下一代wlan標準關鍵技術概述資料

1、胞工咁丸竽通信工程專業(yè)創(chuàng)新實踐結題報告學生姓名學 號班 級指導教師2016年3月12日i下一代WLAN標準關鍵技術概述摘要近幾年來，隨著智能終端的普及以及無線高清視頻傳輸?shù)雀咄掏铝繑?shù)據(jù)業(yè)務的快速增 長，人們對于網(wǎng)絡的速率和質量的要求越來越高，傳統(tǒng)的無線通信技術已經(jīng)不能滿足人們日常生活工作需求。為了應對這些挑戰(zhàn)，IEEE (Institute of Electrical and Electronic Engineers ，電氣與電子工程師協(xié)會)無線工作組在現(xiàn)已使用的IEEE 802.11 n的基礎上又發(fā)布了三個無線局域網(wǎng)的標準協(xié)議：IEEE 802.11ac、IEEE 802.11ad和IEEE

2、 802.11ae。本文首先簡單介紹 了無線局域網(wǎng)目前的發(fā)展狀況和面臨的挑戰(zhàn)，接著在介紹下一代無線局域網(wǎng)(Wireless LocalArea Network，WLAN)標準之前先介紹目前廣泛使用的IEEE 802.11 n標準的一些關鍵技術。然后具體介紹IEEE 802.11ac和IEEE 802.11ad標準面向的通信環(huán)境、期望達到的通信質量 以及在物理層和媒體接入控制層(Media Access Control， MAC )所使用的一些關鍵技術，如動態(tài)信道綁定技術、下行多用戶MIMO( Down Link Multi-User MIMO ，DL MU-MIMO )、低密度奇偶校驗編碼、自

3、適應波束賦形等等。關鍵詞：WLAN ； IEEE 802.11n ； IEEE 802.11ac ； IEEE 802.11ad ;關鍵技術1引言無線局域網(wǎng)(WLAN)是指利用無線通信技術進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)木钟蚓W(wǎng)技術。無線局域網(wǎng)結合計算機網(wǎng)絡與無線通信技術，可以覆蓋有線網(wǎng)絡不能到達的地方，是有線網(wǎng)絡的延伸和擴展。作為一種實現(xiàn)寬帶無線接入的典型形式，WLAN具有架構組網(wǎng)靈活、移動便捷、維護費用低和擴展性好等優(yōu)點。在眾多地區(qū)，如機場、企業(yè)、賓館、學校等需要提供高速寬帶 無線接入，并且移動速度又不高的場合有著其獨特優(yōu)勢。無線局域網(wǎng)還具有高吞吐量、低成本等特點，能夠與互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務很好地聯(lián)系在一起，為用戶提供

4、編輯的上網(wǎng)服務，從而真正實現(xiàn)了 “信息隨身化，便利走天下”的理想境界。此外，芯片和設備價格便宜，使用無需交納 頻率占用費的工作頻段，用戶使用成本低等特點也加速了WLAN產(chǎn)業(yè)的成熟。據(jù) Wi- Fi聯(lián)盟統(tǒng)計，2009年全球 WLAN 用戶已達 6億，設備保有量超過10億部1。2013年，中國智能手機出貨量 3.18億臺，平板電腦出貨量 2278萬臺。WLAN被廣泛嵌入至各類計算 機、手機和消費電子產(chǎn)品中，形成了互聯(lián)網(wǎng)接入、辦公自動化、家庭網(wǎng)絡、游戲、數(shù)據(jù)上/下載等豐富多彩的應用，為人們的工作和生活提供了非常大的方便。電信運營商對WLAN也高度重視，將其作為固網(wǎng)和蜂窩網(wǎng)的重要補充和延伸，大規(guī)模部署

5、 WLAN熱點，為公眾提供服務，進一步推動了WLAN的發(fā)展。隨著智能終端的普及， 數(shù)據(jù)業(yè)務量呈現(xiàn)爆炸式增長的趨勢。為了滿足日益增長的市場需求，提高用戶的上網(wǎng)體驗，新的WLAN技術與標準也在不斷地發(fā)展和完善，數(shù)據(jù)傳輸能力不斷提高，現(xiàn)有的802.11 n標準已經(jīng)可以支持高達600Mbit/s的傳輸速率。但近幾年無線高清視頻傳輸?shù)雀咄掏铝繑?shù)據(jù)業(yè)務的快速增長，又對WLAN的傳輸能力提出了更高的要求。為此，IEEE已 經(jīng)制定 下一代 WLAN 技術標 準802.11ac、802.11ad和802.11ae, 數(shù)據(jù)吞吐量將達到幾個G bit/s，以更好地適應高速無線數(shù)據(jù)業(yè)務發(fā)展的需要。為了達到預期的效果，

6、802.11ac和802.11ad在信道帶寬、調制編碼方式、天線結構、信道接入機制等方 面提出了一些新的技術。2.802.11n標準的關鍵技術2.1 802.11n標準簡介802.11 n是在802.11a和802.11g標準的基礎上發(fā)展起來的一項標準，工作在2.4GHz和5GHz頻帶上，與802.11a、11b、11g標準兼容。各個協(xié)議工作的頻帶如圖1所示2。與之前的802.11a/g標準相比，802.11 n的物理層的數(shù)據(jù)率有明顯的提高。802.11在物理層使用了MIMO 技術進行空分復用，并且提出了信道綁定技術，將兩個20MHz的信道綁定為一個40MHZ的信道，作為傳輸?shù)男诺?。除此之外?/p>

7、在媒體訪問控制協(xié)議采用幀聚合、BlockACK（Block Acknowledgement，塊確認）、功率節(jié)省、多用戶輪詢等技術，進一步優(yōu)化幀結構、 調制機制和通信流程。這些技術的運用使得802.11n的理論最高速率可達到600Mbps。802.11 n采用智能天線技術， 通過多組獨立天線組成的天線陣列系統(tǒng)，動態(tài)地調制波束方向，保證用戶可以接收到穩(wěn)定的信號，并減少其它噪音信號的干擾，覆蓋范圍可以擴大到幾平方公里。1999年2003年2009年2013 年2.4 GHz頻段5 GHz頻段60 GHz頻段802.11b(11Mbit/s)802.11g (54Mbit/s)802.11a(54Mb

8、it/s)802.11n (600Mbit/s)8027f1ac(1Gbit/s):802.11ad:(1Gbit/s)17圖1 : WLAN主要標準的工作頻帶及演進路線2.2 802.11n標準關鍵技術2.2.1 MIMO-OFDM 機制OFDM （Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交頻分多路復用技術）是一種 高速傳輸技術，是未來無線寬帶接入系統(tǒng)以及下一代蜂窩移動系統(tǒng)的關鍵技術之一，在數(shù)字電視廣播（DVB）和無線局域網(wǎng)（WLAN）中已經(jīng)得到了廣泛應用3。OFDM的主要思想是將信 道分成若干正交子信道，將高速數(shù)據(jù)信號轉換成并行的低速子數(shù)據(jù)流

9、，調制到每個子信道上進行傳輸。正交信號在接收方采用相關技術分開，可以在一定條件下減少子信道間干擾（ICI）。每個子信道上的信號帶寬小于信道的相干帶寬，因此每個子信道可看作平穩(wěn)衰落信道，從而可以消除符號間干擾。由于每個子信道的帶寬僅僅是原信道帶寬的一部分，易于進行信道補償。MIMO （ Multiple In put Multiple Output ，多輸入多輸出）技術的概念比較簡單，任何一 個無線通信系統(tǒng)，只要其發(fā)射端和接收方都采用多個天線或者天線陣列，就構成了一個無線MIMO系統(tǒng)。無線 MIMO 通信系統(tǒng)采用空時信號處理技術，通過空間復用、空時編碼和波 束賦型等分集方案，可以極大地提高頻譜利

10、用率，增加系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸速率。OFDM能將頻率選擇性衰落信道轉化為若干個平坦衰落子信道，在平坦衰落信道中引 入MIMO技術，能夠大幅度的提高無線通信系統(tǒng)的傳輸速率，并能有效地對抗衰落，因此802.11n將MIMO與OFDM相結合構成的 MIMO-OFDM 系統(tǒng)在未來的無線通信中具有非常 廣闊的發(fā)展前景。2.2.2信道綁定技術信道綁定技術旨在提高傳輸速率和吞吐量。在802.11a/g中，每個信道的帶寬為 20MHz，802.11n將兩個連續(xù)的20MHz的信道捆綁成一個 40MHz的信道用來傳輸信息。在綁定的信 道中，有一個信道是作為主信道存在的，另一個信道稱為輔信道。主信道是用來發(fā)送廣播幀，標記

11、無線服務存在的信道，而輔信道則是可以和主信道綁定的信道。通過信道綁定，使得信息傳輸?shù)膸捲黾右槐?，吞吐量和傳輸?shù)據(jù)也明顯增大。由于2.4GHz頻帶上不重疊的信道只有3個（1、6、11），相互之間還隔著其他信道，所以2.4GHz頻段上一般不使用信道綁定技術。5GHz頻帶的信道都是相鄰的，彼此之間沒有重疊，所以信道綁定技術多用于5GHz頻段。2.2.3幀聚合機制傳統(tǒng)的DCF（ Distributed Coordination Function，分布式協(xié)調功能）機制存在系統(tǒng)吞吐量的瓶頸，傳輸數(shù)據(jù)包時某些時間開銷是必須的，比如DCF幀間間隔（DCF in terframe space，DIFS）、短幀

12、間間隔（Short in terframe space, SIFS）、ACK （Ackn owledgeme nt ,確認字符）等, 所以不能通過減少絕對時間來減小開銷，只能考慮減少它們出現(xiàn)的機會，因此提出了幀聚合的概念。幀聚合的基本思想就是將多個上層數(shù)據(jù)包聚集在一起進行發(fā)送，目的就是為了解決低效的MAC層調度機制。IEEE 802.11 n中的幀聚合機制主要有 A-MSDU（ MAC Service Date Unit，MAC數(shù)據(jù)服務單元）幀聚合、A-MPDU （ Physical Service Data Unit，物理層服務數(shù)據(jù)單元）聚合、兩級幀聚合 3。A-MSDU幀聚合：A-MSDU

13、聚合的目的是將具有相同接收地址的多MSDU聚集成一個MPDU進行發(fā)送，這樣可以提高 MAC層的傳輸效率，特別是對于有很多像 TCP確認 這樣的短MSDU的情況。在802.11n中，接收機必須支持聚合的 MSDU幀格式，發(fā)射 機可以根據(jù)傳輸特性和鏈路環(huán)境的信息自由選擇是否使用聚合MSDU。一個A-MSDU聚合幀包括 N個MSDU子幀、MAC幀幀頭和FCS（ Frame Check Sequenee,幀校驗字 段）。A-MPDU幀聚合：A-MPDU 允許將多個 MPDU封裝在一個 PSDU中，并為之加上物理 幀頭。參與聚合的 MPDU包長必須小于4Kbytes，A-MPDU的最大包長為65536字

14、節(jié), 每個MPDU的目的地址必須相同。接收方接收到 A-MPDU聚合幀時，分別對每個MPDU 進行解碼，并返回一個 BlockACK。該BlockACK 指示每個 MPDU正確或者錯誤，發(fā) 送方根據(jù)收到的指示進行重傳。A-MPDU機制顯著地減少了 ACK幀出現(xiàn)的機會，從而提咼了系統(tǒng)吞吐量。兩級幀聚合：802.11n中的兩級幀聚合機制包括兩個階段。第一階段，如果上層隊列中MSDU的總比特數(shù)大于 A-MSDU絕后門限（4Kbytes）,則進行A-MSDU過程；第二階 段，如果隊列中剩余 MSDU的個數(shù)小于 A-MPDU聚合門限，則進行 A-MPDU過程。在一些含有大量短 MSDU的應用場景，A-M

15、PDU機制將影響吞吐量性能。兩級幀格式正是為了解決該局限而提出的，這相當于在A-MPDU的基礎上引入了 A-MSDU。2.2.4 BlockACK 機制當發(fā)送方的MAC層接收到數(shù)據(jù)包并準備啟動A-MPDU聚合操作時，發(fā)送方首先發(fā)送BlockAck Rcq幀通知接收方準備接收 A-MPDU聚合幀，接收方根據(jù) BlockAckReq幀作出相 關處理以準備接收 A-MPDU聚合幀，并返回一個確認 ACK，發(fā)送方接收到 ACK后即可進 行A-MPDU聚合操作。發(fā)送方發(fā)送A-MPDU聚合幀后，等待 BlockACK。接收方接收到A-MPDU聚合幀時，分別對每個MPDU進行解碼，根據(jù)解碼情況返回一個Blo

16、ckACK。該BlockACK指示每個MPDU正確或者錯誤，發(fā)送方依據(jù)收到的BlockACK進行重傳。3EEE 802.11ac標準的關鍵技術3.1 IEEE 802.11ac標準簡介為了滿足無線數(shù)據(jù)業(yè)務更高吞吐量的市場需要，IEEE于2008年上半年啟動了作為第五代Wi-Fi的IEEE 802.11ac技術標準項目的研究。IEEE 802.11ac被稱為“甚高吞吐量（VeryHigh Throughput，VHT ） ”，其理論數(shù)據(jù)吞吐量最高可達到6.933Gbps。經(jīng)過五年的修改完善，IEEE 802.11ac標準于2013年12月正式發(fā)布4，其核心技術主要基于 802.11a和802.1

17、1 n標準，繼續(xù)工作在 5.0GHz頻段上以保證向下兼容。802.11ac數(shù)據(jù)傳輸通道會大大擴充，在當前20MHz的基礎上增至 40MHz或者80MHz，甚至有可能達到 160MHz。再加上大約 10%的實際頻率調制效率提升，新標準的理論傳輸速度最高有望達到1Gbps，是802.11n 300Mbps的三倍多。為了支持更高等級的數(shù)據(jù)速率，IEEE 802.11ac物理層引入了更多關鍵技術，如更大的信道帶寬、更高階的調制編碼方式以及更多空間流。安全性方面，完全遵循IEEE802.11i安全標準的所有內容，使得無線局域網(wǎng)能夠在安全性方面滿足企業(yè)級用戶的需要。IEEE 802.11ac在物理層方面的

18、改進主要包括以下幾點：1）通過信道綁定增加信道帶寬，最高可達160MHz ； 2）弓I入更高階編碼調制方式，將IEEE 802.11n中最高64QAM 調制（Quadrature Amplitude Modulation ,正交振幅調制）提升至 256QAM ; 3）增強 MIMO 技術，增加天線數(shù)量，最高支持 8X8MIMO天線結構。IEEE 802.11ac標準中對性能參數(shù)的要求如表1-1所示4。表1:IEEE 802.11ac性能參數(shù)性能參數(shù)必選項可選性20MHz, 40MHz, 80MHz 信道單空間流BPSK QPSK 16QAM, 64QAM256QAM80+80MHz, 160M

19、Hz 信道2至8空間流多用戶 MIMO ( MU-MIMO )400ns短保護間隔空時塊碼（STBC低密度奇偶校驗（LDPC）3.2 IEEE802.11ac的關鍵技術3.2.1動態(tài)信道綁定動態(tài)信道綁定（Dyn amic Cha nnel Ban di ng , DCB ）是指將兩個或多個 20MHz的信道捆綁在一起，競爭節(jié)點可以在每次傳輸時依據(jù)當時的頻譜占用情況動態(tài)地選擇自己的傳輸信道。這種技術通常稱為動態(tài)信道綁定5。802.11a/b/g時代信道只有20MHz，為了獲得更高的傳輸速率，802.11 n引入了信道綁定技術。但是802.11n只支持兩個20MHz信道的捆綁，而802.11ac可

20、以將4個信道的捆綁在一起且最多可以支持8個信道的捆綁，即整個信道最高能夠達到160MHz，且綁定的160MHz的信道可以是兩個連續(xù)的80MHz信道，也可以是兩個不連續(xù)的 80MHz信道。如此一來，IEEE 802.11ac可以支持 20MHz、40MHz、80MHz、 80+80MHz及160MHz等不同的帶寬模式。動態(tài)信道接入同樣也會將一個信道設置為主信道，其他信道均為輔信道。接入點在獲得傳輸機會之前，在點協(xié)調幀間隔（PCF in terframe space, PIFS）時間內，檢測輔信道的占用情況，如果輔信道空閑，則在獲得信道接入權限之后使用輔信道和主信道共同傳輸；如果輔信道處于占用階段

21、，則在獲得信道接入權限之后只能用主信道進行數(shù)據(jù)傳輸6。802.11ac能夠支持多個20MHZ的信道相互捆綁與它工作在5GHz頻段上是分不開的（如圖1所示）。國際通信聯(lián)盟無線電通信局定義的ISM波段共有兩個，一個是 2.4GHz頻段，一個是5GHz頻段。2.4GHz頻段共包括13個（僅日本可使用 14號信道）子信道，但是只 有1、6及11號信道之間沒有重疊，可以同時使用。所以如果協(xié)議工作在2.4GHz頻段，最多只可以綁定3個信道。5GHz頻段也有13個帶寬為20MHz的子信道，且相互之間沒有重 疊，可在統(tǒng)一覆蓋區(qū)域內使用，顯然，802.11ac工作在5GHz支持其可以同時綁定更多的信道。如果將頻

22、譜資源比喻成馬路的話，802.11a/b/g時代就好像是單車道，承載能力有限，而到了 802.11n時代發(fā)展為雙車道，大大提高了流量，而802.11ac可以達到8車道，承載能力必然會進一步地提高。3.2.2 256QAM 調制在IEEE 802.11系列標準發(fā)展過程中，64QAM調制曾被認為是所有無線通信標準中最 高階的調制模式。為了滿足不斷增長的數(shù)據(jù)吞吐量要求，IEEE 802.11ac引入了 256QAM調制模式。在256QAM中，每個符號可承載 8bit數(shù)據(jù)，而64QAM每個符號只承載 6bit數(shù)據(jù)， 由此可知，調制機制越復雜、調制節(jié)次越高，則每個符合所承載的比特數(shù)越多，從而可以達到更高

23、的比特速率。在具備實現(xiàn)256QAM的條件下，與64QAM相比，可以將數(shù)據(jù)速率提高33%。這就好比以前的運輸工具是小轎車，而802.11ac中的運輸工具為大貨車，每次運輸?shù)哪芰ψ匀淮蟠筇岣吡?。調制節(jié)次的提高可以有效提升數(shù)據(jù)速率，但與此同時，為確保數(shù)據(jù)誤碼率控制在一定的范圍內，對發(fā)射機精度提出了更高的要求。為統(tǒng)一要求標準，IEEE 802.11標準規(guī)定了相對星座誤差參數(shù)及其門限值。 調制階次及碼率越高， 對發(fā)射機精度要求越高， 即允許的相對星 座誤差越小。高階次的調制編碼方式， 其接收機靈敏度要求也更高。 當接收機離發(fā)射機較遠 或信道條件較差時，應選用低階次的調制編碼方式，以確保數(shù)據(jù)包成功發(fā)射概率

24、。323 下行多用戶 MIMO (MU-MIMO)為提高數(shù)據(jù)傳輸速率，多輸入多輸出(MIMO)技術被引入到無線通信標準中。對于發(fā)射天線數(shù)N接收天線數(shù)為 M的MIMO系統(tǒng)，假定信道為獨立的瑞利衰落信道，并設N , M較大，則信道吞吐量如式(1)所示7。信道吞吐量二min(M,N)帶寬log?2其中，min( M , N)取m和N中較小的數(shù)，為接收端平均信噪比。由式(1)可以得知，增加信道帶寬和接收端平均信噪比可以增加信道的吞吐量，除此之 外，如果想獲得更大的信道吞吐量還可以通過增加接收方和發(fā)送方的發(fā)射天線數(shù)來實現(xiàn)，信道吞吐量與發(fā)送方和接收方的最小天線數(shù)成正比。IEEE 802.11n最多可支持4

25、 4的MIMO配置，即發(fā)送方和接收方的天線數(shù)都為4根。IEEE 802.11ac使用更多的空間流來提高信道的吞吐量，且最高可支持 8 8MIMO天線結構，與 802.11 n相比，信道吞吐量提高一倍， 而且還增加了傳輸?shù)目煽啃?。如果還用馬路上的車流量作比喻，MIMO技術則相當于在原有的馬路條數(shù)下增加了馬路的數(shù)量，同樣可以實現(xiàn)增加車流量的效果。除此之外，IEEE 802.11ac還引進了下行多用戶 MIMO( DL MU-MIMO )技術。802.11n 技術支持的MIMO只能是單用戶 MIMO，即無論是3條數(shù)據(jù)流還是2條數(shù)據(jù)流，接入點和 所有站點之間都只能用 3條數(shù)據(jù)流或2條數(shù)據(jù)流通信。而如果

26、支持了DL MU-MIMO 技術，那么意味著一個3條數(shù)據(jù)流的接入點可以同時和3個站點分別以1條流的方式通信，而且不會彼此干擾。假設一個接入點有三個包，分別需要傳送給站點 1、站點2和站點3，在802.11n中，接入點每次只能和一個站點通信，所以接入點只能按先后順序把這些包發(fā)給對應的目標站點，但在使用了 DL MU-MIMO 技術的系統(tǒng)中，接入點可以和三個站點同時通信，即可以 將三個數(shù)據(jù)包同時傳送給站點1、站點2和站點3。由于802.11ac最多支持8 8 MIMO天線結構，所以在下行多用戶MIMO模式下，系統(tǒng)最高支持接入點同時和四個站點通信，每個站點兩根天線。4 IEEE 802.11ad標準

27、的關鍵技術IEEE 802.11工作組于2007年成立了 VHT4.1 IEEE 802.11ad 標準簡介為了應對快速增長的高帶寬無線數(shù)據(jù)業(yè)務,研究組，后來，該研究組被分成802.11ac和802.11ad兩個任務組，分別制定工作頻率小于6GHz和工作在60GHz頻段附近的下一代 WLAN標準。所以，802.11ac和802.11ad可以稱 得上是“一母同胞”的兩個“兄弟”。IEEE 802.11ad標準與2013年發(fā)表，主要面向家庭多媒體設備之間的文件傳輸，為家庭音視頻信號間的傳輸提供技術支持，同時也為迎接物聯(lián)網(wǎng)時代的到來做鋪墊。根據(jù) IEEE標準委員會制定的 802.11ad技術標準文檔

28、可知，802.11ad具 有以下技術特點2:支持高達2.16 GHz的信道帶寬，物理層傳輸速率接近7Gbit/s。同時采用單載波和 OFDM技術。其中，單載波技術適用于低速率、低功耗的數(shù)據(jù)傳輸及發(fā)送控制信令；采用OFDM技術可獲得更高的吞吐量。采用高增益、低復雜度和低處理時延的低密度奇偶校驗碼（Low Den sity Parity Check ，LDPC）。采用旋轉調制、差分調制、擴展QPSK （ Quadrature Phase Shift Keying，正交相移鍵控）等改進的調制技術。采用波束賦形技術對抗60GHz頻段的高路徑損耗，支持傳輸距離超過10 m的可靠通信。針對無線視頻、快速文

29、件傳輸?shù)葢脠鼍昂?0GHz無線通信技術特點，引入新的組網(wǎng)方式一個人基本服務集（Personal Basic Service Set， PBSS）。采用增強的安全協(xié)議和功率管理技術。支持在2.4 GHz、5 GHz和60 GHz頻帶之間的快速會話轉移。支持與其他 60 GHz系統(tǒng)（如IEEE 802.15.3c及802.19）的共存。支持高性能 I/O 女 如: HDMI （ High Defin iti on Multimedia In terface ，高清晰度多媒體接口）、 顯示接口、USB等接口無線互聯(lián)。4.2 IEEE 802.11ad標準關鍵技術4.2.1四種物理層模型為了應對不同

30、的應用場景， 802.11ad提供了四種物理層模式：控制（Control PHY）模式、單載波（SC PHY ）模式、OFDM模式和低功率單載波（Low Power SCPHY ）模式?？刂颇Ｊ绞轻槍Φ托旁氡炔僮鞫O計的。該模式主要用于發(fā)射信標及在高速率模式傳輸前建立波束成形鏈接等。單載波模式主要應用于較低速度的場合，適用于低功率、復雜度低的收發(fā)信機。支持12種調制與編碼策略， 在調制方式上有 BPSK （Bin ary Phase Shift Keyi ng , 二進制相移鍵控）、QPSK、16QAM三類調制。信道編解碼采用LDPC碼，碼長672字節(jié)，最大數(shù)據(jù)率可達4.6Gbit/s。OFD

31、M模式用于高速傳輸場合，同樣支持12類型的編碼策略和四種碼率的LDPC編碼等。低功率單載波模式是性能最佳的單載波模式，支持3種編碼策略，在編碼方式上采用RS( Reed-Solomon，里德-所羅門)碼和塊碼(Block-Code )。由于同樣要考慮低功率，調制方式選取了簡單的BPSK和QPSK調制。4.2.2 LDPC 編碼LDPC碼屬于線性分組碼，能夠用一般分組碼的編碼方式進行編碼，其編碼過程如式(2)所示8:Cl n = U | kGk n其中，Cl n為LDPC碼的碼字，Ul k為信息比特，Gk n為生成矩陣。對于系統(tǒng)碼，G矩陣可表示為Ik | Pk (n )k n (信息位在前面)或

32、Pk (n上)| lkk n (信息位在后面) 的形式。 當G為Ik |Pk (n)k n時，編碼過程可表示為：Cl n = 5 k I k |(n _k) k n Ul k |Ul kPk (n_k)l nG矩陣可由H矩陣(校驗矩陣)計算得到，所以只要得到了 H矩陣就可以知道 G矩陣, 并得到LDPC碼。具體實現(xiàn)中，信息位即為系統(tǒng)的輸入信息，由式 可知，LDPC編碼主要 過程是計算校驗位七，R心七的計算過程如式(4)所示：Rl (n _k) - U l k Pk (n_k)IEEE 802.11ad協(xié)議對LDPC碼的H矩陣進行了規(guī)定，LDPC有四種碼率，分別是 1/2、3/4、13/16、5

33、/8，四種情況下的碼長都是672bit。LDPC碼的H矩陣可以看成是由 n個子矩陣構成的，這些子矩陣的大小都為z Z,且他們不是單位矩陣的循環(huán)右移就是所有元素都為0的矩陣。令P表示單位矩陣每一行都循環(huán)右移i個元素后得到的矩陣。例如，當Z=4時,1/2的LDPC碼H矩陣是H二336 672 ；碼率為10000100001000010100001000011000釘0010R珂1 0001咲10002 01000001100001000010i取值范圍為0、1、2、3,對應的Pi分別為:IEEE 802.11協(xié)議規(guī)定Z=42。碼率為5/8的LDPC碼H矩陣是H =252 672 ；碼率為3/4的L

34、DPC碼H矩陣是H =168 672 ;碼率為13/16的LDPC碼H矩陣是H二126 672。例如，其中碼率為13/16的LDPC碼的H矩陣如表2所示。表2:碼率為13/16的LDPC碼的H矩陣29300833221742728202724233731182311216203291229100132522434313141542141813132224其中，表中空的地方表示 42 42的全0矩陣，數(shù)字代表將 42 42的單位矩陣向右移 動多少個單位后得到的矩陣。4.2.3調制編碼方式IEEE 802.11ad規(guī)范支持兩種調制編碼方式，分別對應兩種不同的物理層類型9: OFDM PHY : O

35、FDM具有加大的時延擴展， 同時提供了更好的靈活性處理障礙和反射信 號，因此可以支持長距離的通信。OFDM PHY可以在頻率選擇性信道中實現(xiàn)更好的性能。采用51點FFT包含336個數(shù)據(jù)子載波、16個導頻子載波、3個DC載波。采用64 QAM 調制13/16速率LDPC編碼時支持的數(shù)據(jù)速率最高達到7 Gb/s；單載波PHY :單載波的使用主要為了減低功耗，所以這一模式通常用于小尺寸和低功耗的手持設備。單載波模式最高可支持高達4.6 Gb/s的數(shù)據(jù)傳輸速率。4.2.4自適應波束賦形在60 GHz頻段，通信系統(tǒng)有必要利用高天線增益來補償路徑損耗。隨著天線增益的增加，天線波束的寬度變得越來越窄 (例如

36、：13 dB增益的天線波束的寬度只有 45。所以 在系統(tǒng)設計時，發(fā)射端天線波束必須能自動地指向通信設備并發(fā)現(xiàn)最佳路徑，避免障礙物遮擋。IEEE 802.11ad定義了統(tǒng)一和靈活的波束賦形方法，能夠適用于從簡單、低功耗到高性能的各種設備。規(guī)范利用自適應的波束賦形解決高路徑損耗的設計挑戰(zhàn)，可以在超過10 m通信范圍內提供可靠的數(shù)據(jù)傳輸。在波束賦形過程中，兩個設備在建立通信后可以精細調整 天線設置以提高通信的質量直到達到期望的數(shù)據(jù)傳輸速率。另外一個優(yōu)勢是，如果在兩個設備視距之間有障礙物或有人從兩個設備之間穿過，設備可以迅速地通過反射信號建立一個新的通信路徑。波束賦形協(xié)議包括三個階段扇區(qū)級掃描階段(S

37、ector Level Sweep, SLS)、波束優(yōu)化階 段(Beam Refinement Phase，BRP)、跟蹤階段。扇區(qū)級掃描階段分為發(fā)送扇區(qū)級掃描與 接收扇區(qū)級掃描，前者用于確定發(fā)送設備的最佳發(fā)射方向，后者用于確定接收設備的最佳接收方向。波束優(yōu)化階段通過收發(fā)波束聯(lián)合調整，進一步優(yōu)化波束方向。跟蹤階段用于在數(shù)據(jù)傳輸過程中根據(jù)信道的變化進行動態(tài)波束調整。425無縫的多頻段工作為實現(xiàn)IEEE 802.11ad與IEEE 802.11a/b/g/n/ac的互通、支持 Wi-Fi通信在三頻段之間的無縫切換，IEEE 802.11ad采用快速會話遷移技術。這樣對于用戶體驗而言，擁有多頻設備的

38、用戶可以在不同制式的Wi-Fi網(wǎng)絡間無中斷地進行連續(xù)通信，在有IEEE 802.11ad信號覆蓋的情況下可以體驗到高速的網(wǎng)絡連接，而當IEEE 802.11ad信號變差或不存在時，可以無縫遷移到 2.4 GHz或5 GHz的Wi-Fi上。此多頻段工作方式可以顯著提升用戶體驗。當用戶使用多頻段的設備時，若其設備從60GHz切換到較低的Wi-Fi信道時，仍能沒有中斷地持續(xù)接入網(wǎng)絡，這會給用戶帶來更好的體驗。若可能的話，設備還能自動切換到60 GHz以獲得更高的數(shù)據(jù)傳速率。4.2.6個人基本服務集IEEE 802.11標準中定義了兩種網(wǎng)絡結構：獨立基本服務集(Independent Basic Se

39、rviceSet，IBSS)和基礎結構型基本服務集(I nfrastructure Basic Service Set , In frastructure BSS)，802.11ad標準在此基礎上提出了個人基本服務集(PBSS)的概念。與IEEE 802.11協(xié)議中獨立基本服務集(IBSS )類似，個人基本服務集中的任何設備都可以進行通信，當然要在完成波束成形之后。同時，PBSS網(wǎng)絡也有一個設備作為中心控制節(jié)點，通常稱為PCP/AP,如圖3所示。PCP/AP需要通過信標廣播幀，完成整個PBSS網(wǎng)絡的設備同步等控制信息的交流。當設備加入該 PBSS網(wǎng)絡時，需要向 PCP/AP提出申請，經(jīng)過 PC

40、P/AP允許后才能加入網(wǎng)絡；當設備離開PBSS網(wǎng)絡時，同樣需要與 PCP/AP進行交互刪除該設備的注冊信息。圖2 :個人基本服務集示意圖一個PBSS最多可支持254個非PCP/AP設備，每個設備都可安裝有包含M個扇區(qū)的定向天線，M個扇區(qū)聯(lián)合起來可以達到360度的控制范圍。PBSS可應用于高速傳輸場景，如快速傳輸文件、高速無線視頻傳輸?shù)?，也可以對?0GHz毫米波信號傳輸損耗大的情況。 除此之外，PCP/AP還負責整個PBSS網(wǎng)絡信道接入訪問的時隙調度，只有向 PCP/AP注冊 了信道申請的設備才能接入訪問，實現(xiàn)通信10。427協(xié)議適配層接口定義協(xié)議適配層定義計算機和家電接口可以基于60 GHz的IEEE 802.11ad技術進行無線實現(xiàn)。目前PAL定義了以下幾種接口：音視頻接口 (A/V) : A/V PAL允許音視頻數(shù)據(jù)的無線傳輸。例如從電腦或數(shù)碼相機無線 傳輸電影到電視機或投影儀。PAL支持HDMI和DisplayPort接口的無線實現(xiàn)，同時支持HDCP用來保護數(shù)字內容。WDE具備可擴展性，允許傳輸