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1、 内部传阅第 1 页 共 5 页拟制人 时间同维电子有限公司测试部 占志丽 2010-06-22802.11n 射频技术摘要：文章主要描述了 802.11n 的各种射频技术以提升无线的可靠性、传输距离、覆盖范围及传输速率。关键字：MIMO： 多输入输出（Multiple Input Multiple Output ）Short GI：Short Guard Interval正文：一 MIMOMIMO 技术是 802.11n 技术的核心，它主要提供下面三个能力：能够提供多个发射天线，以改善接收端信号的信噪比。能够使用多个接收天线，以改善接收端信号的信噪比，这被称之为 MIMO 接收均衡。能够在同
2、一时间和同一频谱发送两个或两个以上的信号。这些信号被称之为空间流。802.11n 标准允许最多 4 个空间流。从本质讲，这比现在常用的两个空间流实现的性能要高。最常见的两个术语：空间分集：由于各个天线之间存在空间，每个信号都会通过略微不同的路径发送给接收端，这就叫做空间分集。空间复用：通过多天线发送多条空间流被称之为空间复用。 内部传阅第 2 页 共 5 页1. 采用发送天线改善信噪比具备或使用多个空间流数量的发送天线可以有助于改善 MIMO链路的信噪比，可以通过下列技术之一实现（按照最有帮助到较小的顺序排列）：传输波束成形（transimit beamforming）,空时分组码（space
3、 time block coding - STBC）,空间扩展（spatial expansion, 又称循环延迟分集（cyclic delay diversity）,和天线选择（antenna selection）。A 传输波束成形当有多个发射天线时，传输波束成形可以调整从各个天线发出的信号使得接收端纤毫强度有显著的改善。该技术一般用于接收端只有单天线和表面反射障碍较少（如空旷环境）的情况。然而事实证明，将传输波束成形于 MIMO-OFDM技术相结合的解决方案在室内多经环境下同样是非常有用的。例如 2x1传输波束成形可以根据数据速率将信噪比提高 3至 6个分贝。如果不采用波束成形技术，接收端
4、接收到的相位可能发生异相，如下图所示：Transmit Beanforming（Destructive Interference）采用了波束成形技术后，接收端能收到正相相位，使信号最大，如下图所示，并达到在接收端提高SNR的目的。Transmit Beanforming （Constructive Interference）通常情况下，需要接收端接收信号的反馈信息，传输波束成形才能在发射端完成（也有厂商已经通过无需客户端支持的波束成形技术）。传输波束成形通过协调从每个天线发出的信号提高信道质量。B STBC目前 MIMO 技术领域的研究热点之一是空时编码，空时编码技术真正实现了空分多址。空时码
5、利用空间和时间上的编码实现一定的空间分集和时间分集，从而降低信道误码率。总之 MIMO 技术有效利用了随机衰弱和多径传播力量，在同样的带宽条件下为无线通信的性能带来改善。空时块编码（STBC） 、空时格码（ STTC）和分层空时码（LST）是三种常见的空时编码，其中STBC 具有良好的分集增益；STTC 不仅具有优良的分集增益，还具有良好编码增益；LST 结构可获得较高的复用增益。STBC能使 MIMO系统获得良好的分集增益，其本质是将信号经过正交编码后由两根天线发送，由于经过正交编码后的信号相互独立，所以在接收端可以很容易的将两路信号区别开来。在接收端只需进行简单的线性合并即可获得发送信号。
6、 内部传阅第 3 页 共 5 页Alamouti 的空时码是应用最广泛的 STBC。C 空间扩展 （循环延迟分集 CDD）在 OFDM系统中，CDD 已经作为常规技术被广泛使用。对 CDD而言，相当于在不同天线的发射信号之间存在相应的时延。其实质相当于在 OFDM系统中引入了虚拟的时延回波成分，可以在接收端增加相应的选择性。因为 CDD引入了额外的分集成分，所以往往被认为是空分复用的补充表现形式。D 天线选择天线选择最常用于 802.11a/b/g无线接入点。这些无线接入点通常只有一个射频链，使它们缺乏对传输波束成形、空时分组码、甚至空间扩展的必要的支持。通过考量数据包错误率或接收信号的强度，
7、天线选择决定使用哪根天线来传送数据到客户端是效果最好的。相对于传输波束成形或空时分组码，天线选择是一种生硬的手段，因为它不能基于子载波优化信号，选择最优的天线也需要传输许多数据包来完成。2. MIMO均衡MIMO 均衡和传输波束成形是互补的。传输波束成形利用发射天线完成，MIMO 均衡利用接收天线使接收到的信号相结合，如下图所示。对于单一空间流的情况，MIMO 均衡通常称为最大比合并（Maximum Ratio Combine -MRC）。有时一条路径在一个接收天线遭到破坏性的干扰，但两条路径在两组天线同时遭受破坏性的干扰不太常见。它可以向传输波束成形一样大幅改善信噪比。MIMO均衡是一个提高
8、无线通信的可靠性和可预见性的有效办法。3. 空间复用采用多个天线于实现空间复用提供了 MIMO的第二个重要的好处：即能够使用每个空间流承载自己的信息，它将大大增加数据传输率。802.11 a/b/g只允许单一空间流的传输，它像行驶在单车道的道路上。随着空间复用的采用，单一车道变成了一个多车道的高速公路。为两个空间流使用空间复用至少需要链路中具备两个发射天线和两个接收天线。例如，如果发射器或接收器只有一个天线，802.11n 物理层数据率在 40MHz宽度的信道可达 150Mbps，然而，如果它们都具有两个天线和所需的空间复用功能，802.11n 数据率可达到 300Mbps。二 信道绑定 内部
9、传阅第 4 页 共 5 页传统的 802.11标准，空口都工作在 20MHz频宽，802.11n 技术通过将相邻的两个 20MHz信道绑定成40MHz，使传输速率成倍提高。在实际工作中，将两个相邻的 20MHz信道绑定使用，一个为主带宽，一个为次带宽，收发数据时既可以 40MHz的带宽工作，也可以单个 20MHz带宽工作。同时为避免相互干扰，原本每 20MHz信道之间都会预留一小部分的带宽，当采用信道绑定技术工作在 40MHz带宽时，这一部分预留的带宽也可以被用来通信，进一步提高了吞吐量。需要注意的是：在 2.4GHz资源有限（信道带宽少），干扰又多（使用 802.11b/g的客户端又多），所
10、以在 2.4GHz建议不使用 40MHz模式，在 5 GHz使用 40MHz模式是比较合理的选择。三 Short GI射频芯片在使用 OFDM调制方式发送数据时，整个帧是被划分成不同的数据块进行发送的，为了数据传输的可靠性，数据块之间会有 GI（Guard Interval），用以保证接收侧能够正确的解析出各个数据块。802.11a/g 采用的 800ns的 GI，在 802.11n模式中，提供了一种 Short GI特性。将 GI时长减少至 400ns，从而可以提高数据传输速率百分之十左右。如图所示，在多径环境中，前一个数据块还没有发送完成，后一个数据块可能通过不同的路径先到达，合理的 GI
11、长度能够避免相互干扰。如果 GI时长不合理，会降低链路的有效 SNR。 内部传阅第 5 页 共 5 页四 Power Save在使用 802.11n服务时，由于使用了多个天线，电源容量问题则显得尤为突出。因此 802.11n协议在节省电源处理上做了改进，采用了 Spatial Multiplexing（SM）Power Save 技术，其主要处理在于使得 STA只有一个天线处于工作状态，其余天线均处于休眠状态，从而达到节省电源的目的。SM Power Save定义了两种电源管理方式：静态 SM Power Save和动态 SM Power Save。当无线用户处于静态模式时，只有一个天线保持在
12、工作状态，其余天线都处于睡眠状态，相当于一个普通的 802.11a或 802.11b/g的用户，通过这种方式，可以延长电源的供电时间。在进入睡眠状态时，无线用户会通知上行 AP它已处于静态模式，要求 AP针对此用户也同时单入单出（SISO）的方式进行数据传输。同理，在无线用户恢复正常工作状态时，也会通知 AP切换到 MIMO方式进行数据传输。动态模式也只保留一个天线在工作状态，但是当无线用户收到数据报文时，它可以使其他天线迅速进入工作状态。报文处理完后，它又可以将其余的天线恢复到睡眠状态。这套通知机制是通过 RTS、CTS实现的。AP 将通过 RTS来唤醒无线用户，而无线用户则通过回应 CTS报文来通知 AP已经成功恢复天线到工作状态。参考文献【1】 “802.11n:标准揭晓.doc”【2】 “802.11n-2009.pdf”
