802.11ac中的Beamforming技术(4)
文章目录
- 基础
- 信号增强作用
- 传输过程
- 802.11ac的Null Data Packet(NDP) Beamforming
- Null Data Packet(NDP) sounding
- Single User(SU)-Beamforming
- Single User(SU)-Beamforming 帧格式
- Muti-User(MU)-Beamforming
- Muti-User(MU)-Beamforming帧格式
基础
Beamforming即波束成形,是一种让信号能量集中在一个方向上传输的技术。它对传统wifi主要有2点提升:
- 天线信号增强,改善传输速度和信号范围。
- 空间上的冲突域隔离,提升网络的整体吞吐量。
信号增强作用
由于能量集中在一个方向上,相同的tx power的情况下可以打得更远。在同样的位置上,接收方可以获得更高的增益,因而,可以维持在更高的data rate上。下图说明了station与ap之间的距离与data rate的关系,采用beamforming技术在接收端可以获得额外2.5dB增益。同样以MCS9的data rate传输时,采用beamforming技术后的信号打得更远。往同一位置发送信号时,采用beamforming技术时可以站更高的rate上。这个现象在中距离时表现最明显,如下图,传统技术只能站在MCS5的档位,而beamforming技术仍可以轻松站在MCS7上。
传输过程
采用波束成形发送数据的设备叫Beamformer,相应的接收方叫Beamformee。
- 想要将信号对着Beamformee发送,首先需要知道Beamformee的方位,这个就是由Channel calibration完成。Beaformer发送NDP给Beamformee,Beamformee在各天线收到各子载波的信号,且将结果汇整生成Feedback Matrix(反馈矩阵),发送给Beamformer。Beaformer根据Feedback Matrix,推导出Steer Matrix(引导矩阵),从而获得Beamformee的方向。
- 确认方向以后,Beamformer通过改变天线组中不同天线的相位,引导信号向Beamformee的方向发射,在这个方向上信号会叠加而增强,而其他方向信号很弱。
- Beamformee收到数据以后,进行Ack。
802.11ac的Null Data Packet(NDP) Beamforming
Beamforming技术最早由802.11n提出。它定义了多种方法,实现复杂,而且station与ap双方同时支持某一种方法时才能使用。所以,好多厂商因为成本考虑,没有在产品中实现这个功能。为了不让悲剧重演,802.11ac将方法精减到一种,叫做Null Data Packet(NDP) sounding,极大的简化了产品的实现成本。同时提出了MU-MIMO技术,它允许ap同时给多个station同时发送数据,进一步优化全网的吞吐量。
Null Data Packet(NDP) sounding
Single User(SU)-Beamforming
- NDP Announcement是控制帧,这一帧是全向发射,用于向全网通知下面要进行Beanforming的信道测量了,大家不要发包,保持安静。SIFS表示这个过程不会被打断。
- NDP不是我们熟悉null data 包,这个NDP没有802.11的mac头,它只有物理层的实,没有数据部分。它被Beemformee用来计算生成Feedback Matrix。
- Compressed Beamforming是action帧。它包含了对NDP的测量结果,用于Beamformer计算Steer Matrix。因为数据量大所以需要压缩传输。数据量的大小与双方的天线数,传输的bandwith有关。
Single User(SU)-Beamforming 帧格式
NDP Announcement 格式
NDP 格式
Compressed Beamforming格式
Muti-User(MU)-Beamforming
多用户的情况大概与单用户相同,也是以NDP Anouncement开始,抢到信道以后,后面都是以SIFS间隔进行通信,保证整个过程不会被打断。当各Beamformee(下图中的Beamformer1~3应该为Beamformee 1~3)收到NDP后,依次回报Compressed Beamforming。Beamformer会用Beamforming Report Poll(控制帧)来轮循每个Beamformee。
Muti-User(MU)-Beamforming帧格式
NDP Announcement 格式
Beamforming Report Poll frame
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