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802．11n技术浅谈

802.11n标准具有高达600Mbps的速率，是新一代的无线网络技术，可提供支持对带宽

最为敏感应用所需的速率、范围和可靠性。802.11n结合了多种技术，其中包括Spatial

MultiplexingMIMO(Multi-In,Multi-Out)（空间多路复用多入多出）、多发多收天线(MTMRA)

技术、20MHz和40MHz信道和双频带(2.4GHz和5GHz)技术，以形成很高的速率。802.11n

工作模式包含2.4GHz和5.8GHz两个工作频段，保障了与以往的802.11a/b/g标准兼容，极大的

保护了用户的投资

一、802.11n的技术核心

802.11n专注于高吞吐量的研究，实现将WLAN的传输速率从802.11a和802.11g的54Mbps

增加至108Mbps以上，最高速率可达300Mbps甚至600Mbps。这样高的速率当然要有技术支撑，

而OFDM技术、MIMO(多入多出)技术等正是关键。

OFDM技术是MCM(Multi-CarrierModulation，多载波调制)的一种，曾经在802.11g标准

中采用。其核心思想是将信道分成许多进行窄带调制和传输正交子信道，并使每个子信道上的信

号带宽小于信道的相关带宽，用以减少各个载波之间的相互干扰，同时提高频谱的利用率的技术。

OFDM还通过使用不同数量的子信道来实现上行和下行的非对称性传输。不过OFDM技术易受频率

偏差的影响，存在较高的峰值平均功率比(PAR)，不过可以通过时空编码、分集、干扰抑制以及

智能天线技术，最大程度地提高物理层的可靠性。

MIMO(多入多出)技术是无线通信领域智能天线技术的重大突破，能在不增加带宽的情况下

成倍地提高通信系统的容量和频谱利用率。MIMO系统在发射端和接收端均采用多天线(或阵列天

线)和多通道。传输信息流S(k)经过空时编码形成N个信息子流Ci(k)，i=1，……，N。这N个

子流由N个天线发射出去，经空间信道后由M个接收天线接收。多天线接收机利用先进的空时编

码处理能够分开并解码这些数据子流，MIMO系统可以创造多个并行空间信道，解决了带宽共享

的问题。802.11n天线数量可以支持到3*3，比802.11g增加了3倍。

将MIMO与OFDM技术相结合，就产生了MIMOOFDM技术，它通过在OFDM传输系统中采用阵

列天线实现空间分集，提高了信号质量，并增加了多径的容限，使无线网络的有效传输速率有质

的提升。

而为了提升整个网络的吞吐量，802.11n还对802.11标准的单一MAC层协议进行了优化，

改变了数据帧结构，增加了净负载所占的比重，减少管理检错所占的字节数大大提升了网络的吞

吐量。在天线上，智能天线技术的应用也解决了802.11n的传输覆盖范围问题。通过多组独立天

线组成的天线阵列系统，动态地调整波束的方向，802.11n保证让用户接收到稳定的信号，并减

少其它噪音信号的干扰，使无线网络的传输距离能够增加到几公里，移动性大大增强。

二、802.11n技术关键点

1、关键点：信道绑定

示意图：

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），所以在2.4GHz建议不使用40MHz模式，在5GHz使用40MHz模式是比较合理的选择。

2、关键点：MIMO

2.1Beamforming技术

以Transmitbeamforming为例，该技术应用在接收端只有一个天线，且没有障碍物的环境。

如果不采用Beamforming技术，接收端接收到的相位可能发生异相，如图1所示。采用了

Beamforming技术后，接收端能收到正相相位，使信号最大，如图2所示，并达到在接收端提高

SNR的目的。

TransmitBeanforming（DestructiveInterference）

TransmitBeanforming（ConstructiveInterference）

但Transmitbeamforming只能用于只有一个接收端的情况下，应用受局限。

2.2SpatialDiversity

在室内，障碍物较多，信号不可能总是以直线最短距离传输到接收端，此时就会产生

Multipath（多径干扰）。多径干扰就是由于传输行走不同路径造成迟延结果，它会损害信号发

送，并在RF覆盖范围内产生gaps或holes，像湖面、带有金属质地的门/百叶窗等都会引起严

重的多径干扰。

对MIMO系统来说，多径效应却可以作为一个有利因素加以利用。MIMO系统在发射端和接收

端均采用多天线（或阵列天线）和多通道（如图红色圈圈所示发送端和接收端都可以有多个天线），

传输信息流S(k)经过空时编码形成N个信息子流Ci(k)，i=1，……，N，这N个子流由N个天线

发射出去，经空间信道后由M个接收天线接收。多天线接收机利用先进的空时编码处理能够分开

并解码这些数据子流，从而实现最佳的处理。

可以使用接收和发送的数量来定义MIMO，比如：2×1：表示两个发送和一个接收，效果等

同于Transmitbeamforming，如下图所示。从2×1到2×2到3×2，SNR逐渐增大，3×3能使

SNR达到最大。

3、关键点：MACenhancement（A-MSDU&A-MPDU）

802.11MAC层协议耗费了相当的效率用作链路的维护，如在数据之前添加PLCPPreamble、

PLCPHeader、MAC头，同时为解决冲突而引入的退避机制都大大降低了系统的吞吐量。802.11n

引入帧聚合技术，提高了MAC层效率。报文聚合技术包括针对MSDU的聚合和MPDU的聚合。采用

A-MPDU技术，多个MPDU聚合到一起，只用抢占一次信道，减少了因竞争信道而产生冲突的概率，

提高了信道利用率。A-MSDU，是具有相同的DA和SA的MSDU报文聚合成一个较大的载荷，减少

物理和MAC层的开销，提高链路效率。

A-MSDU和A-MPDU两种聚合的共同点：减少负荷，且只能聚合同一QoS级别的帧，但因为

要等待需要聚合的报文，可能造成延时。另外，只有A-MPDU才使用BlockAcknowledgement。

4、关键点：ShortGI

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（GuardInterval），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ShortGI

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。

使用场景：ShortGI使用于多径情况较少、射频环境较好的应用场景。在多径效应影响较

大的时候，应该关闭ShortGI功能。

5、关键点：BlockAcknowledgement

为保证数据传输的可靠性，802.11协议规定每收到一个单播数据帧，都必须立即回应ACK

帧。A-MPDU的接收端在收到A-MPDU后，需要对其中的每一个MPDU进行处理，因此同样需要对

每一个MPDU发送应答帧。BlockAcknowledgement机制通过使用一个ACK帧来完成对多个MPDU

的应答，以降低这种情况下的ACK帧的数量。

6、关键点：PowerSavings：

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SpatialMultiplexing（SM）PowerSave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。SMPowerSave定义了两种电源管理方式：静态SMPowerSave和动态SMPowerSave。

静态SMPowerSave

当无线用户处于静态模式时，只有一个天线保持在工作状态，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SMPowerSave

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。