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IEEE 802.11n WLAN Standard

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IEEE 802.11n war nach 802.11a, 802.11b und 802.11g der nächste der IEEE 802.11-Reihe von WLAN-Standards, damit die Wi-Fi-Technologie den Anforderungen einer höheren Geschwindigkeit und Leistungsfähigkeit gerecht wird.

IEE 802.11n wollte die erreichbaren Geschwindigkeiten von Wi-Fi-Netzwerken über die mit 802.11g erreichbaren hinaus steigern. Da immer mehr Daten übertragen werden, was häufig auf die Verwendung von Videos zurückzuführen ist, versuchte das IEEE, den Anforderungen immer einen Schritt voraus zu sein und sicherzustellen, dass Wi-Fi die Anforderungen der Benutzer für die kommenden Jahre erfüllen kann.

Die Branche kam Anfang 2006 zu einer wesentlichen Einigung über die Funktionen des 802.11n-WLAN-Systems. Dies gab vielen Chipherstellern genügend Informationen, um ihre Entwicklungen in Gang zu bringen.

Der Entwurf wurde im November 2008 mit seiner offiziellen Veröffentlichung im Juli 2009 fertiggestellt. Die Erwartung des Standards war so groß, dass viele Produkte zum Zeitpunkt der Einführung des Standards auf den Markt kamen, da Vorabkopien für die Entwicklung und weitere Arbeiten verfügbar waren Der Standard.

Grundlegende Spezifikation für den IEEE 802.11n-Standard

Die Idee hinter dem IEEE 802.11n-Standard war, dass er eine viel bessere Leistung bieten und mit den schnell wachsenden Geschwindigkeiten von Technologien wie Ethernet Schritt halten kann. Als der 802.11n-Standard eingeführt wurde, bot er für die damalige Zeit ein beeindruckendes Leistungsniveau, dessen Hauptpunkte nachstehend zusammengefasst sind:


Hauptmerkmale von IEEE 802.11n
ParameterIEEE 802.11n Standard
Maximale Datenrate (Mbit / s)600
HF-Band (GHz)2.4 oder 5
ModulationCCK, DSSS oder OFDM
Anzahl der räumlichen Streams1, 2, 3 oder 4
Kanalbreite (MHz)20 oder 40

Um dies zu erreichen, wurden eine Reihe neuer Funktionen in den IEEE 802.11n-WLAN-Standard integriert, um eine höhere Leistung zu ermöglichen. Die wichtigsten Innovationen sind nachfolgend zusammengefasst:

  • Änderungen an der Implementierung von OFDM
  • Einführung von MIMO
  • MIMO Energiesparen
  • Größere Kanalbandbreite
  • Antennentechnologie
  • Reduzierte Unterstützung für Abwärtskompatibilität unter besonderen Umständen zur Verbesserung des Datendurchsatzes

Obwohl jede dieser neuen Innovationen das System komplexer macht, kann ein Großteil davon in die Chipsätze integriert werden, sodass ein großer Teil der Kostensteigerung durch die großen Produktionsläufe der Chipsätze absorbiert werden kann.

Abwärtskompatibilitätsumschaltung

802.11n bietet Abwärtskompatibilität für Geräte in einem Netz, die frühere Wi-Fi-Versionen verwenden. Dies erhöht den Austausch erheblich und verringert die Datenübertragungskapazität. Um die maximale Datenübertragungsgeschwindigkeit bereitzustellen, wenn alle Geräte im drahtlosen Netzwerk mit dem 802.11n-Standard arbeiten, kann die Abwärtskompatibilitätsfunktion entfernt werden.

Wenn frühere Geräte in das drahtlose Netzwerk eintreten, werden der Aufwand für die Abwärtskompatibilität und die Funktionen wieder eingeführt. Wie bei 802.11g wird der Betrieb des gesamten WLAN erheblich verlangsamt, wenn frühere Geräte in ein Netzwerk eintreten. Daher bietet der Betrieb eines Netzes nur im 802.11n-Modus erhebliche Vorteile.

Angesichts der mit der Abwärtskompatibilität verbundenen Funktionen gibt es drei Modi, in denen ein 802.11n-Zugriffspunkt betrieben werden kann:

  • Vermächtnis (nur 802.11 a, b und g)
  • Gemischt (beide 802.11 a, b, g und n)
  • Greenfield (nur 802.11 n) - maximale Leistung

Durch die Implementierung dieser Modi kann 802.11n vollständige Abwärtskompatibilität bieten und gleichzeitig die höchsten Datenraten beibehalten. Diese Modi haben einen erheblichen Einfluss auf die physikalische Schicht, PHY und die Art und Weise, wie das Signal strukturiert ist.

802.11n-Signal / OFDM-Implementierung

Diese Version des Wi-Fi-WLAN-Standards verwendet OFDM, um die verschiedenen erforderlichen Parameter bereitzustellen.

Hinweis zu OFDM:

OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplex) ist eine Form des Signalformats, das eine große Anzahl von Trägern mit geringem Abstand verwendet, die jeweils mit einem Datenstrom mit niedriger Rate moduliert werden. Es wird normalerweise erwartet, dass die eng beabstandeten Signale sich gegenseitig stören, aber wenn die Signale orthogonal zueinander gemacht werden, gibt es keine gegenseitige Störung. Die zu übertragenden Daten werden von allen Trägern gemeinsam genutzt. Dies bietet Ausfallsicherheit gegen selektives Fading durch Mehrwegeffekte.

Lesen Sie mehr über OFDM, Orthogonal Frequency Division Multiplexing.

Die Art und Weise, wie das OFDM verwendet wurde, wurde so angepasst, dass es die verschiedenen Anforderungen für 802.11n erfüllt.

Um dies zu erreichen, werden zwei neue Formate für das PHY-Schichtkonvergenzprotokoll PLCP definiert, d. H. Der gemischte Modus und das grüne Feld. Diese werden als HT-Formate mit hohem Durchsatz bezeichnet. Zusätzlich zu diesen HT-Formaten gibt es auch ein älteres Duplikatformat. Dadurch wird das 20-MHz-Legacy-Paket in zwei 20-MHz-Hälften des gesamten 40-MHz-Kanals dupliziert.

Die Signalformate werden je nach Betriebsmodus des Systems geändert:

  • Legacy-Modus: Dies kann entweder als 20-MHz-Signal oder als 40-MHz-Signal auftreten:
    • 20 MHz: In diesem Modus ist das 802.11n-Signal in 64 Unterträger unterteilt. In den Unterträgern -21, -7, 7 und 21 werden 4 Pilotsignale eingefügt. Im Legacy-Modus wird das Signal auf den Unterträgern -26 bis -1 und 1 bis 26 übertragen, wobei 0 der mittlere Träger ist. In den HT-Modi wird das Signal auf den Unterträgern -28 bis -1 und 1 bis 28 übertragen.
    • 40 MHz: Für diese Übertragung werden zwei benachbarte 20-MHz-Kanäle verwendet, und in diesem Fall ist der Kanal in 128 Unterträger unterteilt. 6 Pilotsignale werden in die Unterträger -53, -25, -11, 11, 25, 53 eingefügt. Das Signal wird auf den Unterträgern -58 bis -2 und 2 bis 58 übertragen.
    In Bezug auf die übertragenen Frames entsprechen sie dem alten OFDM-Format 802.11a / g.
  • Mischform: In diesem 802.11n-Modus werden Pakete mit einer Präambel übertragen, die mit dem älteren 802.11a / g kompatibel ist. Der Rest des Pakets hat ein neues MIMO-Trainingssequenzformat.
  • Greenfield-Modus: Im Greenfield-Modus werden Pakete mit hohem Durchsatz ohne einen Legacy-kompatiblen Teil übertragen. Da diese Paketform keine Legacy-Elemente enthält, ist der maximale Datendurchsatz im WLAN viel höher.

802.11n MIMO

802.11n hat MIMO verwendet, um sehr hohe Datenraten im WLAN übertragen zu können, häufig in Büro- oder Haushaltsumgebungen. Dies gibt die maximale Nutzung der verfügbaren Bandbreite.

Hinweis zu MIMO:

MIMO ist eine Form der Antennentechnologie, bei der mehrere Antennen verwendet werden, um die Trennung von Signalen zu ermöglichen, die aufgrund von Reflexionen usw. über unterschiedliche Pfade übertragen werden, und deren Fähigkeit zur Verbesserung des Datendurchsatzes und / oder des Signal-Rausch-Verhältnisses, wodurch sie verbessert werden System Geschwindigkeit.

Lesen Sie mehr über MIMO-Technologie

Der 802.11n-Standard ermöglicht bis zu vier räumliche Streams, um die verfügbare Datenrate erheblich zu verbessern, da mehrere verschiedene Datenströme über denselben Kanal übertragen werden können.

Wie zu erwarten ist, ist die Anzahl der Datenströme und damit die Gesamtdatenkapazität durch die Anzahl der räumlichen Ströme begrenzt, die übertragen werden können. Eine der Grenzen hierfür ist die Anzahl der Antennen, die an beiden Enden verfügbar sind.

Um einen schnellen Hinweis auf die Leistungsfähigkeit eines bestimmten Systems oder Radios zu geben, kann eine einfache Notation verwendet werden. Es hat die Form: a x b: c. Wobei a die maximale Anzahl von Sendeantennen oder HF-Ketten am Sender ist; b ist das Maximum der Empfangsantennen oder Empfangs-HF-Ketten; und c ist die maximale Anzahl von räumlichen Datenströmen.

Ein Beispiel könnte 2 x 4: 2 für ein Funkgerät sein, das auf zwei Antennen senden und auf vier empfangen kann, aber nur zwei Datenströme senden oder empfangen kann.

Der 802.11n-Standard ermöglicht Systeme mit einer Kapazität von bis zu 4 x 4: 4. Zu den gängigen Konfigurationen gehören jedoch 2 x 2: 2; 2 x 3: 2; 3 x 2: 2. Diese Konfigurationen haben alle die gleiche Datendurchsatzfähigkeit und unterscheiden sich nur durch den Grad der Diversität, den die Antennen bieten. Eine weitere Konfiguration von 3 x 3: 3 wird immer weiter verbreitet, da sie aufgrund des vorhandenen zusätzlichen Datenstroms einen höheren Durchsatz aufweist.

Energieeinsparung

Eines der Probleme bei der Verwendung von MIMO besteht darin, dass die Leistung der Hardware-Schaltung erhöht wird. Es müssen mehr Sender und Empfänger unterstützt werden, was die Verwendung von mehr Strom mit sich bringt.

Während es nicht möglich ist, die Leistungssteigerung zu beseitigen, die sich aus der Verwendung von MIMO in 802.11n ergibt, ist es möglich, es am effizientesten zu nutzen.

Daten werden normalerweise "platzen" übertragen. Dies bedeutet, dass es lange Zeiträume gibt, in denen das System im Leerlauf bleibt oder mit einer sehr langsamen Geschwindigkeit läuft. Während dieser Zeiträume, in denen MIMO nicht benötigt wird, kann die Schaltung inaktiv gehalten werden, damit sie keinen Strom verbraucht.

Erhöhte Bandbreite

Ein optionaler Modus für die neuen 802.11n-Chips besteht darin, eine Kanalbandbreite mit doppelter Größe zu verwenden. Frühere Systeme verwendeten eine Bandbreite von 20 MHz, die neuen haben jedoch die Möglichkeit, 40 MHz zu verwenden.

Der Hauptkompromiss besteht darin, dass weniger Kanäle für andere Geräte verwendet werden können. Bei 2,4 GHz ist ausreichend Platz für drei 20-MHz-Kanäle, es kann jedoch nur ein 40-MHz-Kanal untergebracht werden. Daher muss die Wahl, ob 20 oder 40 MHz verwendet werden sollen, von den Geräten im Netz dynamisch getroffen werden.

Antennentechnologie

Für 802.11n wurden die mit der Antenne verbundenen Technologien durch die Einführung von Strahlformung und Diversität erheblich verbessert.

Die Strahlformung fokussiert die Funksignale direkt entlang des Pfades für die Empfangsantenne, um die Reichweite und die Gesamtleistung zu verbessern. Ein höherer Signalpegel und ein besseres Signal-Rausch-Verhältnis bedeuten, dass der Kanal voll genutzt werden kann.

Diversity verwendet mehrere verfügbare Antennen und kombiniert oder wählt die beste Teilmenge aus einer größeren Anzahl von Antennen aus, um die optimalen Signalbedingungen zu erhalten. Dies kann erreicht werden, weil in einem MIMO-System häufig überschüssige Antennen vorhanden sind. Da 802.11n eine beliebige Anzahl von Antennen zwischen einer und vier unterstützt, ist es möglich, dass ein Gerät drei Antennen hat, während ein anderes, mit dem es kommuniziert, nur zwei hat. Die angeblich überschüssige Antenne kann verwendet werden, um je nach Bedarf Diversity-Empfang oder -Sendung bereitzustellen.

Die Einführung von IEEE 802.11n war ein wichtiger Schritt in der WLAN-Technologie. Damit konnte Wi-Fi den steigenden Anforderungen gerecht werden, die an die zunehmende Anzahl von Wi-Fi-fähigen Smartphones und anderen elektronischen Geräten gestellt werden.

802.11n war Vorreiter bei einer Reihe neuer Technologien, die in spätere Versionen des 802 Wi-Fi-Standards übernommen wurden, und viele elektronische Geräte verwendeten ihn noch viele Jahre später.

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Bemerkungen:

  1. Vudojora

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