Введение

Стандарт беспроводных сетей в семействе 802.11 IEEE 802.11n 2009 или 802.11n - это стандарт беспроводных сетей, который использует несколько антенн для увеличения скорости передачи данных. Wi-Fi Alliance также ретроактивно обозначил технологию стандарта как Wi-Fi 4. Он стандартизировал поддержку многократного ввода и вывода, агрегацию кадров и улучшения безопасности, среди других функций, и может использоваться в диапазонах частот 2,4 ГГц или 5 ГГц. Как первый стандарт Wi-Fi, который ввел поддержку MIMO (множественный вход и множественный выход), иногда устройства/системы, поддерживающие стандарт 802.11n (или проектную версию стандарта), называются MIMO (продукты Wi-Fi), особенно до введения стандарта следующего поколения. Использование MIMO OFDM (ортогональное разделение частоты мультиплексирования) для увеличения скорости передачи данных при сохранении того же спектра, что и 802.11a, было впервые продемонстрировано Airgo Networks. Цель стандарта - улучшить пропускную способность сети по сравнению с двумя предыдущими стандартами 802.11a и 802.11g с значительным увеличением максимальной чистой скорости передачи данных с 54 Мбит/с до 72 Мбит/с с одним пространственным потоком в канале 20 МГц и 600 Мбит/с (немного более высокая валовая скорость передачи, включая, например, коды коррекции ошибок, и немного более низкая максимальная пропускная способность) с использованием четырех пространственных потоков на ширине канала 40 МГц. IEEE 802.11n 2009 является поправкой к стандарту беспроводных сетей IEEE 802.11 2007. 802.11 - это набор стандартов IEEE, которые регулируют методы передачи беспроводных сетей. Они обычно используются сегодня в своих версиях 802.11a, 802.11b, 802.11g, 802.11n, 802.11ac и 802.11ax для обеспечения беспроводной связи в домах и предприятиях. Разработка 802.11n началась в 2002 году, за семь лет до публикации. Протокол 802.11n теперь является пунктом 20 опубликованного стандарта IEEE 802.11 2012 года и впоследствии был переименован в пункт 19 опубликованного стандарта IEEE 802.11 2020.

Описание

IEEE 802.11n является поправкой к IEEE 802.11 2007 с изменениями IEEE 802.11k 2008, IEEE 802.11r 2008, IEEE 802.11y 2008 и IEEE 802.11w 2009 и основывается на предыдущих стандартах 802.11 путем добавления системы многократного ввода и вывода (MIMO) и каналов частоты 40 МГц в PHY (физический слой) и агрегации кадров в MAC слой. Существовали более старые проприетарные реализации MIMO и 40 МГц каналов, таких как Xpress, Super G и Nitro, которые были основаны на 802.11g и 802.11a технологии, но это был первый раз, когда он был стандартизирован для всех производителей радио. MIMO - это технология, которая использует несколько антенн для согласованного разрешения большей информации, чем это возможно с помощью одной антенны. Один из способов обеспечения этого - через пространственное разделение мультиплексирования (SDM), которое пространственно мультиплексирует несколько независимых потоков данных, передаваемых одновременно в пределах одного спектрального канала полосы пропускания. MIMO SDM может значительно увеличить пропускную способность данных по мере увеличения количества разрешенных потоков пространственных данных. Каждый пространственный поток требует дискретной антенны как на передатчике, так и на приемнике. Кроме того, технология MIMO требует отдельной цепи радиочастот и аналогового цифрового преобразователя для каждой антенны, что делает ее более дорогой для реализации, чем системы, не являющиеся MIMO. Канал шириной 40 МГц является еще одной особенностью, включенной в 802.11n; это удваивает ширину канала с 20 МГц в предыдущих 802.11 PHY для передачи данных и обеспечивает вдвое более высокую скорость передачи данных PHY, доступную по одному каналу 20 МГц. Он может быть включен в режиме 5 ГГц или в режиме 2,4 ГГц, если известно, что он не будет мешать любой другой системе 802.11 или не 802.11 (например, Bluetooth), использующей те же частоты. Архитектура MIMO, вместе с более широкими каналами, обеспечивает повышенную скорость физической передачи по сравнению со стандартными 802.11a (5 ГГц) и 802.11g (2,4 ГГц).

Кодирование данных

Передатчик и приемник используют методы предварительного кодирования и посткодирования, соответственно, для достижения пропускной способности MIMO-ссылки. Предварительная кодировка включает в себя пространственное формирование пучка и пространственное кодирование, где пространственное формирование пучка улучшает качество полученного сигнала на стадии декодирования. Кодирование пространства может увеличить пропускную способность данных посредством пространственного мультиплексирования и увеличить диапазон, используя пространственное разнообразие, с помощью таких методов, как кодирование Аламути.

Количество антенн и потоков данных

Количество одновременных потоков данных ограничено минимальным количеством используемых антенн по обе стороны линии связи. Однако отдельные радио часто еще больше ограничивают количество пространственных потоков, которые могут нести уникальные данные. Эта нотация помогает определить, на что способен данный радиоприемник. Первое число (a) - это максимальное количество передающих антенн или передающих цепей TF, которые могут использоваться радиостанцией. Второе число (b) - это максимальное количество приемных антенн или приемных радиочастотных цепей, которые могут использоваться радиостанцией. Третье число (с) - это максимальное количество пространственных потоков данных, которые может использовать радио. Например, радио, которое может передавать на двух антеннах и принимать на трех, но может отправлять или принимать только два потока данных, будет 2 × 3 : 2. 802.11n-проект позволяет до 4 × 4:4. Общие конфигурации устройств 11n: 2 × 2 : 2, 2 × 3 : 2 и 3 × 2 : 2. Все три конфигурации имеют одинаковые максимальные пропускные способности и характеристики, и отличаются только количеством разнообразия, которое обеспечивают антенные системы. Кроме того, становится распространенной четвертая конфигурация, 3 × 3 : 3, которая имеет более высокую пропускную способность из-за дополнительного потока данных.

Скорости передачи данных

Предполагая, что параметры работы 802.11g равны сети 802.11g, достигающей 54 мегабита в секунду (на одном канале 20 МГц с одной антенной), сеть 802.11n может достигать 72 мегабита в секунду (на одном канале 20 МГц с одной антенной и 400 нс защитный интервал); скорость 802.11n может достигать 150 мегабитов в секунду, если в окрестностях нет других выбросов Bluetooth, микроволновых или Wi-Fi, используя два канала 20 МГц в режиме 40 МГц. Если используется больше антенн, то 802.11n может достигать 288 мегабит в секунду в режиме 20 МГц с четырьмя антеннами или 600 мегабит в секунду в режиме 40 МГц с четырьмя антеннами и 400 нс защитным интервалом. Поскольку полоса 2,4 ГГц сильно перегружена в большинстве городских районов, сети 802.11n обычно имеют больше успехов в увеличении скорости передачи данных, используя больше антенн в режиме 20 МГц, а не работая в режиме 40 МГц, поскольку режим 40 МГц требует относительно свободного радиочастотного спектра, который доступен только в сельских районах вдали от городов. Таким образом, инженеры сетей, устанавливающие сеть 802.11n, должны стремиться выбрать маршрутизаторы и беспроводные клиенты с максимально возможным количеством антенн (одной, двух, трех или четырех, как указано в стандарте 802.11n) и постараться убедиться, что полоса пропускания сети будет удовлетворительной даже в режиме 20 МГц. Скорости передачи данных до 600 Мбит/с достигаются только при использовании максимум четырех пространственных потоков, используя один канал шириной 40 МГц. Различные схемы модуляции и кодирования определены стандартом, который также присваивает каждой произвольный номер; это число является индексом схемы модуляции и кодирования или индексом MCS. В таблице ниже показаны отношения между переменными, которые позволяют получить максимальную скорость передачи данных. GI (Guard Interval): Время между символами. Канал 20 МГц использует FFT 64, из которых: 56 субносителей OFDM, 52 для данных и 4 - пилотные тоны с разделением носителей 0,3125 МГц (20 МГц/64) (3,2 мкс). Каждый из этих поднесущих может быть BPSK, QPSK, 16 QAM или 64 QAM. Общая полоса пропускания составляет 20 МГц с занятой полосой пропускания 17,8 МГц. Общая продолжительность символа составляет 3,6 или 4 микросекунды, включая интервал защиты 0,4 (также известный как короткий интервал защиты (SGI)) или 0,8 микросекунды. 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 2 3 3 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 3 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 3 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 3 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 3 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 3 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 2 2 2 3 3 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 2 2 2 3 3 3 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 2 2 2 3 3 3 3 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 2 2 2 3 3 3 3 4 4 4 4 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 2 2 2 3 3 3 3 4 4 4 4 4 4 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2 3 3 3 3 3 3 4 4 4 4 4 4 4 4 4 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 3 3 3 3 3 3 3 3 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 7 7 7 7 39 52 3 Асимметричный модуль. 53 76 4 Асимметричный модуль. 77 127

Совместимость с другими технологиями

Когда 802.11g был выпущен для совместного использования полосы с существующими устройствами 802.11b, он предоставил способы обеспечения обратной совместимости между устаревшими и последующими устройствами. 802.11n расширяет управление сосуществованием для защиты своих передач от устаревших устройств, которые включают 802.11g, 802.11b и 802.11a. Существуют механизмы защиты уровня MAC и PHY, перечисленные ниже: защита уровня PHY: защита формата смешанного режима (также известная как защита L SIG TXOP): в смешанном режиме каждая передача 802.11n всегда встроена в передачу 802.11a или 802.11g. Для передач частотой 20 МГц эта встраиваемость обеспечивает защиту с 802.11a и 802.11g. Однако устройства 802.11b по-прежнему нуждаются в защите CTS. Защита на уровне PHY: передачи, использующие канал 40 МГц в присутствии клиентов 802.11a или 802.11g, требуют использования защиты CTS на обеих половинах 20 МГц канала 40 МГц, чтобы предотвратить помехи для устаревших устройств. Защита уровня MAC: обмен RTS/CTS или передача CTS фрейм-кодекса при устаревших скоростях может использоваться для защиты последующей передачи 11n.

Стратегии развертывания

Для достижения максимальной производительности рекомендуется использовать чистую сеть 802.11n 5 ГГц. Полоса 5 ГГц имеет значительную пропускную способность из-за большого количества не перекрывающихся радиоканалов и меньшего количества радиопомещений по сравнению с полосой 2,4 ГГц. Сеть только 802.11n может быть непрактичной для многих пользователей, потому что им нужно поддерживать устаревшее оборудование, которое все еще только 802.11b/g. В смешанной системе оптимальным решением было бы использование двойной точки доступа радио и размещение трафика 802.11b/g на радио 2,4 ГГц и трафика 802.11n на радио 5 ГГц. Эта настройка предполагает, что все клиенты 802.11n поддерживают частоту 5 ГГц, что не является требованием стандарта. 5 ГГц является необязательным для Wi-Fi 4; довольно много устройств с поддержкой Wi-Fi 4 поддерживают только 2,4 ГГц, и нет практического способа обновить их для поддержки 5 ГГц. Некоторые AP корпоративного класса используют направление полосы для отправки клиентов 802.11n в полосу 5 ГГц, оставляя полосу 2,4 ГГц для устаревших клиентов. Полосное управление работает, отвечая только на запросы ассоциации 5 ГГц, а не на запросы 2,4 ГГц от клиентов с двумя полосами.

40 МГц каналы в 2,4 ГГц

2,4 ГГц ISM полоса довольно перегружена. С 802.11n есть возможность удвоить пропускную способность на канал до 40 МГц (жирный канал), что приводит к более чем удвоению скорости передачи данных. Однако в Северной Америке, когда в 2,4 ГГц, включение этой опции занимает до 82% нелицензионной полосы. Например, канал 3 SCA (вторичный канал выше), также известный как 3 + 7, резервирует первые 9 из 11 доступных каналов. В Европе и других местах, где доступны каналы 113, распределение 1+5 использует чуть более 50% каналов, но перекрытие с 9+13 обычно не является значительным, поскольку оно находится на краях полос, и поэтому две полосы 40 МГц обычно работают, если передатчики физически не очень близко друг от друга. В спецификации требуется один основной канал на частоте 20 МГц, а также вторичный соседний канал, расположенный на расстоянии ±20 МГц. Первичный канал используется для связи с клиентами, не способными работать в режиме 40 МГц. В режиме 40 МГц центральная частота на самом деле является средней частотой первичного и вторичного каналов. Основной канал 20 МГц 40 МГц выше 40 МГц ниже блоков 2nd ch. Центральный блок, 2-я часть. Центр Блоки 1 13 5 3 17 colspan=3 2 14 6 4 18 colspan=3 3 15 7 5 19 colspan=3 4 26 8 6 210 colspan=3 5 37 9 7 311 1 3 17 6 48 10 8 412 2 4 18 7 59 11 9 513 3 5 19 8 610 12 10 613 4 6 210 9 711 13 11 713 5 7 311 10 812 colspan=3 6 8 412 11 913s colpan=3 7 9 513 12 1013s colpan=3 8 10 613 13 1113s colpan=3 9 713 Местные правила могут ограничить работу некоторых каналов. Например, каналы 12 и 13 обычно недоступны для использования в качестве основного или вторичного канала в Северной Америке. Дополнительная информация приведена в разделе "Список каналов WLAN".

Программа сертификации Wi-Fi Alliance

Wi-Fi Alliance обновил свой набор тестов совместимости для некоторых улучшений, которые были завершены после версии 2.0. Кроме того, он подтвердил, что все проекты сертифицированных продуктов остаются совместимыми с продуктами, соответствующими окончательным стандартам.

Проект-н

После того, как первый проект стандарта IEEE 802.11n был опубликован в 2006 году, многие производители начали производить так называемые "проекты" продуктов, которые утверждали, что соответствуют проекту стандарта, даже до окончательного утверждения стандарта, что означает, что они могут не взаимодействовать с продуктами, произведенными в соответствии со стандартом IEEE 802.11 после публикации стандарта, и даже между собой. Wi-Fi Alliance начал сертифицировать продукты на основе IEEE 802.11n проекта 2.0 в середине 2007 года. Эта программа сертификации установила набор функций и уровень взаимодействия между поставщиками, поддерживающими эти функции, таким образом, обеспечивая одно определение "проекта n", чтобы обеспечить совместимость и взаимодействие. Базовая сертификация охватывает широкие каналы 20 и 40 МГц и до двух пространственных потоков, для максимальной пропускной способности 144,4 Мбит/с для 20 МГц и 300 Мбит/с для 40 МГц (с коротким интервалом защиты). Ряд поставщиков как в потребительском, так и в корпоративном пространстве создали продукты, которые получили эту сертификацию.

Хронология

11 сентября 2002 года состоялось первое заседание Исследовательской группы высокой пропускной способности (HTSG). Ранее в этом году в постоянном комитете по беспроводной связи следующего поколения (WNG SC) были заслушаны доклады о том, почему они нуждаются в изменениях и какая целевая пропускная способность будет необходима для обоснования поправок. В мае 2002 года был достигнут компромисс, согласно которому начало работы Исследовательской группы должно было быть отложено до сентября, чтобы 11г. смогла завершить основные работы в июле 2002 года. 11 сентября 2003 года Комитет по новым стандартам IEEE SA (NesCom) одобрил запрос на разрешение проекта (PAR) с целью внесения изменений в стандарт 802.11 2007. Новая рабочая группа по 802.11 (TGn) разработает новую поправку. Изменение TGn основано на IEEE Std 802.11 2007, измененном IEEE Std 802.11k 2008, IEEE Std 802.11r 2008, IEEE Std 802.11y 2008 и IEEE P802.11w. TGn станет пятой поправкой к стандарту 802.11 2007. Целью данного проекта является определение поправки, которая должна определить стандартизированные модификации как физического уровня 802.11 (PHY), так и уровня 802.11 среднего контроля доступа (MAC), чтобы можно было обеспечить режимы работы, которые способны на гораздо более высокие пропускные способности, с максимальной пропускной способностью не менее 100 Мбит/с, измеренной в точке доступа к службе данных MAC (SAP). 15 сентября 2003 года Первое заседание новой рабочей группы по 802.11 (TGn). 17 мая 2004 года был опубликован Призыв к представлению предложений. 13 сентября 2004 года был заслушан первый раунд 32 предложений. Март 2005 Предложения были отобраны до одного предложения, но 75% консенсуса по одному предложению не достигнуто. Дальнейшие усилия были направлены в течение следующих 3 сессий, не сумев договориться о одном предложении. Июль 2005 Предыдущие конкуренты TGn Sync, WWiSE и третья группа MITMOT заявили, что они объединят свои соответствующие предложения в виде проекта. Ожидалось, что процесс стандартизации будет завершен к второму кварталу 2009 года. 19 января 2006 года Рабочая группа IEEE 802.11n одобрила спецификацию совместного предложения, дополненную проектом спецификации EWC. Единогласное одобрение направления окончательного проекта 11.0 рабочей группы в Ревком. 11 сентября 2009 г. РевКом/Совет по стандартам одобрил. 29 октября 2009 г. Опубликовано.

Стандарт

IEEE 802.11n 2009