802.11协议详解：从1Mbps到3.47Gbps的技术演进

802.11协议详解：从1Mbps到3.47Gbps的技术演进

引用

CSDN

1.

https://blog.csdn.net/qq_43704340/article/details/120992106

802.11协议是无线局域网（WLAN）的基础标准，从最初的1Mbps传输速率发展到现在的3.47Gbps，经历了多次技术革新。本文将详细介绍802.11系列协议的各个版本及其技术特点，帮助读者全面了解无线网络技术的发展历程。

802.11系列协议概述

802.11标准定义了一个基站和无线客户端或两个无线客户端之间通过空气传输的接口。以下是各个版本的主要特点：

• 802.11：工作在2.4GHz频段（2.4000～2.4835GHz），提供了每秒1Mbps或2Mbps传输速率。
• 802.11a：工作在5GHz频段，提供了每秒54Mbps的传输速率，平均吞吐量是20-36Mbps/秒，平均范围10-100米。
• 802.11b：工作在2.4GHz频段，提供了每秒11Mbps的传输速率。在1999年，IEEE接受了802.11b作为以太网标准，平均速率每秒4Mbps，平均范围50多米。
• 802.11g：在2.4GHz频段上提供了大于20Mbps的带宽，平均每秒20-30Mbps，平均范围50多米。
• 802.11e：QoS（服务质量）标准。
• 802.11i：WLAN安全标准。
• 802.11r：WLAN漫游标准。
• 802.11s：802.11 mesh网络标准。
• 802.11n：支持多输入多输出（MIMO）技术，提供更高的传输速率。
• 802.11ac：工作在5GHz频段，信道绑定频宽最高可达160MHz，最高速率可达到3.47Gbps。

802.11a/b/g技术细节

802.11a

• 54Mbps 吞吐能力
• 采用正交频分复用（OFDM）
• 支持6, 9, 12, 18, 24, 36, 48 & 54Mbps 数据速率
• 工作在无需许可的5GHz频段“Unlicensed National Information Infrastructure” (U-NII) 频段
• 13个非重叠信道(149.153.157.161.165)

802.11b

• 11Mbps 吞吐能力
• 采用直序扩频（DSSS）
• 支持1, 2, 5.5 & 11Mbps数据速率
• 工作在2.4GHz非许可频段 “Industrial Scientific & Medical” (ISM) 频段
• 支持14个信道
• 3个信道不重叠

802.11g

• 54Mbps 最高传输速度
• 采用正交频分复用(OFDM)
• 支持6, 9, 12, 18, 24, 36, 48 & 54Mbps 数据速率以及802.11b速率
• 兼容802.11b终端
• 工作在2.4GHz非许可频段 “Industrial Scientific & Medical” (ISM) 频段
• 支持13个信道
• 3个不重叠信道

802.11n技术特点

802.11n协议的主要改进包括：

• 最高速率可达600Mbps
• 双频工作模式，支持2.4GHz和5GHz
• 采用MIMO与OFDM相结合
• 传输距离大大增加
• 提高网络的吞吐量性能

速率提升技术

• 更多的子载波：802.11a/g在20MHz模式下有48个可用子载波，速度可达到54Mbps；802.11n在20MHz模式下有52个可用子载波，速度可达到58.5Mbps。
• 编码率：802.11n的前向错误更错码（Forward Error Correction-FEC）编码比率（Code Rate）更优。
• Short GI：通过缩短帧间保护间隔（Guard Interval）来提高吞吐量，但需要在多径效应不严重时使用。
• 40M频宽模式：802.11n支持20MHz和40MHz两种频带宽度，采用40MHz频宽模式可以让无线网络获得高于2倍的传输速率。

MIMO技术

802.11n采用多路输入多路输出（MIMO）技术，通过多个天线同时传送数据，显著提高了可靠性和数据吞吐量。即使终端不支持MIMO技术，也能提供高出802.11a/b/g网络30%的性能。

波束成形技术

波束成形技术通过调整发射端无线信号的相位，以最大化的接收信号强度，从而提高信噪比。这种技术特别适用于接收端只有一个天线且没有障碍物的环境。

MIMO命名规范

MIMO的天线配置通常表示成“M*N”，其中M表示传输天线的数量，N表示接收天线的数量。

802.11n MAC层改进

802.11n通过以下技术改进了MAC层效率：

1. 帧聚合技术：

• A-MSDU：多个帧聚合到一起，减少报头负载和传播时间，最大大小为7935字节。
• A-MPDU：允许对目的地相同但应用不同的多个包进行聚合，最大包为65535字节。

2. 块确认技术：通过使用一个ACK帧来完成对多个MPDU的应答，减少了ACK帧的数量。

802.11ac技术特点

802.11ac的主要特点包括：

• 工作频段为5GHz
• 保持与旧协议的兼容性
• 改进物理层帧结构
• 安全性遵循802.11i标准
• 支持无缝漫游

优势

• 更高的吞吐率：802.11ac wave2 最大可以支持3.47Gbps
• 更少的干扰：主流承载频率是5G频段
• 更多的接入能力：提供了更大的吞吐率和多用户MIMO，提高了用户接入能力

MU-MIMO技术

多用户-多输入多输出（MU-MIMO）技术采用显式波束成形技术，实现信号的传播方向和接收控制，一次可以与多个用户通信。802.11ac Wave1只支持单用户MIMO，而Wave2可以支持多用户MIMO。

A-MPDU扩展

802.11ac中增加了MPDU帧的大小和A-MPDU帧的大小，长度限制从64k增加到1M，并且只支持A-MPDU。

RTS/CTS扩展

802.11ac增强了RTS/CTS机制，通过在不同子信道上发送RTS和CTS报文，来协调信道可用性和哪些信道可用，从而降低隐藏节点的影响。

信道带宽

802.11ac引入了80MHz和160MHz带宽，支持20MHz、40MHz、80MHz、80+80MHz（不连续，非重叠）和160MHz，其中20MHz、40MHz、80MHz是必选的，80+80MHz和160MHz是可选的。