802.11n無線網絡技術剖析
文章來源：http://blog.csdn.net/lizzywu/article/details/4439063
IEEE 802.11n技術通過物理層和MAC層的技術改進實現了無線傳送速率的很大提升，使帶寬從54Mbps提升到300Mbps。
802.11n的核心——MIMO-OFDM
OFDM調製技術是將高速率的數據流調製成多個較低速率的子數據流，再通過已劃分爲多個子載體的物理信道進行通訊，從而減少ISI（碼間干擾）機會。
MIMO（多入多出）技術是在鏈路的發送端和接收端都採用多副天線，將多徑傳播變爲有利因素，從而在不增加信道帶寬的情況下，成倍地提高通信系統的容量和頻譜利用率，以達到WLAN系統速率的提升。
將MIMO與OFDM技術相結合，就產生了MIMO OFDM技術，它通過在OFDM傳輸系統中採用陣列天線實現空間分集，提高了信號質量，並增加了多徑的容限，使無線網絡的有效傳輸速率有質的提升。
雙頻帶（20-MHz和40-MHz帶寬）
IEEE 802.11n通過將兩個相鄰的20MHz帶寬捆綁在一起組成一個40MHz通訊帶寬，在實際工作時可以作爲兩個20MHz的帶寬使用（一個爲主帶寬，一個爲次帶寬，收發數據時既可以40MHz的帶寬工作，也可以單個20MHz帶寬工作），這樣可將速率提高一倍。同時，對於IEEE 802.11a/b/g，爲了防止相鄰信道干擾，20MHz帶寬的信道在其兩側預留了一小部分的帶寬邊界。而通過頻帶綁定技術，這些預留的帶寬也可以用來通訊，從而進一步提高了吞吐量。
圖 20/40-MHz帶寬的吞吐能力：
Short Guard Interval
Short GI（Guard Interval）是802.11n針對802.11a/g所做的改進。射頻芯片在使用OFDM調製方式發送數據時，整個幀是被劃分成不同的數據塊進行發送的，爲了數據傳輸的可靠性，數據塊之間會有GI，用以保證接收側能夠正確的解析出各個數據塊。無線信號在空間傳輸會因多徑等因素在接收側形成時延，如果後續數據塊發送過快，會和前一個數據塊形成干擾，而GI就是用來規避這個干擾的。11a/g的GI時長爲800us，而Short GI時長爲400us，在使用Short GI的情況下，可提高10%的速率。另外，Short GI與帶寬無關，支持20MHz、40MHz帶寬。
數據鏈路層的優化
在信道的競爭中所產生的衝突，以及爲解決衝突而引入的退避機制都大大降低了系統的吞吐量。802.11n爲了解決MAC層的這兩個問題，採用了幀聚合（Frame Aggregation）技術和Block Acknowledgement機制。
幀聚合技術又包含針對MSDU的聚合（A-MSDU）和針對MPDU的聚合(A-MPDU)：
A-MSDU
A-MSDU技術是指把多個MSDU通過一定的方式聚合成一個較大的載荷。這裏的MSDU可以認爲是Ethernet報文。通常，當AP或無線客戶端從協議棧收到報文（MSDU）時，會打上Ethernet報文頭，這裏我們稱之爲A-MSDU Subframe；而在通過射頻口發送出去前，需要逐一將其轉換成802.11報文格式。而A-MSDU技術旨在將若干個A-MSDU Subframe聚合到一起，並封裝爲一個802.11報文進行發送。從而減少了發送每一個802.11報文所需的PLCP Preamble、PLCP Header和802.11MAC頭的開銷，同時減少了應答幀的數量，提高了報文發送的效率。
A-MPDU
與A-MSDU不同的是，A-MPDU聚合的是經過802.11報文封裝後的MPDU，這裏的MPDU是指經過802.11封裝過的數據幀。通過一次性發送若干個MPDU，減少了發送每個802.11報文所需的PLCP Preamble、PLCP Header，從而提高系統吞吐量。
Block Acknowledgement
爲保證數據傳輸的可靠性，802.11協議規定每收到一個單播數據幀，都必須立即迴應ACK幀。接收端在收到A-MPDU後，需要對其中的每一個MPDU進行處理，並針對每一個MPDU發送應答幀。
而Block Acknowledgement通過使用一個ACK幀來完成對多個MPDU的應答，以降低這種情況下ACK幀的數量。
Spatial Multiplexing Power Save
在使用802.11n服務時，由於安裝了多個天線，電源容量的問題顯得更爲突出。因此802.11n協議在節省電源處理上做了改進，採用了Spatial Multiplexing(SM) Power Save技術，其技術原理在於當無數據轉發時，STA只有一個天線處於工作狀態，其餘天線均處於休眠狀態，從而達到節省電源的目的。SM Power Save定義了兩種電源管理方式：動態SM Power Save和靜態SM Power Save。
向後兼容性
802.11n協議允許802.11a/b/g用戶的接入。802.11n設備發送的信號可能無法被802.11a/b/g的設備解析到，這樣造成802.11a/b/g設備直接往空中發送信號，導致信道使用上的衝突。爲解決這個問題，當802.11n運行在混合模式（即同時有802.11a/b/g設備在網絡中）時，會在發送的報文頭前添加能夠被802.11a或802.11b/g設備正確解析的前導碼。從而保證802.11a/b/g設備能夠偵聽到802.11n設備信號，並啓用衝突避免機制，進而實現802.11n的設備與802.11a/b/g設備的互通。