802.11ac协议白皮书阅读笔记

定义

802.11ac是继802.11n之后的新Wi-Fi标准，被称为“Wi-Fi 5”。802.11ac分为两个阶段-Wave1和Wave2，其变化主要在Wave2支持MU-MIMO，更大的信道带宽以及更多的MIMO流。如图。

对比

相比于802.11n，802.11ac主要有以下改进：

序号	改进点	描述	带来的价值
1	信道带宽	1. 增加支持80M信道带宽。 2. 增加支持160M信道带宽。 3. 增加支持两个不相邻的80M带宽，组合成160M信道带宽。	增加吞吐率
2	工作频率	小于6HGz的频率，但其中不包括2.4GHz，5G是主要承载频率。	1. 频谱资源更丰富。 2. 干扰更少。
3	MIMO	1. 改进单用户MIMO，最多可支持多达8条空间流。 2. 引入多用户MIMO，最多可支持4个用户同时传输数据。	1. 增加吞吐率。 2. 增加接入用户数。 3. 增强链路的可靠性。
4	TXBF	1. 改进为仅支持显式波束成形。 2. 改进信道探测和反馈方式：信道探测使用空数据帧NDP，反馈信息由compressed V matrix组成，放弃了原来的多种探测和反馈方式。	简化设计，减少复杂度。
5	MCS	1. 引入了256-QAM（256-QAM码率3/4和256-QAM码率5/6） 2. 不再按MIMO给出MCS，统一给出了10种MCS方式。	提升吞吐率。
6	兼容	1. 放弃了Greenfield前导码设计，仅支持Mixed前导码。 2. 改进了物理层的帧结构，以保持对旧802.11标准的兼容。	增强了与现有WIFI标准的兼容性。
7	带宽管理	增加信道管理，考虑20M、40M、80M、160M带宽共存时的信道管理问题。	1. 增加了信道利用率。 2. 减少信道干扰。 3. 提升了吞吐率。 4. 增强了兼容性。
8	帧聚合	1. 增加了帧聚合的聚合度。 2. 在MAC层上改为只支持A-MPDU的聚合。	提升了MAC层效率与吞吐率。

关键技术

信道带宽管理技术

• 802.11ac新增了80MHz和160MHz带宽，使用信道绑定技术（即相邻信道带宽叠加）以支持20MHz、40MHz、80MHz（必选）以及80+80MHz、160MHz（可选），其中160MHz可支持2个连续或不连续的80MHz信道。
• 带宽增加能够带来更高的吞吐率，但也带来了多种信道共存时的干扰问题，因此需要对其进行管理。
• 802.11ac中定义了增强的RTS/CTS机制：
  　1. 对于不同的信道带宽以20MHz为单位发送不同数量的RTS——在20HMz情况下发送1份，80MHz发送3份，160MHz发送7份。
  　2. 收到RTS的设备会检测主信道或80MHz的其他子信道是否繁忙，并在CTS帧内响应可用的20MHz带宽（与1对应）。
  　3. 在每个可用的20MHz带宽的子信道上回复CTS报文。

MU-MIMO

• MU-MIMO即多用户-多入多出技术，利用用户终端空间流（天线）少于AP空间流（天线）的特点，使得AP在同一时刻能够与多用户进行数据传输，提升了用户并发效率，降低了时延。如图。
  

• 802.11ac中最多支持4*4的MU-MIMO技术，且仅支持下行（即AP到终端）。

• MU-MIMO的实现依赖于Explicit TXBF（显示波束成形），通过对信道进行探测并接收反馈矩阵，并根据矩阵进预编码以精确控制发送的能量至指定客户端。

• 802.11ac中对波束成形的探测方式只支持NDP（Null data packet），反馈格式仅支持compressed V matrix。

更高阶的调制-256QAM

• 802.11ac引入了256-QAM正交幅度调制技术，每个Symbol能够携带8个bit的数据。
• 更高阶的调制意味着更高的信道要求。

A-MPDU帧聚合

• 为防止每个帧都需要进行CSMA/CA，从11n开始支持了帧聚合技术，将多个MSDU（进入MAC层前的802.3帧）或MPDU（即MAC帧）进行聚合后再进行封装，多帧共用一个PHY Header，提高了效率。
• 相比MSDU聚合，MPDU聚合中的每个帧都有单独的MAC Header，发送错误时只需对错误的数据包重传而不需要对整个聚合帧进行重传，效率更高。
• 802.11ac仅支持A-MPDU，并增加了MPDU帧的大小和A-MPDU帧的大小。

总结

802.11ac主要在MIMO和信道带宽上进行了改进，其支持MU-MIMO、更多的MIMO流以及更大的信道带宽。