IEEE 802.11ah低頻WiFi標(biāo)準(zhǔn)概覽

2017-02-17  by:CAE仿真在線  來源:互聯(lián)網(wǎng)



曾經(jīng)有很多讀者朋友問我,如何提升WiFi信號(hào)的繞射(即衍射)能力?我的回答都是沒有任何辦法。常規(guī)的WiFi設(shè)備都是工作在2.4GHz,5GHz頻段,這兩種頻段對(duì)應(yīng)的電磁波波長(zhǎng)通常小于障礙物的尺寸,再怎么高深的算法或是電路設(shè)計(jì)都無法改變電磁波本身的特性,所以WiFi信號(hào)的繞射就成了不可能。


但有個(gè)好消息是,預(yù)計(jì)于2016年發(fā)布的IEEE 802.11ah標(biāo)準(zhǔn)將可以解決這個(gè)問題,因?yàn)槠湟?guī)定的工作頻率是1GHz以下。

近期在對(duì)一個(gè)新的軟件無線電項(xiàng)目需求進(jìn)行評(píng)估時(shí),簡(jiǎn)單了解了一下IEEE 802.11ah。IEEE 802.11ah物理層是IEEE 802.11ac的降頻版本。作為802.11n的升級(jí)版,802.11ac支持80MHz,160MHz,80+80MHz信道帶寬,也支持802.11n的20/40MHz信道帶寬。802.11ah定義了2MHz,4MHz,8MHz,16MHz信道帶寬,剛好是此前標(biāo)準(zhǔn)的1/10。此外,802.11ah還定義了1MHz信道帶寬,用于更遠(yuǎn)距離無線傳輸。

其目標(biāo)應(yīng)用場(chǎng)景包括傳感器和智能抄表,傳感器和智能抄表回傳鏈路,WiFi覆蓋擴(kuò)展。目前IEEE 802.11ah草案已經(jīng)可以下載,只是需要花費(fèi)302.00美金,如下圖。

IEEE 802.11ah低頻WiFi標(biāo)準(zhǔn)概覽HFSS分析圖片1


IEEE 802.11ah信道

與5GHz頻段類似,1GHz以下頻譜中,可用頻段因國(guó)家而異。因此,802.11ah根據(jù)不同國(guó)家的實(shí)際情況定義了不同的頻率范圍,包括美國(guó),韓國(guó),中國(guó),歐洲,日本與新加坡。以美國(guó)為例,頻率范圍是902-928MHz,共28MHz頻譜資源,1MHz信道帶寬情況下具有26個(gè)可用信道。為了達(dá)到更高的吞吐量,802.11ah保留了802.11n,802.11ac中的信道綁定方法,即多個(gè)相鄰信道組成更寬的信道帶寬。由此,2MHz信道帶寬就是由2個(gè)相鄰的1MHz信道組成,4MHz就是由相鄰的4個(gè)信道組成,以此類推。對(duì)于802.11ah,美國(guó)最大能夠支持16MHz信道帶寬。下圖給出了美國(guó)的802.11ah信道組成。


IEEE 802.11ah低頻WiFi標(biāo)準(zhǔn)概覽HFSS分析圖片2

不同國(guó)家的可用802.11ah頻譜如下圖所示??梢钥吹巾n國(guó)的可用頻率為917.5-923.5MHz,0.5MHz的頻率偏移是為了減少可能的干擾;歐洲的可用頻率范圍為863-868MHz;中國(guó)的可用頻率范圍為755-787MHz(有待考證);日本的可用頻率范圍為916.5-927.5MHz;新加坡的可用頻率由兩段不連續(xù)的頻譜組成。從這張圖中也足以看出頻譜資源是何等珍貴。

IEEE 802.11ah低頻WiFi標(biāo)準(zhǔn)概覽ansys hfss圖片3


IEEE 802.11ah傳輸模式

在802.11ah標(biāo)準(zhǔn)中,1MHz與2MHz作為通用信道帶寬,所有的802.11ah設(shè)備也必須支持這兩種信道帶寬。802.11ah的物理層設(shè)計(jì)可以分為2類,第1類是高于(包含)2MHz的信道帶寬,第2類是1MHz信道帶寬。

對(duì)于高于(包含)2MHz的模式,如4MHz,8MHz,16MHz,802.11ah物理層精確地設(shè)計(jì)為802.11ac物理層時(shí)鐘的1/10,具有如下特征:

  • 支持OFDM

  • 支持MIMO

  • 支持MU-MIMO

  • 與802.11ac具有相同的子載波數(shù)

  • OFDM符號(hào)周期剛好是802.11ac的10倍

  • 支持MCS0-9

2MHz信道帶寬下的802.11ah速率集如下表所示。很明顯可以看出,802.11ah速率剛好是802.11ac的1/10。為了降低功耗,802.11ah最多支持4條空間流,而802.11ac最多可支持8條空間流。

MCS Index

Modulation

Code Rate

NSD

NDBPS

Data Rate
(Normal GI)

Data Rate
(Short GI)

MCS-0

BPSK

1/2

52

26

0.65 Mbps

0.72 Mbps

MCS-1

QPSK

1/2

52

52

1.3 Mbps

1.44 Mbps

MCS-2

QPSK

3/4

52

78

1.95 Mbps

2.17 Mbps

MCS-3

16-QAM

1/2

52

104

2.6 Mbps

2.89 Mbps

MCS-4

16-QAM

3/4

52

156

3.9 Mbps

4.33 Mbps

MCS-5

64-QAM

2/3

52

208

5.2 Mbps

5.78 Mbps

MCS-6

64-QAM

3/4

52

234

5.85 Mbps

6.5 Mbps

MCS-7

64-QAM

5/6

52

260

6.5 Mbps

7.22 Mbps

MCS-8

256-QAM

3/4

52

312

7.8 Mbps

8.67 Mbps

MCS-9

256-QAM

5/6

對(duì)于1MHz傳輸模式,802.11ah物理層具有如下特征:

  • FFT點(diǎn)數(shù):32

  • 子載波數(shù):24

  • MCS類型:MCS10

  • 子載波間隔:31.25KHz


IEEE 802.11ah MAC層


802.11ah MAC層設(shè)計(jì)過程中引入了一些增強(qiáng)的特性與新的幀結(jié)構(gòu),具有如下特征:

  • 支持大量終端接入

  • 增強(qiáng)節(jié)電效能

  • 高效的媒體訪問機(jī)制

  • 增強(qiáng)的吞吐量


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