IEEE 802.11ah低频WiFi标准概览.doc
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IEEE 802.11ah低频WiFi标准概览
曾经有很多读者朋友问我,如何提升WiFi信号的绕射(即衍射)能力?我的回答都是没有任何办法。常规的WiFi设备都是工作在2.4GHz,5GHz频段,这两种频段对应的电磁波波长通常小于障碍物的尺寸,再怎么高深的算法或是电路设计都无法改变电磁波本身的特性,所以WiFi信号的绕射就成了不可能。但有个好消息是,预计于2016年发布的IEEE 802.11ah标准将可以解决这个问题,因为其规定的工作频率是1GHz以下。
近期在对一个新的软件无线电项目需求进行评估时,简单了解了一下IEEE 802.11ah。IEEE 802.11ah物理层是IEEE 802.11ac的降频版本。作为802.11n的升级版,802.11ac支持80MHz,160MHz,80+80MHz信道带宽,也支持802.11n的20/40MHz信道带宽。802.11ah定义了2MHz,4MHz,8MHz,16MHz信道带宽,刚好是此前标准的1/10。此外,802.11ah还定义了1MHz信道带宽,用于更远距离无线传输。
其目标应用场景包括传感器和智能抄表,传感器和智能抄表回传链路,WiFi覆盖扩展。目前IEEE 802.11ah草案已经可以下载,只是需要花费302.00美金,如下图。
IEEE 802.11ah信道
与5GHz频段类似,1GHz以下频谱中,可用频段因国家而异。因此,802.11ah根据不同国家的实际情况定义了不同的频率范围,包括美国,韩国,中国,欧洲,日本与新加坡。以美国为例,频率范围是902-928MHz,共28MHz频谱资源,1MHz信道带宽情况下具有26个可用信道。为了达到更高的吞吐量,802.11ah保留了802.11n,802.11ac中的信道绑定方法,即多个相邻信道组成更宽的信道带宽。由此,2MHz信道带宽就是由2个相邻的1MHz信道组成,4MHz就是由相邻的4个信道组成,以此类推。对于802.11ah,美国最大能够支持16MHz信道带宽。下图给出了美国的802.11ah信道组成。
不同国家的可用802.11ah频谱如下图所示。可以看到韩国的可用频率为917.5-923.5MHz,0.5MHz的频率偏移是为了减少可能的干扰;欧洲的可用频率范围为863-868MHz;中国的可用频率范围为755-787MHz(有待考证);日本的可用频率范围为916.5-927.5MHz;新加坡的可用频率由两段不连续的频谱组成。从这张图中也足以看出频谱资源是何等珍贵。
IEEE 802.11ah传输模式
在802.11ah标准中,1MHz与2MHz作为通用信道带宽,所有的802.11ah设备也必须支持这两种信道带宽。802.11ah的物理层设计可以分为2类,第1类是高于(包含)2MHz的信道带宽,第2类是1MHz信道带宽。
对于高于(包含)2MHz的模式,如4MHz,8MHz,16MHz,802.11ah物理层精确地设计为802.11ac物理层时钟的1/10,具有如下特征:
· 支持OFDM· 支持 MIMO· 支持MU-MIMO· 与802.11ac具有相同的子载波数· OFDM符号周期刚好是802.11ac的10倍· 支持MCS0-9
2MHz信道带宽下的802.11ah速率集如下表所示。很明显可以看出,802.11ah速率刚好是802.11ac的1/10。为了降低功耗,802.11ah最多支持4条空间流,而802.11ac最多可支持8条空间流。
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
–
–
–
–
对于1MHz传输模式,802.11ah物理层具有如下特征:
· FFT点数:32·
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