz部署使用40MHz信道。
2.2对无线POE交换机的要求
由于11n产品的带宽大大增强，目前推出的2X2的无线11n的AP，其空口速率能达到300M，有线带宽也能达到200M，后续推出的3X3的产品，空口速率将达到450M，有效带宽更能达到300M。
在这样的情况下，上行口需要增加到千兆，因此，对无线POE交换机的要求如下：
（1）支持千兆汇聚
（2）由于支持千兆汇聚，因此，在必要的情况下，上行POE交换机需要支持万兆上行。
（3）无线POE交换机需要支持POE供电（802.af）
2.3对无线控制器的要求
当AP成为11n设备后，对无线控制器（AC）的最大的冲击就是所管理的AP的上行带宽大大增加，要求AC的无线处理能力成倍的增加。
比如，在11g时代，空口带宽不过54M，有效带宽一般也就在20M左右，因此，AC的处理能力要求也就是所管理的AP数*上行带宽。
假定AP数一定为2048，而上行带宽为20M，收敛比为4，则AC处理能力要求为2048*20M/4=10G.。
而如果在11n,空口带宽为300M，有效带宽为200M，同样，管理的AP数为2048，收敛比为4，AC的处理能力要求为100G。
因此，对于无线控制器来说，需要比11g时代更强的AC进行处理。
第3章傲天动联802.11n技术介绍
3.1傲天动联802.11n产品体系介绍
3.1.1AP产品
1.成熟的技术实现
（1）完美支持MIMO，MIMO-OFDM，FEC,SGI，尤其是40M绑定技术，使得设备空口速率得到相对于802.11g模式有成数倍的提高，比如在2X2的情况下，空口速率能达到300M。
（2）完全支持帧绑定技术，使得实际吞吐量有更为明显的提升，在2X2的情况下，实际吞吐量能达到200M的规模
（3）兼容802.11a/b/g，并使得802.11a/b/g用户在11n的网络中，获得不亚于纯802.11a/b/g的网络体验。
（4）支持MIMO，使得SNR提升的同时，也相对802.11a/b/g获得了更大的覆盖范围，同时恶劣环境适应也有很大的提升
（5）支持瘦AP模式，并能够实现零配置，更好的提升易用性。
2.丰富的AP产品形态
（1）室内放装型：
支持2X2，3X3MIMO，支持单RADIO，支持双RAIDO。
（2）室内分布型：
支持1X1高功率。
（3）室外：
支持2X2,3X3MIMO,支持单RADIO,支持双RADIO。
3.1.2POE交换机
1.技术实现：
支持与AC之间的CAPWAP连接，并支持AC通过CAPWAP管理。
使得AP设备出现异常的情况下的，更好的远程维护。
2.产品形态
（1）百兆POE交换机：
支持百兆端口，支持802.3af供电。
（2）千兆POE交换机：
支持千兆端口，支持802.3af供电。
3.1.3高性能无线控制器
1.技术实现
（1）支持业务板的1+1冗余备份。
（2）支持设备间的N+1冗余备份。
（3）支持管理数量众多的AP,实现AP的零配置管理。
（4）支持管理傲天的POE交换机，增强整网的可维护性
（5）支持完善交换路由特性，比如STP，比如OSPF等。
（6）支持丰富的业务功能，比如BAS，比如无线管理，比如FEMTO功能等。
（7）大容量的处理能力，能兼容小、中、大、极大的网络规模应用
2.产品形态
（1）7605无线控制器，无线处理能力最高10G，适合于802.11n小规模应用
（2）7605i无线控制器，无线处理能力最高20G，适合于802.11n组网中、小规模应用。
（3）8610无线业务汇聚网关，无线处理能力最高160G，适合于802.11n组网大、极大规模应用。
3.2傲天动联802.11n解决方案详解
3.2.1整体说明
图3-1802.11n解决方案
整体解决方案分为三个层次：
AP及接入层次；POE交换机；无线控制器层次。
3.2.2解决方案说明
1.ap层次及接入层次
实现前文说明的物理层及MAC层各关键技术，能够达到数倍于11g的性能等同时，兼顾11g/a的用户平滑接入;同时，通过硬件实现WAPI，能够在WAPI的应用环境中，依然实现高的传输速率。
通过分别实现室内分布、室内放装、室外等规格，能够达到室内、室外、回传等11n时代各种应用需求。
2.POE交换机层次
实现千兆POE，完美支持11n的高速接入；实现控制协议，能够被无线控制器根据各种需要进行控制，提高整网的可靠性的同时，并增加丰富业务的可能性。
3.无线控制器层次
通过实现7605（10G无线处理能力），7605i（20G无线处理能力），支持中小规模11n的组网模型；通过实现8610（160G无线处理能力），支持大规模11n的组网模型。
同时，通过业界领先的多核CPU应用方案，在大容量无线处理能力的同时，具备扩展业务的可能性，支持DHCP、PORTAL以及各种路由协议等功能，将来还可以实现3G接入等功能，节约客户投资。
同时，在无线控制器层次，由于容量超大，还通过异地N+1等方式提升整体可靠性。
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