802.11ac协议详解_蔡亿

802.11ac协议详解蔡亿2017-10-26测试工程师蔡亿让涉及WLAN应用的相关人员了解802.11ac协议培训目的培训对象培训讲师培训课时1小时80.2.11ac产生背景802.11ac关键技术RTS/CTS帧聚合MU-MIMO帧结构802.11ac产生背景802.11ac的驱动力的一方面来自与有线以太网，另一方面来自于部署中的应用需求。在有线以太网GE接入渐成主流的大背景下，WIFI需要提供一个与其抗衡的能力，提供一个拥有良好用户感知和业务体验的大管道。而在实际部署中，现有的802.11n产品也面临诸多挑战：1、大带宽需求应用2、海量的终端接入3、4G系统的OFFLOAD在这些需求的驱动下，802.11ac应运而生；802.11ac是对802.11n的一个优化和发展19998801.11a协议发布，工作频段在5G，最大速率可达54Mbps1999.91999201120092013NOW802.11b协议发布，工作频段在2.4G，最大速率可达11Mbps802.11g协议发布，工作频段在2.4G，最大速率可达54Mbps2003.7802.11n协议发布，工作频段在2.4G和5G，最大速率可以达600Mbps2009.9802.11ac协议wave1版本，工作频段5G，最大速率可达1.3G2012802.11ac协议wave2版本，工作频段在5G，支持MU-MIMO最大速率可达6.9G20131999.9802.11发展历程*名词解释：DL-MU-MIMO：downlinkmulti-usermultipleinput,multipleoutput；MPDU：MACProtocolDataUnit可理解为经过MAC协议封装的帧，包括MAC帧头A-MPDU：AggregateMPDU，MPDU帧聚合PPDU：PLCP Protocol Data Unit可以理解为PHY层封装的帧，包括PHY帧头和MAC帧PLCP：Physical Layer Convergence Procedure可以理解为PHY层的编码和封包过程。NSS：Numberofspatialstreams数据空间流LTF：Long Training Field；PHY帧头中一个域，用于对接收端进行训练CCA：Clear Channel Assessment；PHY层用于探测信道占用情况的一个功能STBC：Space-TimeBlockCode空时分组编码，一种可以提高传输质量的编码方式Beamformer/Beamformee：Beamformer是准备进行波束成形调整的一方，beamformee是辅助对方进行波束成形的一方。802.11ac关键技术802.11ac关键技术特殊定义：veryhighthroughput(VHT)multi-user(MU)physicallayer(PHY)protocoldataunit(PPDU):AVHTPPDUwithaformatthatiscapableofcarryinguptofourPHYservicedataunits(PSDUs)foruptofourusersandistransmittedusingthedownlinkmulti-usermultipleinput,multipleoutput(DL-MU-MIMO)technique.一种VHTPPDU格式，它可以携带多达4个的功能数据单元(PSDUs)，最多可达4个用户，并使用DL-MU-MIMO技术传输veryhighthroughputmodulationandcodingscheme(VHT-MCS):AspecificationoftheVHTphysicallayer(PHY)parametersthatconsistsofmodulationorder(e.g.,BPSK,QPSK,16-QAM,64-QAM,256-QAM)andforwarderrorcorrection(FEC)codingrate(e.g.,1/2,2/3,3/4,5/6)andthatisusedinaVHTPHYprotocoldataunit(PPDU).非常高的吞吐量调制和编码 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 (VHT-MCS):VHT物理的一个规范由调制指令组成的层(非)参数。，BPSK,QPSK,16-qam,64-qam,256-QAM)和正向纠错(FEC)编码速率(如:1/22/33/45/6)在VHT中使用PHY协议数据单元(PPDU)。无线的速度由三个因素驱动：信道带宽，调制模式以及空间流的个数。802.11ac在每个方面都进行了深度的改进。802.11ac物理层的速度按照下图计算。例如，一个80MHz频宽的信号，经过256阶正交调幅，以短保护间隔的三个空间流发送，速度是234×3×5/6×8bits/3.6us=1300Mbps802.11ac的速度为何这么快802.11ac关键技术计算802.11n和802.11ac的速度802.11ac数据子载波个数802.11ac关键技术带宽将信道带宽增加到80MHz能够获得2.16倍的增速，而160MHz能够额外提供两倍的增速。但是没有什么是免费的：这样做会消耗更多的频谱资源，并且每次我们将相同的传输功率分割到两倍的子载波频率来获得两倍的速度时，两倍速度信号的覆盖范围会稍微减小。调制方式从64阶正交调幅到256阶正交调幅提供了额外的8/6=1.33倍增速。彼此靠近之后，集群点对于干扰噪声更加敏感，因此256阶正交调幅主要在64阶正交调幅已经可靠覆盖的较短范围内有帮助。与64阶正交调幅相比，256阶正交调幅并不需要更多的频谱或者更多的天线。空间流速度是与空间流的数量成正比的。更多的空间流需要更多的天线，射频连接器以及在传输和接收端的射频链。天线之间应该相隔1/3的波长（3/4英寸）或者更远的距离，额外的射频链会消耗额外的功率。这导致了许多移动设备将天线的数量限制为一、二或者三根。802.11ac关键技术1）802.11ac只工作在5GHz频谱上。这避免了来自于2.4GHz的干扰，并极大地刺激了用户将它们的移动设备（和无线接入点）升级到支持双频带，进而使得5GHz频谱的使用变得更加普遍。2）802.11使用了更高阶的调制，最高到256阶QAM；额外的信道绑定，最大达到80MHz或者160MHz；以及更多的空间流，最多可到8个。对于发送一个160MHz的信号，有另一个替代方法，“80+80”MHz；3）802.11ac继承了802.11n的一些有价值的特性，包括短保护间隔的选择（可实现10%的性能提升）以及使用高级低密度奇偶校验（LDPC）来转发差错修正码，以此在一定范围内获得更高的速率。4）802.11ac还有权对于波束成形定义一种单向的信道探测：也就是所谓的显示压缩反馈。5）由于802.11ac拥有更宽的信道带宽，因而一个80MHz的无线接入点很有可能与另一个20或者40MHz或者80MHz以及160MHz的无线接入点的信号-或者他们中的几个信号重叠，为了保证可靠地操作，802.11ac要求扩展RTS/CTS机制，更强的干净信道评估（CCA）需求以及新的主信道选择规则。802.11ac关键技术11ac协议引入了80MHz带宽和160MHz带宽。在11n协议中，可以支持20MHz和40MHz两种带宽。其中20MHz信道带宽的必选的，40MHz信道是可选的。在11ac协议中，可以支持20MHz、40MHz、80MHz、80+80MHz（不连续，非重叠）和160MHz，其中20MHz、40MHz、80MHz是必选的，80+80MHz和160MHz是可选的。下图为北美频谱为例，给出了11ac与11n以及11a的对比。需要说明的是160MHz的信道，可以支持连续的2个80MHz的信道和不连续的连个80MHz的信道信道化如果大部分用户部署的还是最大40MHz的802.11n客户端会怎么样？部署802.11ac是否意味着更少的信道和更多的干扰？完全允许两个80MHz的802.11ac无线接入点选择相同的80MHz信道带宽，但是一个无线接入点将其20MHz主信道置于低40MHz，而另一个无线接入点将其20MHz主信道置于高40MHz。这意味着与第一个无线接入点相关联的802.11n的客户端能够向往常一样以20MHz或者40MHz传输，同时，关联到第二个无线接入点的802.11n客户端能够并行地以20或者40MHz传输。对于802.11ac客户端，其具有整个可用的80MHz的可视性来调用超高速模式，并在整个80MHz内传输。信道化基于带宽指示的RTS/CTS11ac支持从20MHz到160MHz的几种不同的信道带宽，这种灵活性也给信道管理带来挑战。当网络中有不同的带宽的信道在使用时怎么管理这种状况，以减少信道之间的干扰，并且保证信道得到充分的利用。由于这个原因，802.11ac定义了增强的RTS/CTS协议，用来协调什么时候信道可用和哪些信道可用。具体的协调机制如下: 11ac设备在其使用的信道内以20MHz为单位的子信道内发送RTS。当信道带宽为80M时，在复制3份充满80MHz；当信道带宽为160MHz时，复制7份充满160MHz。这样做的好处是，不管周边设备的主信道是80MHz或者160MHz信道中的任意20MHz都可以侦听到这个RTS报文。每个收到RTS报文的设备将虚拟载波侦听设为忙； 收到RTS报文的设备会检测其主信道或者80MHz带宽内的其他子信道是否繁忙。如果信道带宽的一部分被使用，则接收设备只会在CTS帧内响应可用的20MHz的子带宽，并报告重复的带宽； 在每个可用的20MHz的子信道上回复CTS报文。这样发送设备就知道了哪些信道是可用的，哪些信道是不可用的。最终只在可用的子信道上发送数据。一台工作在80MHz（或者160MHz等等）的802.11ac无线接入点应该仍然能够允许802.11a或者802.11n客户端相连。因此在该80MHz频率内，信标帧在一个被称为主信道的20MHz信道内发送。无线接入点以及所有连接到该无线接入点的客户端接收并处理每个与该主信道重合的传输并且在解码帧的过程中提取虚拟载波侦听信息。然而，该无线接入点可能靠近其他不具备协调能力的无线接入点。那些无线接入点可能是预先存在的802.11a或者802.11n无线接入点，它们的主信道可能是802.11ac无线接入点80MHz频率内的任意一个20MHz的信道。不同的无线接入点及连接到它们的客户端会拥有不同的虚拟载波侦听，因此能够在不同的时间，在不同的子信道上传输，包括重合的时间。由于802.11ac拥有更宽的信道带宽，这一场景发生的可能性比802.11n最大40MHz频宽时更大。802.11n（静态）802.11ac（动态管理）基于带宽指示的RTS/CTS在原来11n的时候，是使用静态的，即发现一个子信道上不可用则整个带宽都不可用，而在11ac中只有检测到繁忙的子信道不可用，其他子信道仍然可以发送数据。ApplicationsMSDU（MACServiceDataUnit）MACprocessingMPDU（MACProtocolDataUnit）PHYLayerMACprocessingMACprocessingA-MSDUA-MPDU帧聚合 802.11MAC层协议耗费了相当的效率用作链路的维护，从而大大降低了系统的吞吐量。 802.11n引入帧聚合技术，提高MAC层效率； 在802.11ac中，为了进一步提高效率和可靠性，增加了MPDU帧的大小和A-MPDU帧的大小，并且只支持A-MPUD。*帧聚合A-MSDU和A-MPDU的封装过程如上图所示。两种聚合都能提高封装效率，但是A-MPDU有一个显而易见的好处。当传输过程中发生错误时，A-MSDU需要对整个聚合的帧重传，而在A-MPDU中每个MPDU都有自己的MAC头，发生错误时只需要对错误的数据包进行重传，而不需对对整个聚合帧进行重传。这也是在实际中A-MPDU比A-MSDU用得更多的原因在WIFI中最引人关注的空间分集就是我们常说的波束成形（TXBF）。由于11n对TXBF的定义过于复杂，被市场的接收度并不高，在11ac中，简化了这些设计。 在11n中定义了两种波束成形的方式：显式和隐式的，但在11ac中仅支持显式波束成形。 11ac对TXBF的改进不仅是放弃了隐式波束成形的，而且还体现在显示波束成形的信道探测和反馈上。在11n显示波束成形中对信道的探测可以有两种方式：NDP(Nulldatapacket，空包帧)和staggeredpreamble。反馈格式上也有三种：CSI、Noncompressedbeamforming和Compressedbeamforming。在反馈的实时性上也分为immediate和delayed两种。在11ac中仅支持NDP的探测方式，在反馈格式上只支持compressedVmatrix，并采用immediate的方式。波束成形802.11ac和802.11ac波束成形信息对比11ac中仅支持显式波束成形波束成形MU-MIMO对于802.11n，一个设备能在一瞬间发送多个空间流，但是只能发往单个地址。对于单独寻址的帧，这意味着在某一时刻，只有一个设备（或用户）能够获得数据。我们将这称为单用户MIMO（SU-MIMO）。802.11ac的出现定义了一项新的技术，称为多用户多输入输出（MU-MIMO）。现在一个无线接入点能够使用天线资源在同一时间，使用同一频谱，传输多个帧给多个客户。如果802.11n类似于一个集线器，那么802.11ac可以认为是一台无线交换机（在下行线路）为了向用户1发送数据，无线接入点向用户1发送了一个强波束，波瓣显示为右上边的蓝色曲线。同时，无线接入点在用户2和用户3的方向上降低了用户1的波束能量。这被称为“空操纵”，显示为蓝色的凹口。同时，无线接入点向用户2发送数据，向用户2形成一个波束，对用户1和用户3形成凹口，显示为红色曲线。接着黄色曲线显示了类似的对于用户3的波束和对于用户1和2的凹口。用这种方法，每个用户都能获得所需数据的强信号，并且仅会受到发往其他用户的数据的轻微干扰。为了让所有这些能够正常工作，尤其是深度空操作，无线接入点不得不准确地知道从其自身到所有用户的无线信道的情况。因为信道会随着时间变化，无线接入点不得不持续检测信道，这增加了开销。一些无线接入点甚至可能只使用需要更高开销的802.11ac探测协议，但是如果无线接入点能够采用诸如ClientLink机制那样最小化显式探测交换的个数的话，才能发挥MU-MIMO的最大优势802.11ac被很仔细地设计用来最大限度地与802.11a/n设备前向和后向兼容。实际上，802.11ac的设计更为简单，兼容性相比802.11n兼容802.11a设备也更为彻底兼容性一台802.11ac设备必须支持所有802.11a和802.11n的必选模式。因此一台802.11ac的无线接入点能够使用802.11a或者802.11n格式的数据包与802.11a和802.11n的无线客户端进行通信。从这一点上看，它就好像是一台802.11n的无线接入点，因此，802.11ac无线客户端的出现不会对现有 架构 酒店人事架构图下载公司架构图下载企业应用架构模式pdf监理组织架构图免费下载银行管理与it架构pdf 造成问题。兼容性在原来11n中的物理层定义了两种不同的前导，一种是Greenfield格式，一种是Mixed格式。Greenfield完全不考虑与以前系统的兼容性，一直备受争议，在11ac中已完全放弃了Greenfield格式。而对于Mixed格式也进行了改进，以保证其现有设备良好的兼容性；从帧结构上看，802.11ac的系统能够探测接入设备的帧结构里所包含的前导码(preample)和导频信号（pilot），来区分接入设备使用的是何种标准，并自适应，这就是后向兼容从这两个帧结构里可以看到，最前面的3个部分：短码部分(shorttrainingfield-STF),长码部分(longtrainingfield-LTF)和信号部分(signalfield-SIG)是用来兼容现有标准帧结构MPDU帧结构变更802.11ac扩展了802.11n的MAC帧，主要是将帧体扩展到了11426个字节，同时，还对MACheader各部分进行了一定的修改Frame Control域增加了NDPA（NullDataPacketAnnouncement）以及BeamformingReportPoll功能并且从新定义了预留部分帧结构HT控制域格式主要控制部分为B1-B29，它可以区分HT以及VHT模式帧结构HT模式如下而其中LinkAdaptionControl域如下：相对于802.11n，其主要变化就是少了B0这个预留字节帧结构VHT模式如下对其各个部分作出说明：MRQ(VHTMCSfeedbackrequest)：MCS反馈请求帧结构MSI/STBC(MRQsequenceidentifier/STBCindication):用于标识MRQ序列以及STBC是否发射。UnsolicitedMFB为1时结构如下图indication为1时代 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 发射STBC，为0时不发射，而CompressedMSI中包含一串数据用于标识特定请求，如果STBCindication为0，他在0-3范围内，1时在0-2之内；而在UnsolicitedMFB为0的情况下，如果MRQ为1，那么这整个域有0-6之内的数据用于标识特定请求，而MRQ为0，该域为预留。MFSI/GID-L(MFBsequenceidentifier/LSBofGroupID):用于指示MFB序列，以及PPDU的组ID帧结构MFB(N_STS,MCS,BWandSNRfeedback):结构如下，用于指示N_STS，MCS以及带宽和平均信噪比的信息GID-H(MSBofGroupID):用于指示群组ID，如果UnsolicitedMFB域为1，而且为MUPPDU确定，那么这里包含最多3个字节的群组ID信息帧结构FBTxType(TransmissionTypeofMFBresponse):UnsolicitedMFB域为1的情况下，FBTxType为0表示MFB来自未经波束成形的VHTPPDU，如果为1，表示MFB来确定为经过波束成形的VHTSUPPDU。UnsolicitedMFB(UnsolicitedMCSfeedbackindicator):为0时表示MFB为一个MRQ的响应，为1则不是。CodingType(CodingTypeofMFBresponse):如果UnsolicitedMFB域为1，那么这个域指示编码信息，0为BCC，1为LDPC。帧结构PPDU帧结构802.11ac新定义了一种PHY层帧格式VHT格式，具体格式如下最前面的3个部分：短码部分(shorttrainingfield-STF),长码部分(longtrainingfield-LTF)和信号部分(signalfield-SIG)是用来兼容现有标准的（即802.11a/b/g/n），也就是它们都有一个开头字母L，代表的Legacy的含义。VHT-SIG-A域中包含了用于诠释VHT格式PPDU的信息，VHT-SIG-A域由两个符号组成，即VHT-SIG-A1和VHT-SIG-A2组成，他们分别如下图所示：BW:描述工作带宽，0代表20MHz，1代表40MHz，2代表80MHz，3代表160MHz或者80+80MHz。Reserved：预留位，设为1。STBC：如果所有用户的所有空间流都有STBC，则设为1，如果任意用户的空间流没有STBC则设为0。(不允许出现部分用户有STBC)GroupID：分别存在SUPPDU和MUPPDU两种GroupID指示方式。NSTS/PartialAID：对于MUPPDU，NSTS被分成了4个用户部分，每一块为3位。对于每一块，0代表0条空时流，1代表1条空时流，2代表2条空时流，3代表3条空时流，5-7为预留；而对于SUPPDU，SUNSTS的值0-7分别对应1-8条空时流，而PartialAID为预期的PSDU接收端提供简单的标识。TXOP_PS_NOT_ALLOWED：Reserved：预留，设为1PPDU帧结构ShortGI：是否使用短保护间隔，0为不使用，1为使用。ShortGINSYMDisambiguiation：设为1，代表短保护间隔有使用，并且NSYM(NumberofsymbolintheDatafield)除以10余数为9。其他情况设为0SU/MU[0]Coding：对于SUPPDU，0代表BCC，1代表LDPC；对于MUPPDU，如果MU[0]NSTS域不为0，那么该位表示用户0的编码方式，0代表BCC，1代表LDPC，如果MU[0]NSTS域为0，那么就预留，并且设为1.LDPCExtraOFDMSymbol：不管是否MU模式，只要LDPC编码过程引入了额外的OFDM符号，该位置1.SUMCS/MU[1-3]Coding：对于SUPPDU代表MCS的目录；对于MUPPDUB4-B6分别代表MU[1-3]NSTS不为0时，用户1-3的编码方式，0代表BCC，1代表LDPC。其他情况预留并置为1。Beamformed：在SU传输中，如果对于波形使用了波束成形控制矩阵，那么该位设为1，其他情况设为0。对于MUPPDU该位预留，设为1。Tail：用于终止卷积解码器；PPDU帧结构对于VHT-SIG-B，如下所示，20MHzPPDU包含26位，40MHzPPDU包含27位，80MHz，80+80MHz，160MHz包含29位PPDU帧结构802.11ac在原先802.11n的MIMO技术基础上，引入了MU-MIMO概念，通过这个技术，我们可以实现，多个站之间，可以通过相同的信道同时收发多个数据流。一个支持MU-MIMO的站，他可以生成4个A-PPDUs，并且通过相互独立的空间流，将这些A-PPDUs发给各个接收站，这样就提升了系统的吞吐。PPDU帧结构MAC帧结构SU工作模式下PPDU如下图SU工作模式下PPDU如下图SU工作模式下PPDU如下图SU工作模式下PPDU如下图 扰码器：将数据扰码，以防止出现长时间的连„0‟或连„1‟，影响后级的编码性能。 编码分配器：将经过扰码的串行数据流分解为个数据流，输出到个FEC编码器中。分配的算法为RoundRobin算法。 二进制卷积编码器/低密度奇偶检验码编码器。 流分配器：收集FEC编码器的输出分解为NSS个数据流，进入NSS个位交错器。输入位交错器的数据流即被称为“空间流”。 位交错器：位交错器的功能是按照一定的算法将数据流中的位打乱，避免由于噪声引发的错误bit过于集中；而分散的错误bit，将可以由BCC解码器纠正。 星座图映射器：将经过位交错的空间流，按照指定的调制方式（QAM-64等）映射为星座图上的点。点采用复数表示，即将一个空间流转换为I、Q两路基带信号 STBC编码器：各映射器输出的星座点由STBC编码器编码，将空间流SS转化为空时流STS，是一种增强传输稳定性的编码方式。 空间流映射器：将空时流映射到发送链路。 离散傅立叶逆变换：将经过映射的星座点变换为时域波形。 循环移位扩展：目的是防止信号频谱中出现意料之外的频率。 防护间隔插入：符号间插入防护间隔。这一点是OFDM必须的。 加窗：通过特定的滤波器，使符号的边沿变得平滑，从而使信号的频谱集中于规定的范围内PPDU帧结构通过MU技术，一个支持MU模式的AP可以生成最多四个A-MPDUs，每一个A-MPDUs针对一个支持MU的STA，然后，它可以通过不同的空间流将这些A-MPDUs同时发送给四个STA。这里一个AP就起到了4个AP的作用。不过，对于MU模式，最多只支持4个用户，每个用户最多支持4条流，并且流的总数量不超过8条PPDU帧结构总结总结总结11ac标准中的这些改进或优化，使其与以往的WIFI标准相比，带来更多直观的优势1,802.11ac从三个方面提升基础速率更多的信道带宽绑定密集调制模式更多的多输入多输出空间流2，更多的接入MU-MIMO技术，能够提供更多的并发接入能力，提升传输效率3，更少的干扰Thanks!*一台工作在80MHz（或者160MHz等等）的802.11ac无线接入点应该仍然能够允许802.11a或者802.11n客户端相连。因此在该80MHz频率内，信标帧在一个被称为主信道的20MHz信道内发送。无线接入点以及所有连接到该无线接入点的客户端接收并处理每个与该主信道重合的传输并且在解码帧的过程中提取虚拟载波侦听信息。然而，该无线接入点可能靠近其他不具备协调能力的无线接入点。那些无线接入点可能是预先存在的802.11a或者802.11n无线接入点，它们的主信道可能是802.11ac无线接入点80MHz频率内的任意一个20MHz的信道。不同的无线接入点及连接到它们的客户端会拥有不同的虚拟载波侦听，因此能够在不同的时间，在不同的子信道上传输，包括重合的时间。由于802.11ac拥有更宽的信道带宽，这一场景发生的可能性比802.11n最大40MHz频宽时更大。*为了向用户1发送数据，无线接入点向用户1发送了一个强波束，波瓣显示为右上边的蓝色曲线。同时，无线接入点在用户2和用户3的方向上降低了用户1的波束能量。这被称为“空操纵”，显示为蓝色的凹口。同时，无线接入点向用户2发送数据，向用户2形成一个波束，对用户1和用户3形成凹口，显示为红色曲线。接着黄色曲线显示了类似的对于用户3的波束和对于用户1和2的凹口。用这种方法，每个用户都能获得所需数据的强信号，并且仅会受到发往其他用户的数据的轻微干扰。为了让所有这些能够正常工作，尤其是深度空操作，无线接入点不得不准确地知道从其自身到所有用户的无线信道的情况。因为信道会随着时间变化，无线接入点不得不持续检测信道，这增加了开销。一些无线接入点甚至可能只使用需要更高开销的802.11ac探测协议，但是如果无线接入点能够采用诸如ClientLink机制那样最小化显式探测交换的个数的话，才能发挥MU-MIMO的最大优势