高速局域网标准

高速局域网 超高速无线局域网标准, 摘要:IEEE802.11ac是IEEE委员会正在制定的最新无线局域网标准之一,目标是在保证覆 盖范围不降低的前提下,在6GHz以下频段达到Gbit/s的数据传输速率。本文主要阐述了 IEEE802.11ac标准的技术内容,重点分析MU MIMO技术和信道绑定技术,并分析了 IEEE802.11ac标准对未来无线局域网建设的影响。 关键词,VHT,WLAN,802.11ac,多用户MIMO,信道绑定 中图分类号:TN915.04 文献标识码: A Study on key Technology about Very High Throughput Wireless Local Area Network Standard of IEEE802.11ac 1 1112 Bingting Wang, Qibin Lin, Yangyi Zhang, Yonghua Shi, Lijuan Xu ( 1. School of Mechanical and Electronic Engineering, Chuzhou University, Chuzhou 239000, Anhui; 2. Anhui University Key Laboratory of Intelligent Computing & Signal Processing, Ministry of Education, Hefei 230039, Anhui) Abstract: IEEE802.11ac is one of upcoming standards which are development by IEEE standardization committee. The objective is to achieve maximum throughput of at least 1Gbps operation below 6GHz. This paper introduces the technology of the IEEE802.11ac, mainly introduce the technology of MU MIMO and channel bonding, and the profound significance of the construction of the WLAN is analyzed. Key words: VHT; WLAN; IEEE802.11ac; MU MIMO; Channel Bonding 1 引言 无线局域网(Wireless Local Area Network，简称WLAN)自其诞生以来，凭借优越的 灵活性和便捷性，得到了迅速的发展。目前，IEEE802.11是无线局域网的主流标准，自1997 年第一部802.11标准的制定，之后IEEE陆续发布了很多改进版本，例如1999年颁布的 [1][2]IEEE802.11a标准和IEEE802.11b标准，前者定义了一个在5GHz频段上的数据传输速率 可达54Mbps的物理层，后者定义了2.4GHz频段上数据传输速率为11Mbps。2003年颁布 [3]的802.11g标准，在2.4GHz频段数据传输速率和802.11a一样可达54Mbps。而2009年颁[4]布的标准IEEE802.11n，采用MIMO-OFDM、40MHz带宽和帧聚合等技术来提高数据速率， 理论速度可达600Mbps，这也标志着无线局域网进入了高速发展的时代。 推进无线LAN标准化的IEEE802委员会于2008年下半年开始制定的传输速度比现行 [5]高速无线局域网标准IEEE802.11n更高速的新一代标准IEEE802.11ac。目标是把实际数据 传输速率提高至数Gbps，标准计划名为“超高吞吐量(Very High Throughput，简称VHT)”。 在2008年7月13日,18日于美国科罗拉多州丹佛召开的会议上，VHT被确定升级为正式 工作组(Task Group 简称TG)。目前，IEEE802.11ac标准已进入草案阶段，最终正式 则有望在2013年完成。 ----------------------------- 收稿日期:2014-07-16;修回日期 基金项目:安徽省高校省级自然科学研究项目(No.KJ2014A188);滁州学院自然科学 研究项目(2012kj007B);滁州学院本科教学质量与教学改革项目(Nos. 2013jyy006, 2012jyy012)。 作者简介: 王炳庭(1984,), 男, 安徽省滁州市人, 助教, 硕士, 主要研究方向为超高速无线局域网,传感器网络 (wangbingting2010@126.com) 2 IEEE802.11ac关键技术 作为802.11n的演进版本，802.11ac关键技术主要是沿用802.11n更宽信道和更多空间 [6-7]流数目的思想，802.11ac的核心技术是基于5G频段，将原本工作的20MHz和40MHz扩展到80MHz和160MHz并结合MIMO技术，来提供1Gbps以上的吞吐量，同时通过设计提供向后兼容的能力。此外，802.11ac增强调制方式从64QAM上升到256QAM，空间流的数目也增加到8阶来更好地支持DL MU-MIMO。图表一给出的是IEEE802.11ac标准和目前主流802.11标准技术参数的一个比较，可以看出802.11ac在速率上有飞跃的上升，而各物理层核心参数进一步增强同时又保证向后兼容。 表1 802.11系列协议技术参数比较 IEEE802.11a IEEE802.11b IEEE802.11g IEEE802.11n IEEE802.11ac 发布时间 1999年7月 1999年7月 2003年6月 2009年9月 待定 工作频段 5GHz 2.4GHz 2.4GHz 2.4/5GHz 5GHz 最大数据54Mbps 11Mbps 54Mbps 600Mbps 7Gbps 速率 频宽 20MHz 20MHz 20MHz 20/40MHz 20/40/80/160MHz 编码类型 OFDM DSSS OFDM,DSSS MIMO-OFDM MIMO-OFDM BPSK,QPSK,BPSK,QPSKBPSK,QPSK, BPSK,QPSK, 16QAM,64Q调制方式 ,16QAM, CCK 16QAM, 16QAM,64QAM, AM,DBPSK,64QAM 64QAM 256QAM DQPSK,CCK 空间流数 1 1 1 1,2,3,4 1,2,3,4,5,6,7,8 编码 卷积码 卷积码 卷积码，LDPC 卷积码，LDPC / 兼容性 802.11a 802.11b 802.11b/g 802.11a/b/g/n 802.11a/g/n 目前，IEEE802.11ac已进入草案2.0版本，2012年3月11日,16日在夏威夷召开的IEEE802.11ac会议正在征集对草案2.0的修改建议稿，并征集建议稿的修改提案。最终的标准预计在2013年底颁布。本文主要是分析和研究IEEE802.11ac关键技术，接下来的部分将详细讲述信道绑定和MU MIMO技术并简要介绍IEEE802.11ac PHY和MAC层的一些新特征。 2.1 信道绑定 增加吞吐量最直接的方法之一是增加无线信号传输的带宽，传统的无线传输标准802.11a,b,g都采用20MHz的传输带宽，802.11n推出信道绑定的技术，将带宽扩展到40MHz信道传输。信道绑定技术即同时利用两个或者多个信道扩展成单一宽信道传输，是通过物理层与MAC层的协同工作。为实现信道绑定，802.11n定义了主信道和辅助信道的概念，主信道是指无线服务的广播信道，用以发送广播帧标识无线服务的存在，辅助信道是与主信道进行绑定的信道。绑定后的40MHz信道由两个相邻的20MHz信道组成。若采用原先单独的20MHz信道，信道最低及最高频段保留一部分带宽避免信道间干扰。而当使用40MHz绑定信道时，这些保留带宽可以用来传输信息。通过利用保留带宽，802.11n的信道应用效 [4]率更高，通常可比20MHz带宽的两倍要稍高。 IEEE802.11ac通过信道绑定(如图1，2所示)将信道带宽扩展到80MHz及160MHz以此来达到1Gbps速率传输的要求。在最新版的IEEE802.11ac草案2.0中20/40/80MHz信道为 必选项，而160MHz传输为可选，80MHz的信道由相邻的40MHz信道组成，而160MHz信道传输又可分为连续的160MHz信道传输—由两个相邻的80MHz信道组成(如图1所示) [5,8]和非连续的160MHz信道传输—由任何两个非连续的80MHz信道组成。 517058355330549057105735MHzMHzMHzMHzMHzMHzIEEE channel#36 4020MHz 4440MHz48 80MHz52 56160MHz 60 图1 连续的160MHz信道化(美国) 64 100517058355330549057105735MHzMHzMHzMHzMHzMHz104 IEEE channel#10836 4020MHz112 4411640MHz4812080MHz5212456160MHz12860 160MHz64132 136160MHz100 140104 108图2 非连续的160MHz信道化(美国) 149 112 153116 2.2 MU MIMO技术 157120 124161MIMO技术实质上是为系统提供空间复用增益和空间分集增益。空间复用技术可以大128165大提高信道容量，而空间分集则可以提高信道的可靠性，降低信道误码率。802.11ac沿用132 802.11n的MIMO技术，但又区别于802.11n中的技术，主要是在802.11ac中将采用MU 136 140MIMO技术。一个简单的多用户MIMO系统的示意图如图3所示: 149 153 157无线访问点161 165 STA1STA3 STA2图3 多用户 MIMO示意图 对于802.11n中的MIMO技术，STA同时传输多个流给另一个STA。而多用户MIMO是STA同时传输多个流给若干个其他的STA。比如，4天线AP(Access point，接入点)传输两个流给STA1和两个流给STA2，这么做的目的主要是增加网络容量。 多用户MIMO上行链路通常被称作多址接入信道，下行链路则为广播信道。在上行链路中，所有用户工作在相同的频段上，向同一个AP发送信号，AP可以根据不同的多址接入方式采用阵列处理，利用多用户检测等技术分离出各个用户的数据。下行链路中，AP同时向通信中的移动台发送数据，一个移动台对应一个用户。 在802.11ac中，主要采用的是DL MU MIMO，如示意图3所示，一个AP可以同时传输一个数据流给STA1，两个数据流给STA2以及2个数据流给STA3。DL MU MIMO主要是聚合了多个STA同时进行传输，这样就减少了比如有的STA就1根天线而数据速率又低而又会长期占用资源的不利因素，但同时MU MIMO也增加了开销和复杂度。为此，在802.11ac中定义了传输中最大的用户数为4个，而每一个用户最大的空间流也为4个，并且同时传输的用户的空间流数目不得超过8个。在MAC层，当采用DL MU MIMO时，多个分组同时发送给不同的站点，就必须提出一种机制来解决应答问题，802.11ac采用的是基于 [4,5,9]802.11n中的块确认(BA)机制，如下图4所示。 Data(STA1)BARBARBARRTS Data(STA2) Data(STA3) BABA CTSBA SIFSSIFSSIFSSIFSSIFSSIFSSIFS 图4 DL MU MIMO块确认机制 从图4可以看出，在发送一个DL MU MIMO数据流之后，AP会在第一个数据包中告知STA1进行回复确认，收到BA后会依此轮询第二第三个STA，直到收到所有站点回复BA。这种块确认机制需要STA了解他们是多用户传输并且知道自己在传输中的序号，这是通过VHT-SIG-S中的组ID获取的。 2.3 IEEE802.11ac的PHY设计和MAC特征 802.11ac PHY层的设计和MAC层的修正也主要基于上述两项关键技术80/160MHz信道和MU MIMO技术，并且保证与现有版本的同频段802.11协议兼容。以802.11ac分组前导(preamble)为例，前导由如下字段组成:传统的短训练字段(Legacy short training field，记为STF)、传统的长训导字段( Legacy long training field ，记为LTF)、传统的SIGNAL字段(Legacy signal field，记为L-SIG)，这些字段的设置主要是为了与现有的标准的STA共存，以及HT-SIG-A、VHT-STF、VHT-LTF、VHT-SIG-B字段，这些字段的设计主要是基于在802.11ac中增加了多用户MIMO和更宽的信道。 802.11ac对802.11n的MAC层的修正主要是解决共存和更宽信道的介质接入问题。由于在802.11ac中采用了更宽的信道，邻居BSS之间容易发生重叠，对于重叠网络主信道的选择也就更加困难，为了解决这个问题，802.11ac提出三方面来增强共信道操作:增强的次级信道空闲信道侦听(channel Clear Channel Assessment ,简称CCA)，增强的动态信道带宽操作和一个新的操作模式指示帧的提出。而在802.11n的帧聚合机制上只做了很小的修改，以提高传输的效率。 3 结束语 通过对802.11ac关键技术介绍，我们可以看出802.11ac标准的设计出发点主要是基于 多用户MIMO和更宽的信道来达到超高吞吐量的目的，而PHY和MAC层的设计也主要是 基于多用户MIMO和更宽信道进行增补改进。目前802.11ac标准还在制定过程中，等正式 标准确立以后，802.11ac将开始大规模商用，并将逐步替代5GHz频段的802.11a/n。可以预[10,11]见IEEE802.11ac将会在中短距离无线通信市场占据非常重要的地位。 参考文献 [1] IEEE 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[11] 罗振东，下一代WLAN 技术标准802.11ac/ ad[J]，现代电信科技，2010,12(1):10-14. 下面是赠送的中秋节演讲辞，不需要的朋友可以下载后编辑删除～～～谢谢 中秋佳节演讲词推荐 中秋,怀一颗感恩之心》 老师们,同学们: 秋浓了,月圆了,又一个中秋要到了!本周日,农历的八月十五,我国的传统节日——中秋节。中秋节,处在一年秋季的中期,所以称为“中秋”,它仅仅次于春节,是我国的第二大传统节日。 中秋的月最圆,中秋的月最明,中秋的月最美,所以又被称为“团圆节”。 金桂飘香,花好月圆,在这美好的节日里,人们赏月、吃月饼、走亲访友……无讳什举形式,都寄托着人们对生活的无限热爱和对美好生活的向往。 中秋是中华瑰宝之一,有着深厚的文化底蕴。中国人特别讱究亲情,特别珍视团圆,中秋节尤为甚。中秋,是一个飘溢亲情的节日;中秋,是一个弥漫团圆的时节。这个时节,感受亲情、释放亲情、增进亲情;这个时节,盼望团圆、追求团圆、享受团圆……这些,都已成为人们生活的主旋律。 同学们,一定能背诵出讲多关于中秋的千古佳句,比如“丼头望明月,低头思故乡”、“但愿人长丽,千里共婵娟”、“海上生明月,天涯共此时”……这些佳句之所以能穿透历史的时空流传至今,不正是因为我们人类有着的共同信念吗。 中秋最美是亲情。一家人团聚在一起,讱不完的话,叙不完的情,诉说着人们同一个心声:亲情是黑暗中的灯塔,是荒漠中的甘泉,是雨后的彩虹…… 中秋最美是思念。月亮最美,美不过思念;月亮最高,高不过想念。中秋圆月会把我们的目光和思念传递给我们想念的人和我们牵挂的人,祝他们没有忧愁,永远幸福,没有烦恼,永远快乐! 一、活动主题:游名校、赏名花,促交流,增感情 二、活动背景:又到了阳春三月,阳光明媚,微风吹拂,正是踏青春游的好时节。借春天万物复苏之际,我们全班聚集在一起,彼此多一点接触,多一点沟通,共话美好未来,不此同时,也可以缓解一下紧张的学习压力。 相信在这次春游活劢中,我们也能更亲近的接触自然,感悟自然,同时吸收万物之灵气的同时感受名校的人文气息。 三、活动目的: 1. 丰富同学们的校园生活,陶冶情操。 2. 领略优美自然风光,促进全班同学的交流,营造和谐融洽的集体氛围。 3. 为全体同学营造一种轻松自由的气氛,又可以加强同学们的团队意识。 4. 有效的利用活劢的过程及其形式,让大家感受到我们班级的发展和进步。 四、活动时间:XX年3月27日星期四 五、活动参与对象:房产Q1141全体及“家属” 六、活动地点:武汉市华中农业大学校内 七、活动流程策划: 1、27日8点在校训时集吅,乘车 2、9点前往华农油菜基地、果园,赏花摄影 3、10点30,回农家乐开始做饭,进行“我是厨王”大比拼 4、1点30,收拾食品残物,开始集体活劢 5、4点,乘车返校 八、职能分工及责任定岗 1、调研组:负责前期的选址、策划的撰写、实地考察、交通工具的联系和检验 组长:金雄 成员:吴开慧 2、安全保卫组:负责登记参加春游的人数,乘车前的人数的登记,集体活劢时同学的诶假的実批,安全知识的培训不教育,午餐制作的人员分组 组长:徐杨超 成员:王冲 3、食材采购组:根据春游的人数和预算费用吅理购买食材 组长:胡晴莹 成员:何晓艺 4、活劢组织组:在车上、赏花期间、主要是做饭完后的集体活劢期间的活劢的组织 组长:武男 成员:冯薏林 5、厨艺大赛组织组:负责挃导各个小组的午餐的准备,最后负责从五个小组里推荐的里面选出“厨王”，厨王春游费用全免， 组长:朱忠达 成员:严露 6、财务组:负责财务的报账及最后的费用的收取,做好最后的决算向全班 组长:杨雨 7、督导组:负责检查各组的任务的完成及协调各小组的任务分工 组长:叶青青 【注】以上只是大致的责任定岗,组长负主责,各小组要相互配吅,相互帮劣发挥你们的聪明才智去认真完成任务 九、注意事项 1、分组要尽量把做事积极的不不太积极的搭配,每组里都要有学生干部,学生干部要起带头作用 2、食材的购买不要太复杂了,先前想出菜谱,然后组织大家学习下烹饪知识,注意食材购买的质和量 3、注意提醒大家手机充足电,随时保持通讯畅通,有相机的同学带上相机,组织大家多拍几张全家福 4、游戏最好要能吸引全部人参加,让同学们能增加了解,班委们能更好的了解同学们的劢态,增进感情 各组应在规定时间前把活劢准备情冴向督导组报告,出现紧急情冴要第一时报告。督导组也可以及时把活劢的准备情冴在班委群公布,实时互劢。 中秋最美是感恩!无须多言,给父母一个微笑,给亲友一个问候,递上一杯清茶,送上一口月饼,这是我们给予父母最好的回报。感谢父母给予的生命,感谢父母给予的培养……老师们,同学们,这个中秋,我们要用一颗感恩的心来度过!心怀感恩!感恩一切造就我们的人,感恩一切帮劣我们成长的人!心怀感恩,我们才懂得尊敬师长,才懂得关心帮劣他人,才懂得勤奋学习、珍爱自己,才会拥有快乐,拥有幸福! 老师们,同学们,中秋最美,美不过一颗感恩的心!中秋最美,美不过真心的祝 福! 在此,我代表学校,祝老师们、同学们中秋快乐,一切圆满!