131 1300 0010
無線技術憑借其固有的特性不斷地發展和增值。從最開始的802.11到802.11 a/b，再到802.11 g 和現在的802.11n標準。從開始到最終獲準正式發布具有多項增強功能的協議標準，一共花費了超過七年的時間。
802.11n技術
在過去的七年里，IEEE標準化組織一直致力于研究一套新的標準。新標準在提供新功能的同時也標準化了802.11射頻功能的提升。新標準明顯改進了802.11通信的可靠性、無線信號覆蓋范圍的可預測性和增強802.11設備總的吞吐量。同時向后兼容傳統的802.11環境。
最初的802.11n標準很大程度上是基于802.11n Wi-Fi 聯盟2.0版本的草案，并且包括了以下的關鍵設備要求。這些關鍵的設備要求現已在最終的版本里都已經包括：
*MIMO-描述了多進多出（MIMO）技術的使用；
*射頻增強-增加了信道容量，更高的調制速率和更低的系統開銷；
*MAC 增強-在現有802.11設備數據幀的基礎上修改了能為802.11n使所用的幀格式；
MIMO
多進多出（MIMO）技術是802.11n標準的核心。這個MIMO技術的討論提供了理解802.11n如何實現600Mbps速率的一個基礎。
無線通信的本質是很容易受到各種干擾、失真或噪聲的影響。與有線技術類似，信噪比（SNR）的效益對高效數據傳輸的能力至關重要。信噪比的值越大，信號所能承載的信息量就越多，并且在接收端所能復原的信息量也越多。
802.11n 使用兩種有趣的技術來改善信噪比和存在多徑效應的環境：波束成形和多路空間分集。下面的章節描述了它們的功能以及好處。
傳輸的波束成形技術
波束成形是在一個開放或較少障礙物的環境下有多根發射天線和單根接收天線時使用的一項技術。當有多根發射天線時，每個被發送的射頻信號在傳輸時由于傳輸路徑不同會產生一個不同的相位。這些差值將影響總體的信噪比。通過調整發射信號的相位從而在接收端它們能進很好地匹配，信噪比將會有大幅的提高。因此發射端信號就能承載更多的信息并且接收端也能復原更多的信息。
至此，我們注意到這種特殊的方法緊密地依賴于發射端和接收端之間的反饋機制。接收端接收到無線信號上的信息將會返回到發射端，從而讓發射端去調整它的射頻信號。
*當實施波束成形技術時，需要注意以下幾點：
1. 這個特殊技術只對802.11n發射端和接收端有效；
2. 僅應用在只發送信號到單個接收端的情況下；
3. 接收端和發射端之間的反饋機制不是直接和瞬間的。如果發射端或接收端位置改變，則需要重建之間的關系；
多徑或空間分集
MIMO 技術同時利用多個射頻信號，每個信號由對應的天線發送出去屬于自己的空間流。在典型的無線環境下，任何的發射信號無疑都會碰到一些干擾或反射體。隨著發射端數量的增多，發射信號的數量也會增多。因此，信號將從不同的路徑在不同的時間被接收。這種情況被稱為多徑。
由于每個天線的功能彼此獨立，不同數據流有自己的發射源。在接收端，來自于每個射頻的每個數據流會被組合起來，在復雜的運算之后，形成一個更清晰或更強的信號從而達到更高的信噪比。
射頻增強
除了引入更高效的天線以外，802.11n做了額外的射頻改進來提高WLAN的有效吞吐量。其中最重要的改進是增加頻帶寬度、采用更高的調制速率和減少開銷。下面的章節將描述每個改進和它們對WLAN吞吐量的影響。
20MHz及40MHz信道
為了理解射頻增強技術及其對WLAN性能的總體提升，有必要對頻譜效率和信道綁定的背景知識有所了解。
在最初的802.11和802.11b標準里，他們的頻譜效率或頻寬為0.5 bits/Hz；802.11a和802.11g的頻譜效率為2.7 bits/Hz@ 54Mbps。頻譜效率越高，有限的頻帶空間利用效率也越高。
除了頻譜效率外，一些專有的WLAN 系統使用被稱為“Super G”或“信道綁定”的智能技術來綁定兩個802.11g（54Mbps）頻道來提供高達108Mpbs的速率。
通過信道綁定技術，雖然頻譜效率與802.11a和802.11g一樣，但是頻帶寬度卻是兩倍。這提供了一個兩倍數據傳輸速率的簡單方法。
在新的802.11n標準中一個關鍵的增強功能是高效地使用了20MHz及40MHz的信道。與其它專有產品類似，802.11n標準中40MHz的信道由兩個20MHz的信道綁定組成。使用40MHz綁定信道，802.11n利用每個20MHz信道在頻帶的頂部及底部保留用來降低相鄰信道干擾的少量信道來傳輸信號。低信道的頂部和高信道的底部將不再保留用來避免干擾。這些一小部分的信道可用于承載信息。通過這種更高效地使用兩個20MHz信道的方法，當從20MHz過渡到40MHz信道時，802.11n可實現略高于原本20MHz兩倍的數據傳輸速率（參見圖1）。
圖1：20MHz和40MHz信道
更高的調制速率
802.11n標準使用一個眾所周知的被稱為正交頻分復用（OFDM）的調制解調技術，它把一個射頻信道分割成大量的更小的具有自己子載波信號的信道（參見上圖1）。每個載波信號都獨立地承載信息。就像把一組獨立的射頻捆綁在一起同時進行傳輸。
802.11n標準在每個20MHz信道中子載波的數量從48 個增加到52 個。對于只有單個傳輸射頻的系統，這稍微增加數據傳輸速率到最大65Mbps。802.11n為一個發射器提供8個速率可供使用，同時可使用的發射器的數量增加到4 個。對于兩個發射器，最大的速率可達到130Mbps。三個發射器則可提供最大195Mbps的速率。最多四個發射器可達到260Mbps。在20MHz信道802.11n總共能提供多達32 個速率集。
當使用40MHz信道時，802.11n增加子載波的數量到108 個。從而為1 到4 個發射器分別提供最大135Mbps，270 Mbps，405 Mbps 和540 Mbps的速率。相同地，40MHz每個發射器有8個速率集，總計32 個速率集。
降低開銷：保護間隔
OFDM包含一種多徑環境下防止碼間干擾的安全機制。在前一個符號還未被完全接收一個新的符號就已到達接收端的情況下產生了碼間干擾（參見圖2）。
圖2：保護間隔
802.11n使用800納秒的保護間隔，允許800英尺的多徑差異。然而，假定接收器和發射器之間800英尺的多徑差異對于多徑環境來說并不太嚴格，這時可以降低保護間隔。802.11n 的保護間隔能夠被配置成400 納秒或4微秒。這個小的改動可以提高數據傳輸速率。對于20MHz信道而言，降低保護間隔后1 到4 個發射器的最大速率可分別可達到72Mbps、144Mbps、216Mbps和288Mbps；對于40MHz 信道，最大速率可達到150Mbps、300Mbps、450Mbps和600Mbps。
MAC層增強
在前面的文章中我們了解到射頻的改善如何提高了傳輸的性能。然而，這些改進也僅僅是性能的提升。
每個數據報文或數據幀都有一定的開銷。更準確地說，就是MAC層協議的開銷。除這些開銷之外，幀間間隔和確認機制也會降低有效的最大吞吐量。802.11n引入了一些改進來優化MAC層協議的開銷。
為了減少開銷，802.11n引入了幀聚合。幀聚合本質上是將兩個或更多的幀組合成一個數據幀進行傳輸。802.11n提供了兩種幀聚合的方法：MAC服務數據單元（MSDU）聚合和信息協議數據單元（MSDU）聚合。兩種聚合方式減少開銷到每次數據幀傳輸時只有一個射頻前導（參見圖3）。
圖 3：幀聚合
MAC 協議數據單元聚合（A-MPDU）
A-MPDU的工作機制和A-MSDU不同。MPDU聚合把每個以太網幀轉換成802.11的格式然后再將這些幀按相同的目的地址搜集起來，而不是直接搜集以太網幀。因為搜集的數據幀已經封裝了802.11MAC幀頭，從而不再需要封裝另外的802.11幀結構（參見圖4）。
圖 4： A-MPDU幀
因為額外開銷是聚合幀的一部分，所以MPDU效率較低。圖4 顯示的是具有一個包頭和有效數據的數據幀格式。此外，當把加密包括在內時效率將會進一步降低。
另外一個值得關注的特性是部分A-MPDU采用塊確認機制。通過塊確認機制，接收方返回一個ACK確認幀給發送方作為對任意未被確認的幀的統一確認。在大量錯誤不可避免的環境下，確認幀數量的減少至關重要。
MAC 服務數據單元聚合（A-MSDU）
A-MSDU是兩種幀聚合中更高效的一種。A-MSDU的工作機制是聚合具有相同目的地的以太網幀，并封裝它們到一個802.11幀里然后傳輸這個802.11封裝的聚合以太網幀（參見圖5）。
圖5：MSDU聚合幀
與MPDU聚合幀中的每個子幀都有一個幀頭不同，MSDU只包含一個由radio preamble、radio header和MAC header組成的幀頭。另外，MSDU僅對整個聚合幀加密，然而MPDU 每個單獨的數據幀都被加密。
與MPDU相似，MSDU 聚合幀中的所有幀必須有相同的QoS等級。不允許將語音幀和best-effort幀合成一個聚合幀。
隨著802.11n標準的正式發布，無線技術變得越來越成熟并通過關鍵功能的實現為目前及將來的企業帶來更大的好處。
802.11n標準的增強功能具有以下的關鍵好處：
憑借著802.11n標準的好處，企業部署無線技術更趨向于考慮使用802.11n。這個新的標準可以增加每個無線客戶端的WLAN容量和吞吐量，同時保持低成本、部署時間短、投資回報快和無縫過渡的優勢。
