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科普知識(shí)
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開(kāi)發(fā)板

IEEE 802.11ah低頻WiFi標(biāo)準(zhǔn)概覽

發(fā)布日期:2022-10-14 點(diǎn)擊率:78

曾經(jīng)有很多讀者朋友問(wèn)我,如何提升WiFi信號(hào)的繞射(即衍射)能力?我的回答都是沒(méi)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(wú)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(wèn)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(wú)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(wú)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 Draft

 

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。

US-Channel

不同國(guó)家的可用802.11ah頻譜如下圖所示。可以看到韓國(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。

Freq

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(guò)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(wèn)機(jī)制
  • 增強(qiáng)的吞吐量

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