（WLAN）技術(shù)作為成熟而廣泛應(yīng)用的無線接入技術(shù)，已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于家庭、企業(yè)等。據(jù)統(tǒng)計(jì)，僅2008年一年，全球銷售了3億8千多萬顆WLAN芯片。盡管802.11a/g技術(shù)已經(jīng)將物理層吞吐提高到了54Mbps，但是隨著YouTube、無線家庭媒體網(wǎng)關(guān)、企業(yè)VoIP Over WLAN等應(yīng)用對WLAN技術(shù)提出了越來越高的帶寬要求，傳統(tǒng)技術(shù)802.11a/g已經(jīng)無法支撐。用戶需求呼喚著全新一代WLAN接入技術(shù)。
標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展歷程
IEEE 802.11工作組意識到支持高吞吐將是WLAN技術(shù)發(fā)展歷程的關(guān)鍵點(diǎn)，基于IEEE HTSG （High Throughput Study Group）前期的技術(shù)工作，于2003年成立了Task Group n (TGn)。n表示Next Generation，核心內(nèi)容就是通過物理層和MAC層的優(yōu)化來充分提高WLAN技術(shù)的吞吐。由于802.11n涉及了大量的復(fù)雜技術(shù)，標(biāo)準(zhǔn)過程中又涉及了大量的設(shè)備廠家，所以整個(gè)標(biāo)準(zhǔn)制定過程歷時(shí)漫長，預(yù)計(jì)2010年末才可能會(huì)成為標(biāo)準(zhǔn)。相關(guān)設(shè)備廠家早已無法耐心等待這么漫長的標(biāo)準(zhǔn)化周期，紛紛提前發(fā)布了各自的11n產(chǎn)品(pre-11n)。為了確保這些產(chǎn)品的互通性，WiFi聯(lián)盟基于IEEE 2007年發(fā)布的802.11n草案的2.0版本制定了11n產(chǎn)品認(rèn)證規(guī)范，以幫助11n技術(shù)能夠快速產(chǎn)業(yè)化。
根據(jù)WIFI聯(lián)盟2009年初公布的數(shù)據(jù)，802.11n產(chǎn)品的認(rèn)證增長率從2007年成倍增長，截至目前全球已經(jīng)有超過500款的11n設(shè)備完成認(rèn)證，2009年的認(rèn)證數(shù)量必將超出802.11a/b/g。
技術(shù)概述
802.11n主要是結(jié)合物理層和MAC層的優(yōu)化來充分提高WLAN技術(shù)的吞吐。主要的物理層技術(shù)涉及了MIMO、MIMO-OFDM、40MHz、Short GI等技術(shù),從而將物理層吞吐提高到600Mbps。如果僅僅提高物理層的速率，而沒有對空口訪問等MAC協(xié)議層的優(yōu)化，802.11n的物理層優(yōu)化將無從發(fā)揮。就好比即使建了很寬的馬路，但是車流的調(diào)度管理如果跟不上，仍然會(huì)出現(xiàn)擁堵和低效。所以802.11n對MAC采用了Block確認(rèn)、幀聚合等技術(shù)，大大提高M(jìn)AC層的效率。
802.11n對用戶應(yīng)用的另一個(gè)重要收益是無線覆蓋的改善。由于采用了多天線技術(shù)，無線信號（對應(yīng)同一條空間流）將通過多條路徑從發(fā)射端到接收端，從而提供了分集效應(yīng)。在接收端采用一定方法對多個(gè)天線收到信號進(jìn)行處理，就可以明顯改善接收端的SNR，即使在接受端較遠(yuǎn)時(shí)，也能獲得較好的信號質(zhì)量，從而間接提高了信號的覆蓋范圍。其典型的技術(shù)包括了MRC等。
除了吞吐和覆蓋的改善，11n技術(shù)還有一個(gè)重要的功能就是要兼容傳統(tǒng)的802.11 a/b/g，以保護(hù)用戶已有的投資。
接下來對這些相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行逐一介紹。
物理層關(guān)鍵技術(shù)
1. MIMO
MIMO是802.11n物理層的核心，指的是一個(gè)系統(tǒng)采用多個(gè)天線進(jìn)行無線信號的收發(fā)。它是當(dāng)今無線最熱門的技術(shù)，無論是3G、IEEE 802.16e WIMAX，還是802.11n，都把MIMO列入射頻的關(guān)鍵技術(shù)。
圖1 MIMO架構(gòu)
MIMO主要有如下的典型應(yīng)用，包括：
1） 提高吞吐
通過多條通道，并發(fā)傳遞多條空間流，可以成倍提高系統(tǒng)吞吐。
２) 提高無線鏈路的健壯性和改善SNR
通過多條通道，無線信號通過多條路徑從發(fā)射端到達(dá)接收端多個(gè)接收天線。由于經(jīng)過多條路徑傳播，每條路徑一般不會(huì)同時(shí)衰減嚴(yán)重，采用某種算法把這些多個(gè)信號進(jìn)行綜合計(jì)算，可以改善接收端的SNR。需要注意的是，這里是同一條流在多個(gè)路徑上傳遞了多份，并不能夠提高吞吐。在MRC部分將有更多說明。
2. SDM
當(dāng)基于MIMO同時(shí)傳遞多條獨(dú)立空間流（spatial streams），如下圖中的空間流X1,X2，時(shí)，將成倍地提高系統(tǒng)的吞吐。
圖2 通過MIMO傳遞多條空間流
MIMO系統(tǒng)支持空間流的數(shù)量取決于發(fā)送天線和接收天線的最小值。如發(fā)送天線數(shù)量為3,而接收天線數(shù)量為２，則支持的空間流為2。MIMO/SDM系統(tǒng)一般用“發(fā)射天線數(shù)量×接收天線數(shù)量”表示。如上圖為2*2 MIMO/SDM系統(tǒng)。顯然，增加天線可以提高M(jìn)IMO支持的空間流數(shù)。但是綜合成本、實(shí)效等多方面因素，目前業(yè)界的WLAN AP都普遍采用3×3的模式。
MIMO/SDM是在發(fā)射端和接收端之間，通過存在的多條路徑（通道）來同時(shí)傳播多條流。有意思的事情出現(xiàn)了：一直以來，無線技術(shù)(如OFMD)總是企圖克服多徑效應(yīng)的影響，而MIMO恰恰是在利用多徑來傳輸數(shù)據(jù)。
圖3 MIMO利用多徑傳輸數(shù)據(jù)
3. MIMO-OFDM
在室內(nèi)等典型應(yīng)用環(huán)境下，由于多徑效應(yīng)的影響，信號在接收側(cè)很容易發(fā)生(ISI)，從而導(dǎo)致高誤碼率。OFDM調(diào)制技術(shù)是將一個(gè)物理信道劃分為多個(gè)子載體（sub-carrier）,將高速率的數(shù)據(jù)流調(diào)制成多個(gè)較低速率的子數(shù)據(jù)流，通過這些子載體進(jìn)行通訊，從而減少ISI機(jī)會(huì)，提高物理層吞吐。
OFDM在802.11a/g時(shí)代已經(jīng)成熟使用，到了802.11n時(shí)代，它將MIMO支持的子載體從52個(gè)提高到56個(gè)。需要注意的是，無論802.11a/g，還是802.11n，它們都使用了4個(gè)子載體作為pilot子載體，而這些子載體并不用于數(shù)據(jù)的傳遞。所以802.11n MIMO將物理速率從傳統(tǒng)的54Mbps提高到了58.5 Mbps(即54*52/48）。
4. FEC (Forward Error Correction)
按照無線通信的基本原理，為了使信息適合在無線信道這樣不可靠的媒介中傳遞，發(fā)射端將把信息進(jìn)行編碼并攜帶冗余信息，以提高系統(tǒng)的糾錯(cuò)能力，使接收端能夠恢復(fù)原始信息。802.11n所采用的QAM-64的編碼機(jī)制可以將編碼率（有效信息和整個(gè)編碼的比率）從3/4 提高到5/6。所以，對于一條空間流，在MIMO-OFDM基礎(chǔ)之上，物理速率從58.5提高到了65Mbps(即58.5乘5/6除以3/4）。
5. Short Guard Interval (GI)
由于多徑效應(yīng)的影響，信息符號（Information Symbol）將通過多條路徑傳遞，可能會(huì)發(fā)生彼此碰撞，導(dǎo)致ISI干擾。為此，802.11a/g標(biāo)準(zhǔn)要求在發(fā)送信息符號時(shí)，必須保證在信息符號之間存在800 ns的時(shí)間間隔，這個(gè)間隔被稱為Guard Interval (GI)。802.11ｎ仍然使用缺省使用800 ns GI。當(dāng)多徑效應(yīng)不是很嚴(yán)重時(shí)，用戶可以將該間隔配置為400，對于一條空間流，可以將吞吐提高近１０％，即從65Mbps提高到72.2 Mbps。對于多徑效應(yīng)較明顯的環(huán)境，不建議使用Short Guard Interval (GI)。
6. 40MHz綁定技術(shù)
這個(gè)技術(shù)最為直觀：對于無線技術(shù)，提高所用頻譜的寬度，可以最為直接地提高吞吐。就好比是馬路變寬了，車輛的通行能力自然提高。傳統(tǒng)802.11a/g使用的頻寬是20MHz，而802.11n支持將相鄰兩個(gè)頻寬綁定為40MHz來使用，所以可以最直接地提高吞吐。
需要注意的是：對于一條空間流，并不是僅僅將吞吐從72.2 Mbps提高到144.4（即72.2×2 ）Mbps。對于20MHz頻寬，為了減少相鄰信道的干擾，在其兩側(cè)預(yù)留了一小部分的帶寬邊界。而通過40MHz綁定技術(shù)，這些預(yù)留的帶寬也可以用來通訊，可以將子載體從104（52×2）提高到108。按照72.2*2*108/104進(jìn)行計(jì)算，所得到的吞吐能力達(dá)到了150Mbps。
IEEE 802.11n通過將兩個(gè)相鄰的20MHz帶寬捆綁在一起組成一個(gè)40MHz通訊帶寬，在實(shí)際工作時(shí)可以作為兩個(gè)20MHz的帶寬使用（一個(gè)為主帶寬，一個(gè)為次帶寬，收發(fā)數(shù)據(jù)時(shí)既可以40MHz的帶寬工作，也可以單個(gè)20MHz帶寬工作），這樣可將速率提高一倍。同時(shí)，對于IEEE 802.11a/b/g，為了防止相鄰信道干擾，20MHz帶寬的信道在其兩側(cè)預(yù)留了一小部分的帶寬邊界。而通過頻帶綁定技術(shù)，這些預(yù)留的帶寬也可以用來通訊，從而進(jìn)一步提高了吞吐量。
圖 20/40-MHz帶寬的吞吐能力：
