Физический уровень стандарта 802.11n

Стандарт 802.11n, работы над которым были начаты еще в 2004 году, на момент написания этой книги еще не был окончательно утвержден, хотя такое событие ожидалось уже к концу 2008 года, затем было отложено до конца 2009 года, а теперь согласно последним сведениям перенесено на начало 2010.

Тем не менее оборудование «рrе-N» в соответствии с версией 2 проекта стандарта 802.11n появилось на рынке в конце 2006 года, а с начала 2007 года консорциум Wi-Fi Alliance начал его сертификацию.

Основной особенностью стандарта 802.11n является дальнейшее повышение скорости передачи данных (до 300 Мбит/с и выше). Оборудование стандарта 802.11n может работать как в диапазоне 5 ГГц, так и в диапазоне 2,4 ГГц, хотя рекомендуемым диапазоном является диапазон 5 ГГц благодаря большему числу доступных каналов и меньшей интерференции с многочисленным оборудованием, работающим сегодня в диапазоне 2,4 ГГц. Для достижения высоких скоростей в технологии 802.1 In применено несколько новых механизмов.

□ Улучшенное кодирование OFDM и сдвоенные частотные каналы. Вместо каналов с полосой в 20 МГц, которые использовались в технологиях 802.11а и 802.11g, в технологии 802.11n применены каналы с полосой 40 МГц (для обратной совместимости допускается также работать с каналами 20 МГц). Само по себе расширение полосы в два раза должно приводить к повышению битовой скорости в два раза, но выигрыш здесь больше за счет усовершенствований в кодировании OFDM: вместо 52 первичных несущих частот на полосу в 20 МГц здесь используется 57 таких частот, а на полосу в 40 МГц соответственно 114. Это приводит к повышению битовой скорости с 54 до 65 Мбит/с для каналов 20 МГц и до 135 Мбит/с для каналов 40 МГц.

□ Уменьшение межсимвольного интервала. Для надежного распознавания кодовых символов в технологиях 80.11a/g используется межсимвольный интервал в 800 нc. Технология 802.11n позволяет передавать данные с таким же межсимвольным интервалом, а также с межсимвольным интервалом в 400 нc, что повышает битовую скорость для каналов 40 МГц до 150 Мбит/с.

□ Применение техники MIMO (Multiple Input Multiple Output — множественные входы и выходы). Эта техника основана на использовании одним сетевым адаптером нескольких антенн с целью лучшего распознавания сигнала, пришедшего к приемнику разными путями. Обычно из-за таких эффектов распространения радиоволн, как отражение, дифракция и рассеивание, приемник получает несколько сигналов, дошедших от передатчика по разным физическим путям и имеющим, следовательно, сдвиг по фазе. До введения техники MIMO такие явления считались негативными и с ними боролись путем применения нескольких (обычно двух) антенн, из которых в каждый момент времени использовалась только одна — та, которая принимала сигнал лучшего качества. Техника MIMO принципиально изменила отношение к сигналам, пришедшим разными путями, — эти сигналы комбинируются и путем цифровой обработки из них восстанавливается исходный сигнал.

Техника MIMO не только способствует улучшению соотношения сигнал/помеха. Благодаря возможности обрабатывать сигналы, пришедшие разными путями, для создания избыточного сигнала для каждого потока можно передавать с помощью нескольких антенн несколько независимых потоков данных (обычно их число меньше, чем число антенн). Эта способность систем MIMO называется пространственным мультиплексированием (spatial multiplexing). Для систем MIMO принято использовать обозначение:

T * R:S.

Здесь Т — количество передающих антенн узла, R — количество принимающих антенн узла, a S — количество потоков данных, которые пространственно мультиплексируются. Типичной системой MIMO в выпускаемом в 2009 году оборудовании стандарта 802.11n является система 3 * 3:2, то есть система с тремя передающими и тремя принимающими антеннами, которая позволяет передавать два независимых потока данных. Система MIMO 3 * 3:2 обеспечивает повышение битовой скорости в два раза, то есть до 300 Мбит/с для каналов 40 МГц.

Проект стандарта 802.11 предусматривает различные варианты системы MIMO вплоть до 4*4:4, что позволило бы повысить битовую скорость до 600 Мбит/с. Помимо усовершенствований физического уровня, стандарт 802.11n вводит одно усовершенствование на уровне MAC — это возможность агрегирования нескольких кадров данных в один кадр. Такая техника повышает эффективность передачи пользовательских данных при той же битовой скорости протокола за счет сокращения накладных расходов на шифрование отдельных кадров и на их индивидуальное подтверждение положительными квитанциями со случайными паузами между передачей кадров. Кроме того, для мультимедийных приложений допускается уменьшение интервала DIFS при передаче длительной пульсации трафика.