Wi-Fi：802.11ac new feature & Beamforming
文章目录
- 1 802.11ac
- 1.1 与11n的区别
- 1.2 MIMO
- 2 Beamforming
- 3 802.11ac MAC层的改变
- 3.1 A-MPDU：所有的报文传输都走聚合流程
- 3.2 MAC层：Enhanced RTS/CTS
http://www.h3c.com/cn/d_201708/1018832_30005_0.htm
1 802.11ac
1.1 与11n的区别
带宽：将子信道合并到一起，带来了双倍的吞吐。
只支持5G：由于2.4G的频谱比较拥挤，所以只在5G用。
256-QAM：提高了吞吐，但是由于灵敏度的增加也会导致在复杂环境中吞吐不及预期。
NDP Explicit Beamforming：改变了之前的多种BM的方式，让实现更加简单。
空间流：增加到8条天线。
MU-MIMO：ac wave2中的功能，是ac最重要的。
1.2 MIMO
现实中STA没有那么多天线，一般就是1-2根，所以8跟天线作用并不大，对于SU-MIMO来说。因此ac中增加了MU，多个用户可以同时从AP收到数据。
MU-MIMO，简单的说就是设备依赖于预先学习到的信道状况信息，精确的进行数据发送，在同一时刻通过不同的Stream（天线），向不同的无线终端并发的发送数据，各个接收终端感知不到其它终端数据的干扰，都能够同时接收。
向不同的Station发送时，可以使用不同的流数、编码方式，但必须使用相同的MCS。
Q：这里的带宽是怎么分配的，直接是连接的带宽除以用户数？
MU-MIMO应答过程如下：
2 Beamforming
BF的原理如下：
https://zhuanlan.zhihu.com/p/113058638
MU-BF过程如下所示：
Beamforming依赖信道校准过程来发现如何把信号集中到一个特定方向，同时减弱无关区域的信号，这个过程在协议中称为Channel Sounding。其基本步骤简单描述如下：
1，Beamfomer传输一个Null Data Packet Announcement帧来获取信道和探测Beamformee，Beamformee会响应NDP帧。
2，Beamformer紧随NDP通告帧传输一个空数据帧，Beamformee可以分析OFDM的训练域并计算信道响应和“Steering Matrix”。
3，Beamformee分析收到的NDP，并回馈自己计算的“Matrix”
4，Beamformer收到NDP并计算出去往Beamformee方位的“Steering Matrix”。
有了“Steering Matrix”（简单的理解就是：Beamforming技术通过信道测量得到的如何向接收方定向传送数据的机制，即如何调整、组合发送方的天线参数能够使传输的方向更加精确，传输的距离更远），Beamformer就可以发送出经过调整的波形。Channel Sounding功能需要占用一定的介质时间，如果Beamforming带来的增益不能弥补信道侦测带来的开销，那么就会降低网路的效率。
有了“Steering Matrix”（简单的理解就是：Beamforming技术通过信道测量得到的如何向接收方定向传送数据的机制，即如何调整、组合发送方的天线参数能够使传输的方向更加精确，传输的距离更远），Beamformer就可以发送出经过调整的波形。Channel Sounding功能需要占用一定的介质时间，如果Beamforming带来的增益不能弥补信道侦测带来的开销，那么就会降低网路的效率。
802.11n支持的SU-Beamforming工作过程如图所示：
802.11ac中，MU-Beamforming的Channel Sounding流程过程如图所示：
从图示中我们可以看出，在802.11ac中主要做了如下改变：
1、第一个Beamformee不需要 Beamforming Report Poll来获取Feedback Matrices，第二个和第三个必须要用。收到多个响应后，Beamformer生成“Steering Matrix”。
2、相比单用户Beamforming，多用户Beamforming中STA Info字段可以有多个，接收地址是广播地址。
当然，为了支持MU-MIMO，在原有802.11n的基础上还有一些细节的改变，如PLCP层改变了VHT-SIG-A字段的格式，以标识到每个客户端的具体流数，Compressed Beamforming Action帧中使用扩展信息标示了一些比SU-MIMO多出的必要的信息等，这里不一一介绍实现细节了。
3 802.11ac MAC层的改变
802.11协议每次技术升级都会涉及到物理层和MAC的改变，如802.11到802.11n；本次从802.11n到802.11ac也是如此，只不过MAC层的改变相对较少。
3.1 A-MPDU：所有的报文传输都走聚合流程
在802.11n协议中定义了两种报文聚合方式：A-MSDU和A-MPDU；同时在进行报文传输的时候可以聚合，也可以不聚合；聚合报文长度是随机的，通过Duration字段来限定。而802.11ac协议规定每个PPDU的传输都是一个A-MPDU，即使这个A-MPDU中只包含了一个MPDU，这样就不用再区分报文是否聚合，简化了流程，我们可以称这种实现为802.11ac加强的A-MPDU流程。
同时，802.11ac提高了单个A-MPDU聚合帧的大小到最大1,048,575字节（802.11n最大65,535字节），这样就能够更好的配合802.11ac的物理层高速传输，802.11ac每次传输报文的长度强制要求为OFDM Symbol携带的bit数的整数倍，如果不满足要求，则使用Null Frame填充最后一个OFDM Symbol。
3.2 MAC层：Enhanced RTS/CTS
在802.11n协议中，设备依靠发送RTS/CTS帧来宣告传输的意向，通过此机制让附近的WLAN设备感知到信道正在使用中，从而避免冲突。而在802.11ac中，由于可以使用更大的频宽，即可用的信道数量非常有限，所以如何发现辅信道上存在的隐藏节点变得更加重要；为了解决这个问题，802.11ac协议定义了增强的RTS/CTS机制，用来检测任何一个辅信道是否被不同的数据传输所占用，即RTS和CTS支持“动态频宽”模式。在此模式下，假如部分频带已被占用则只在主用信道上回应CTS帧。发送RTS帧的客户端（STA）则可以回落到一个较低的频宽模式。这将对降低隐藏节点的影响有所帮助。无论怎样，最终的传输频宽总是包括主用信道在内。
802.11ac协议规定，使用RTS评估带宽的时候，需要改变传送报文的地址域中的TA域的个人/组位，将此位从0变为1。 如图11所示：一个802.11ac的设备占用80MHz的带宽，在数据传输之前需要确认这个80MHz的带宽是可用的，于是在其工作的主信道161上发送RTS帧，同时在其他三个20MHz子信道149、153和157发送此RTS的复制帧（如果是160MHz的带宽，RTS将有7个复制版本）；接收方会根据自己信道的实际情况来回应CTS帧，这样设备就会知道信道的使用情况，从而决定数据传输应该使用的实际带宽，即80MHz-40MHz-20MHz-退避。图示中第一个设备会使用80MHz带宽，而第二个则会降低带宽到40MHz来传输数据。
在802.11n中，一些看起来比较有用，但是实际可能由于实现起来比较复杂、或者带来的增益有限、或者有更好的方案替代等，总之没有或者很少在实际中被广泛应用的特性，在802.11ac中都被舍弃了，例如RIFS、L-SIG TXOP保护、PCO操作、Dual CTS等。