一. 概述

本文主要对802.11n协议的PHY层做一个简单记录，不是特别详细，但尽可能将PHY的特性都罗列出来。

二. PHY模式

802.11n的phy定义了3中模式，分别为Non-HT format、HT-mixed format、HT-greenfield format，他们的PPDU格式如下图示：

1. Non-HT format；

传统模式，简称NON_HT模式，该模式跟11g模式完全一致，详情可以查阅《802.11–802.11g协议》相关章节，此模式为必须支持的模式。
　　Note：从组成上看，这个PPDU的格式就是11g协议下的ERP-OFDM模式，那其是如何跟11b兼容的呢？难道这个Non-HT PPDU的格式只是一个示例，它代表了11g的3中模式？

2. HT-mixed format；

混合模式，用于向前兼容802.11bg模式，简称HT_MF模式，主要有以下几部分组成：
　　　1) L-STF、L-LTF、L-SIG在802.11a中介绍过，详情可查阅《802.11–802.11a协议》相关章节；
　　　2) HT-SIG：长2个符号（8us），HT-SIG包含的内容如下所示：

　　　HT-SIG分为两部分：HT-SIG1、HT-SIG2，各长24bits，总共48bits，HT-SIG1在HT-SIG2前面，他们的组成如下图所示：

　　　3) HT-STF：长1个符号（4us），作用是重新AGC评估设置（automatic gain control estimation），使用20MHz时与L-STF是完全一样的，40MHz则有些不同，相比L-STF，HT-STF能够做更精确的AGC评估；
　　　4) HT-LTF：占用若干个符号，主要由两大部分组成：HT-DLTFs、HT-ELTFs，用于MIMO信道评估；
　　　　a) HT-DLTFs：数量可能为1、2、4个HT-LTF，用于解调HT-Data，是必要组成部分，DLTFs和空时流数目的关系如下所示：

　　　　b) HT-ELTFs：数量可能为0、1、2、4个HT-LTF，用于探测帧（SDU），适用于发送链路数目大于空时流数目的场合，以对信道更多分量进行评估，ELTFs与额外发送链路数目的关系如下所示：

　　　Note：HT-MF模式下，L-SIG、HT-SIG都有length、rate等，L-SIG中的这些信息可用于NAV设置（因为可能无法从PPDU成功解析出MPDU的duration字段），也可用于txop的保护；

3. HT-greenfield format（可选）

中文翻译为绿地模式，简称HT-GF，主要有以下几部分组成，为了不增加理解的难度，其余部分可认为跟HT-MF中的一样：
　　　1) HT-GF-STF：替代HT-MF中的L-STF，长度也是2个符号（8us），采用长HT循环移位，可以获得MIMO接收机所求要的精确的获取时间和AGC设置；
　　　2) HT-LTF1：替代HT-MF中的L-LTF，长度也是2个符号（8us），HT-LTF1的长度是HT-LTF的2倍；
　　HT-GF和HT-MF相比，前导码节省了8us，分别如下所示：
　　　1) HT-GF-STF完成了L-STF和HT-STF的工作，节省了4us；
　　　2) 不需要跟802.11bg模式兼容，L-SIG不需要，节省4us；
　　　3) 另外的4us是少了一个HT-LTF而省的，如下图所示：

三. 子载波

简单地对比一下11n的子载波和之前协议的区别，如下所示：

　　1. 子载波总数：由之前的52增加到56，40MHz则是114个；
　　2. 数据子载波数量：由之前的48增加到52个，增加的4个子载波全部用于数据传输，40MHz则是108个，比两个20MHz还多了4个；
　　3. 子载波频宽：312.5 kHz，跟之前保持一致；
　　4. 导频子载波：依旧是4个，但40MHz是6个；

四. 时间相关参数

简单列个图介绍一下几个相关参数，个人觉得最重要的就是TDFT和TGIS，其它要么没有变化，要么就是新增加的，了解就好：

IDFT/DFT周期（Symbol长度）保持不变，均为3.2us，但是引入了新GI（short GI），只有原来的一半（0.4us），这就说明有效使用时间提高了，之前4us下3.2us是有效使用时间，现在3.6us中就有3.2us是有效的了，效率提升了大约10%；
　　 Note：GI引入的最初目的是解决传输时延和多径的碰撞问题，11n将GI缩短了1倍，意味着多径效应明显的场景下，short GI并非效果更好，可能会更差。

五. PPDU发送速率

1. Non-HT format：L-STF、L-LTF、L-SIG使用6Mbps的速率进行发送，数据部分使用L-SIG中指定的速率发送，如下是11a的发送组成：

　　2. HT-mixed format：L-STF、L-LTF、L-SIG使用BPSK, r=1/2（即6Mbps），HT-SIG、HT-STF、HT-LTF使用QBPSK, r=1/2（即6Mbps），数据部分则使用HT-SIG中指定的速率发送；

　　Note：工作在40MHz的频宽时，L-STF、L-LTF、L-SIG、HT-SIG被复制到了40M频带的其他20MHz部分，这样有两个优点：
　　　1) 与传统的11a/g设备保持兼容，不管在40MHz上的哪个20MHz，传统设备都能接收并处理L-STF、L-LTF、L-SIG、HT-SIG，20MHz的设备（non-HT、HT）设备在发现HT-SIG中的CBW设置为1时（表明使用40MHz发送），停止接收；
　　　2) 对于11n设备来说，两个20MHz上的L-STF、L-LTF、L-SIG、HT-SIG是相同的，这样可以获得额外的频率分集和处理增益，可以提高对L-SIG和HT-SIG的检测成功率；

　　3. HT-greenfield format：HT-GF-STF、HT-LTF1、HT-SIG使用BPSK, r=1/2，即6Mbps的速率进行发送，数据部分使用HT-SIG中指定的速率发送；

六. MIMO系统

802.11a/g时代，发送方和接收方均只有一个天线，因此也称为SISO系统，如下所示：

　　从802.11n协议开始，引入了MIMO系统，MIMO系统分为两种模型
　　1. 发送方从每根天线发送的信号相同

　　如上图所示，发送方的两个天线发送的数据都是x，在这种系统中发送方可以使用波束成形技术，进而改善链路的质量。
　　2. 发送方从每根天线发送的信号不同

　　如上图所示，MIMO系统中存在2个空间流，所也称为空分复用（SDM），在SDM的加持下，数据速率可以成倍增加，增加的量为：min（tx天线数，rx天线数，空间流数）；
　　3. Cyclic shifts（CSD，循环移位）
　　在HT-MF模式下，如何选择哪个天线发送L-STF、L-LTF、L-SIG呢？如果选择单个天线发送，发送方有2天线时，功率下降了3dBm，发送方有4天线是，功率下降了6dBm，而L-STF用于AGC的设置，为了避免发送功率不一致的问题，L-STF、L-LTF、L-SIG需要从所有的天线发送出去，每根天线上发送的内容是一样的，这样就很容易无意中（不希望）造成了波束成形，这种无意波束成形很大概率会对终端造成覆盖问题，且L-STF功率大的变化也会导致AGC设置过程出现饱和或量化误差，因此，为了不同天线信号间的相关性，引入了CSD定义，人为地制造出多径，借此解决：
　　　1) 接收端不会因为所在位置的不同而导致接收到的信号功率相差太多；
　　　2) 能减少峰均比，OFDM信号更不容易失真，对于接收端的射频器件来说，可以获得更大的增益范围；
　　至于不同数量的天线需要如何移位，暂时没有详细了解，先贴一张图，下图给出了L-STF、L-LTF、L-SIG、HT-SIG的循环移位值：

　　HT-LTF在不同空间流根据上图进行循环移位如下图所示：

七. STBC与LDPC

1. STBC被称为控制块编码（space-time-block-coding），是802.11n协议的一个可选特性，通过多个天线发送同一个数据的多分拷贝，接收方可以在即使有部分数据因干扰或者衰减而丢失的情况下，将不同拷贝重新整理成一份数据，从而提高数据传输的可靠性，可实现更远距离的数据传输；
　　2. LDPC码被称为低密度奇偶校验码（Low-density Parity-check），也是802.11n协议的一个可选特性，它的主要优势有：
　　　1) LDPC码具有很好的抗衰落性，可以在不影响系统西能的前提下，省去原802.11标准中的交织模块，从而减小系统延迟；
　　　2) 提高编码增益，接收方在比较低的信噪比环境下，依旧可以实现比较低的误码率，从而提高了发送方（比如AP）的覆盖范围；
　　　3) 相比Turbo码译码算法，LDPC码的译码运算量低，且硬件比较容易实现，非常适合大容量通信应用；
　　Note：有网友做过分析对比，5.8G频段使用MT7612E芯片，开启LDPC功能后，吞吐量可以提高80Mbps；

八. 信道绑定

这个特性也是大幅提高吞吐的一个改进，详细见《802.11–802.11n协议之信道绑定》一文；

九. PHY特性参数

如下俩图所示：

十. 信道评估CCA

20MHz和40MHz上的cca不同，分开进行紧要描述一下：
　　1. 20MHz下，以下情况CCA需标注信道忙
　　　1) 信号检测：检测到了OFDM Preamble且信号强度大于等-82dBm;
　　　2) 功率检测：错过了OFDM Preamble但检测到能量大于-62dBm；
　　　3) HT-GF检测：不支持HT-GF模式的站点，检测到信号强度大于等于-72dBm的PPDU；
　　　Note：笔者有个小疑惑，感觉第3点和第2点有啥区别呢，感觉都是能量检测？
　　2. 40MHz下的CCA
　　　1) 使用40MHz频宽的站点，必须在主、辅信道上均进行CCA，两个均为空闲，信道才认为是空闲，否则只要有一个忙，就认为信道忙；
　　　2) 辅信道上只进行功率检测；
　　　3) 辅信道空闲时，主信道的检测和20MHz完全一致；
　　　4) 40MHz功率检测：主信道、辅信道均检测到40MHz信号时，功率大于等于-59dBm，就认为信道忙；
　　　5) 40MHz HT-GF检测：不支持HT-GF模式的站点，检测到40MHz上信号强度大于等于-69dBm的PPDU时，需标注信道忙；

十一. 参考资料

1. 《IEEE 802.11n-2009》;
　　2. 《IEEE 802.11-2016》;
　　3. 《下一代无线局域网–802.11n的吞吐量、强健性和可靠性》;
　　4. https://ww2.mathworks.cn/help/wlan/ref/wlanlstf.html#buzr5pu-1；
　　5. https://zhuanlan.zhihu.com/p/105614896；
　　6. 《IEEE802.11 OFDM 无线区域网络之自动增益控制系统》；

802.11--802.11n协议 PHY相关推荐

IEEE 802.11 RTS/CTS 协议
IEEE 802.11 RTS/CTS即RTS/CTS协议(Request To Send/Clear To Send)即请求发送/清除发送协议是被802.11无线网络协议采用的一种用来减少由隐藏节点 ...
无线射频专题《协议类，IEEE 802.11/802.11b/802.11a/802.11g/802.11n/802.11ac标准简介》
IEEE 802.11 标准和格式 IEEE 802 是指处理局域网和城域网的一系列IEEE 标准.IEEE 802 家族标准由IEEE 802 局域网/ 广域网标准委员会(LMSC) 维护.各个工作 ...
IEEE 802简介 802.11 802.15
IEEE 802又称为LMSC(LAN /MAN Standards Committee,局域网/城域网标准委员会),致力于研究局域网和城域网的物理层和MAC层规范,对应OSI参考模型的下两层. LM ...
802.11 协议介绍
802.11协议基础前言-OSI七层网络开放式系统互联模型(Open System Interconnection Model)是一种概念模型,由国际标准化组织提出,一个试图使各种计算机在世界范围 ...
关于 802.11 协议
目录一．802.11成帧封装实现 3 1.1控制帧 3 1.1.1 一般的帧控制位 3 1.1.2 RTS(请求发送) 4 1.1.3 CTS (允许发送) 5 ...
基础——无线协议 802.11 b/g/n
无线技术与标准 802.11 802.11a 802.11b 802.11g 802.11n 蓝牙推出时间 1997年 1999年 1999年 2002年 2006年 1994年工作频段 2.4G ...
802.11概述及帧结构分析
目录: 1 802.11概述 2 拓扑结构及服务类型 3 帧格式 3.1 帧格式概述 3.2 MAC Header 3.3 帧类型 1 802.11概述 IEEE 802.11 是一个协议簇, ...
802.11 - （1）
一.概论 1.1.简介 IEEE802家族是由一系列局域网络(Local Area Network,LAN)技术规格所组成,802.11属于其中一员. 载波检测多重访问/碰撞检测(Carrier Se ...
802.11学习笔记
1.1.简介 IEEE802家族是由一系列局域网络(Local Area Network,LAN)技术规格所组成,802.11属于其中一员. 载波检测多重访问/碰撞检测(Carrier Sense M ...
802.11 参考手册
目录一．802.11成帧封装实现 3 1.1控制帧 3 1.1.1 一般的帧控制位 3 1.1.2 RTS(请求发送) 4 1.1.3 CTS (允许发送) 5 ...

802.11--802.11n协议 PHY