实际应用中发挥802.11n高吞吐量的探讨

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摘 要：WiFi从最初的802.11经过飞速发展，现已到802.11n。传输速率也飙升到300Mbps、450Mbps甚至600Mbps。然而这里这么高的传输速率其实指的是物理层传输信号的速度，而从实际应用角度说我们更应该关心的是吞吐量，即真正的数据载荷部分传输的速率。那么802.11n到底吞吐量能够达到多少，在实际应用如何发挥其最高的性能呢？

关键词：MIMO 吞吐量 终端 应用

中图分类号：TP3 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2012）12（c）-0018-01

WiFi从最初的802.11经过飞速发展，现已到802.11n。传输速率也飙升到300 Mbps、450 Mbps甚至600 Mbps。然而这里这么高的传输速率其实指的是物理层传输信号的速度，而从实际应用角度说我们更应该关心的是吞吐量，即真正的数据载荷部分传输的速率。那么802.11n到底吞吐量能够达到多少，在实际应用如何发挥其最高的性能呢？

在说这点前，我们先简单了解一下802.11n的关键技术。

第一，MIMO（多进多出）技术。802.11n一个重要的进步就是将多根天线同时工作，各自进行收发。传输的信息流经过空时编码形成多个信息子流，这些子流由多个天线发射出去，经过空间信道由多个接收天线接收，从而成倍提高了效率。天线一收一发通常称为MIMO 1x1，最高速率150 Mbps，两收两发通常称为MIMO 2x2，最高速率300 Mbps，三收三发通常称为MIMO 3x3，最高速率450 Mbps。第二，信道绑定技术。传统的802.11空口都工作在20 MHz频宽，但802.11 n技术将相邻的两个20 MHz信道绑定成40 MHz，使传输速率成倍提高。第三，帧聚合技术。传统的802.11技术在每个数据前都添加MAC层的协议头，开销较大。802.11 n针对MSDU和MPDU两种报文进行聚合，让多个报文共用一个MAC层的协议报头，提高了信道利用率。第四，Short GI技术。设备发送数据时整个帧是被划分成不同的数据块进行发送的，为了数据传输的可靠性，数据块之间会有GI，用以保证接收侧能够正确的解析出各个数据块。无线信号在空间传输会因多径等因素在接收侧形成时延，如果后续数据块发送过快，会和前一个数据块形成干扰，而GI就是用来规避这个干扰的。11 a/g的GI时长为800 us，而Short GI时长为400us，在使用Short GI的情况下，可提高10%的速率。

802.11n有这么多先进的技术，在实际应用该如何发挥出来呢？

首先，要购买支持802.11n的AP和终端。一般而言，我们要清楚了解到AP和终端的MIMO规格，但实际购买设备时一般都不会指明MIMO的规格，而用速率来表示。那么150 Mbps AP就是MIMO 1x1，300 Mbps AP就是MIMO 2x2，450 Mbps AP就是MIMO 3x3。需要注意的是高规格的MIMO是兼容低规格的MIMO，但实际效果以低规格的为准。比如MIMO 3x3的AP和MIMO 1x1的终端搭配，那就为MIMO1x1的吞吐量，而不会到MIMO 3x3的吞吐量。目前市面上的主流的终端，手机、平板电脑大多支持MIMO 1x1，有的还不支持40 MHz频宽。而笔记本电脑的无线网卡规格较高，最高可以支持MIMO 3x3，比如Intel（R） Centrino（R） Ultimate-N 6300 AGN。

其次，调整终端的配置，发挥终端的最优性能。为了让便携式的设备有较长的使用时间，往往厂家在默认设置中会开启终端的节电功能，这样会导致终端不会发挥其最高性能。关闭节电功能使其保持在最高的工作状态，自然能够获得最高的吞吐量。另外终端都会有一项背景扫描的功能，这个功能的作用是允许终端在工作时进行扫描其他AP的动作，但往往扫描时，吞吐量就会下降。所以关闭此项功能也是保持较高吞吐量的选择。最后就是查看是否终端有一些特别的参数影响吞吐量，比如Intel终端就有与40 MHz不兼容的开关。笔者不止一次在实际应用时发现由于终端的配置不准确导致吞吐量降低的问题。

第三，终端接收到AP的信号强度过强或者过弱都会影响吞吐量。一般来说终端扫描到AP的信号强度在-35～-70 dBm的范围内吞吐量比较好，过高或者过低都会导致吞吐量降低的情况。终端扫描到AP的信号强度过高时需要将AP发射功率调低。过低时，要移除终端和AP间的遮挡或者拉近与AP的距离，也可以增强AP的发射功率，比如更换更高增益的天线。

第四，减少干扰。为了最高的吞吐量，通常会使用40 MHz频宽来发送数据，在当前的2.4 GHz波段，只有3个可用的信道（1，6，和11）是不相重叠的，这在实际应用中远远不够。现在运营商热火朝天的进行WiFi的建设，同一个区域可能有多个AP布点。信道资源少AP多的矛盾日益突出，所以建议考虑信道更加广阔的5G频段进行使用。

802.11n提高了无线局域网的传输速率，增强了无线网络传输的稳定性和可靠性，加大了不同数据同时传输的能力。面对着wifi日益增长高带宽高吞吐量的需求，802.11n产品必将占有越来越大的比例。

参考文献

[1] Wi-Fi Alliance，802.11n System Interoperability Test Plan，2010.