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WLAN 802.11ax教程-基本功能,帧,模式,PHY, MAC

本WLAN 802.11ax教程涵盖了基本的11ax特性,11ax帧,11ax模式,11ax物理层,MAC层等。的802.11 ax教程还介绍了802.11ax wifi系统的优点和缺点。

什么是802.11ax ?

简介
802.11ax标准是IEEE 802.11 WLAN标准系列中的最新标准。11ax设备向后兼容传统wifi设备,按照相同频段的11a/g/n/ac标准运行。与802.11ac不同,802.11ax可在2.4GHz和5GHz频段工作。

无线局域网用户的增加会导致数据吞吐量的降低,这是由于数据包在空气中的碰撞和它们传输的空闲时间的缩短。此外,距离较近的WLAN ap(或路由器)会导致干扰,特别是在公寓大楼或办公室。以前的WLAN标准(802.11g/n/ac)为了提高数据吞吐量,引入了更大的带宽、更高的调制方案和MIMO。802.11ax引入了新功能,以提高现有传输能力的效率。该标准将于2019年获得批准。

WLAN 802.11ax技术可帮助机场、火车站、体育场、大厅、公寓、公共交通等广泛使用的wifi网络提高性能。基于MIMO/波束形成的调制方案,它支持约100米的覆盖范围。

802.11 ax特性

802.11ax特性和优势
图片由Ruckus Networks提供

以下是802.11ax技术的主要变化。
➨保护间隔和符号持续时间增加了4倍(子载波偏移量减少了4倍),因此wifi信号在户外应用中变得更加健壮。
已添加➨1024QAM,因此它有助于实现更高的最大数据速率。
➨空间复用扩展到支持8x8 MIMO
➨OFDMA已在下行链路和上行链路中引入,以在多个用户之间共享OFDM子载波,不像以前标准中使用的OFDM,所有子载波都分配给单个用户。由于OFDMA的存在,单个信道可以被多个用户并行共享。
➨MU(多用户)MIMO也已添加到上行链路中,而在以前的标准中,它仅在下行链路部分可用。因此,通过SDM(空间划分多路复用)在上行链路中实现更高的吞吐量。
➨车架结构采用增程前导。

以下是802.11ax Wifi技术(也称为Wifi -6)的静音功能。

规范 802.11 ax支持
频率范围 2.4 GHz和5 GHz
调制方案 Max。最多支持1024-QAM,传统调制方案(BPSK, 16-QAM, 64-QAM, 256-QAM)。
信道带宽 2.4 GHz时最高可达40mhz, 5 GHz时最高可达160mhz
选举委员会的编码 LDPC(低密度奇偶校验),BCC(二进制卷积编码)
符号时间 12.8µ年代
副载波间距 78.125 KHz(旧用312.5 KHz)
保护间隔 0.8, 1.6, 3.2µs,分别产生5%,10%和20%的开销。
FFT的大小 256 (20 MHz), 512 (40 MHz), 1024 (80 MHz), 2048 (160 MHz)
Max。数据速率 600.4 Mbits/sec (80 MHz, 1 SS), 9.6078 Gbits/sec (160 MHz, 8 SS)
天线系统配置 MU-MIMO用于下行链路和上行链路
波束形成 仅下行支持
基本通道接入 在CSMA/CA之上的OFDMA
随机信道访问 基于CSMA/CA的UL OFDMA随机访问
争用自由访问 触发器UL OFDMA
空间复用 BSS着色
电源管理 提高行波管

WLAN 802.11ax框架结构

WLAN 802.11ax框架结构

WLAN 802.11ax框架结构如图1所示。如图所示,它由序言、信号头、数据有效载荷和包扩展组成。
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WLAN 802.11ax物理层(PHY)

WLAN 802.11ax MU-MIMO和波束形成

以下是802.11ax物理层引入的特性。让我们了解PHY功能作为802.11ax教程的一部分。
•在下行链路和上行链路都引入了OFDMA。因此,多个用户可以同时传输和共享可用带宽。使用OFDMA,每个用户通过分配一组连续的子载波(称为“RU(资源单元)”)来分配一部分频谱。.在802.11ax中,RU可以占用一组子载波(最小26和最大26)。996)。对于20 MHz带宽,有各种RU选项可用。例如,RU26允许多达9个用户同时传输。类似地,对于160 MHz,大约有74个同时用户。请参考RU 802.11ax >>
无线局域网802.11ax中的RUs
•除了BPSK、16-QAM、64-QAM和256-QAM之外,还引入了1024-QAM调制方案。它有助于提高数据速率。
•另一个主要变化是保护和符号间隔增加了四倍。
•下行多用户MIMO (DL MU-MIMO)已在802.11ac本身中引入。同样的方法继续进行,此外还增加了波束形成。这有助于将光束更精确地指向每个用户。这将对并行数据流的支持从之前的802.11ac版本的4个扩展到8个。该图描述了下行链路方向(从AP到站(sta))的多用户MIMO。
WLAN 802.11ax多用户下行
•上行多用户MIMO (UL MU-MIMO)首次在WLAN 802.11ax中实现。因此,多个用户可以使用额外的天线同时传输,这增加了wifi网络中的有效数据速率。图中描述了上行方向(从STAs到AP)的多用户MIMO。
WLAN 802.11ax多用户上行链路
•在802.11ax中增加了BSS着色概念,以消除来自干扰AP(接入点)的干扰。例如,如图所示,STA2使用AP1从自己的网络接收信号,并从邻居的干扰AP(即AP2)接收信号。由于BSS着色,STA2忽略来自AP2的信号,与AP1保持连接。该图描述了802.11ax中使用的BSS着色概念。
请参考BSS着色11ax >>
WLAN 802.11ax BSS颜色
•FEC方案:IEEE 802.11ax建议将LDPC用于大带宽(即信道绑定),将BCC用于窄带宽场景。引用IEEE802.11ac物理层>>其中描述了除上述在WLAN 802.11ax物理层中引入的增强功能之外的所有模块。

WLAN 802.11ax MAC层

•传统WLAN标准中只使用了一种数据包类型,并且没有区分下行链路和上行链路方向的特征。IEEE 802.11ax引入了HE_SU、HE_MU、HE_TRIG和HE_EXT_SU四种报文类型。这些数据包中的每一个都使用不同的前缀和有效载荷。
•单用户模式(HE_SU):用于在AP和单用户之间建立通信。上行链路和下行链路都使用相同的报文结构。单个用户被分配了最大RU大小的整个频谱。这消除了多用户模式中常见的开销。
•多用户模式(HE_MU):与OFDMA一起用于下行方向(从AP到STAs)。数据包包含HE_SIG_B字段,它携带了关于RU为所有个人用户(即STATIONs)分配的信息。
•多用户上行链路(HE_TRIG):当AP触发时,所有用户(即sta)在上行链路上使用OFDMA技术同时传输。为了避免冲突,每个用户都预先分配了以ru为单位的频谱分配份额。此外,它们还被分配了功率级别和数据包中要传输的数据量。为了实现这一点,AP首先向所有sta发送触发帧。该触发帧包含配置参数,包括有效载荷长度、BW、RU分配、调制模式等。所有电台在预定的时间间隔(即SIFS)后开始他们的PPDU传输。
•扩展范围PPDU (HE_EXT_SU):该模式专为远距离户外wifi使用而设计,通常信噪比较差。20 MHz BW与大多数鲁棒调制技术一起使用,如BPSK/QPSK。数据包的前导部分传输功率比其余部分高3db。

接下来的MAC层增强有可能由IEEE在802.11ax标准中引入。
•提高空间重用(PHYCCA-物理清晰通道评估)。
•提高空间重用(发射功率控制- tpc)
•提高空间重用(BSS颜色)
•提高空间重用(多个nav用于空间重用)
•干扰管理
•多用户聚合方案,这将允许一个访问发送帧到多个接收方。
•如上所述,下行链路和上行链路中的MU-MIMO概念。
•引入行波管技术,降低功耗。
请参考WLAN MAC层协议第1部分>>而且WLAN MAC Part#2 >>它描述了传统的WLAN MAC层协议以及AP和sta之间交换的各种消息。

结论:本WLAN 802.11ax教程对于具有802.11g/n/ac等传统WLAN标准知识的初学者很有用。请参考802.11ax >>的优缺点其中深入描述了802.11ax技术的优点和缺点。

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