802.11n 是IEEE802.11 协议套件的一部分，对MAC 子层和新的PHY 子层进行了一些更改。

其目的是在传统802.11技术的基础上提高射频稳定性、传输速度和覆盖范围。

技术特点

高速：支持最大传输速度600Mbps：

MIMO：技术提供空间复用功能。

OFDM 的改进可实现更宽的带宽和更高的频谱利用率。

对MAC 层协议的修改可减少开销。

环境适应性更强：与旧标准相比，802.11n射频覆盖范围更广，在复杂环境下应用更稳定。

更有品质。 MIMO技术的引入，提高了接收灵敏度，显着改善了信道多径损耗。

兼容性：802.11n支持在2.4G或5G频段运行，并与较旧的802.11标准设备兼容。 2.4G频段兼容11b/g设备，5G频段兼容11a设备。得益于新的PHY 保护机制。

40Mhz信道

结合了两个相邻的20MHz 通道，使带宽加倍，速率加倍以上。

对于20MHz带宽，两侧都保留了一小部分带宽边界，以减少相邻信道的干扰。通过40MH绑定技术，这些预留的带宽也可以用于通信，将子载波从104（522）增加到108（（72.2*2）/104）*108=150Mbps。

MIMO

802.11n 定义最多1、2 和3 个空间流：150Mbps、300Mbps 和450Mbps（流之间为150Mbps）。空间流的数量可以与天线的数量不匹配，但不得超过天线的数量。

MIMO 是指通过多个天线进行多个输入和输出。 2×2 MIMO 有两个输入和两个输出。例如：

1*2:1 1 个发送，2 个接收，1 个空间流150Mbps。

2*2:2 2 个发送，2 个接收，2 个空间流300Mbps。

2*3:2 2个发射，3个接收，2个空间流，300Mbps保持不变，但接收效果进一步提升。

3*3:2 3次发送，3次接收，2个空间流，300Mbps保持不变，但发送和接收效果进一步提升。

2*2:22*3:23*3:2大大提高了接收和发送效率，但大大增加了设备的成本和能耗。 3*3:2以上，接收和发射的改善效果并不明显。

OFDM改进

802.11n增加到56个子载波（52个数据子载波），与802.11ag 52个子载波（48个数据子载波）相比，这是一个显着的改进。 52*(54/48)=58.5Mbps

AM-64编码机制可以将编码率（有效信息占总编码的比例）从3/4（802.11ag）提高到5/6。

58.5*(5/6)/(3/4)=65Mbps

Short GI短帧间隔

802.11a/g使用800ns的保护间隔，802.11n支持400ns的保护间隔，可以提高约10%的速度。

因此，带宽增加：65Mbps* (1+10%)=72.2Mbps

保护间隔是OFDM 调制方案中所必需的，是指在两个相邻符号之间添加时间以防止符号间干扰。符号间干扰的原因是前一个符号——的延迟导致与下一个符号重叠。这个间隔的长度与延迟扩展的长度有关。现实环境中的扩展约为40-70ns，极端环境中可达200ns。通常，保护间隔选择为时延扩展的2至4倍。对于802.11a和g，保护间隔为800ns。

802.11n 还要求支持800ns 的保护间隔，但提供了更短的——400ns 保护间隔的选项，此时OFDM 符号时间从4ns 减少到3.6ns，传输效率提高。

帧聚合

A-MSDU MAC服务数据单元聚合，[网络层数据]的组合传输。 A-MSDU技术是指以特定的方式将多个MSDU聚合成一个更大的净荷。这里的MSDU可以被认为是以太网消息。

A-MSDU

A-MPDU MAC协议单元聚合组合并传输由802.11消息[802.11帧]封装的MPDU。这里的MPDU指的是802.11封装的数据帧。一次发送多个MPDU 可减少发送每条802.11 消息所需的PLCCPPreamble 和PLCCPheader，从而提高系统吞吐量。

A-MPDU

在这种情况下，

Block Ack块确认

块确认机制使用一个ACK帧来响应多个聚合帧，减少了ACK帧的数量。

区块确认

BlockACK分三步实现。

(1)通过ADDBA请求/响应消息的协商建立BlockACK协议。

（2）协商完成后，发送方可以发送有限数量的QOS数据包，接收方可以等待发送方的BlockAckReq消息，保持这些数据包的接收状态，并统一发送BlockAck消息并进行响应。回复以前收到的数据消息并一次查看多条消息。

(3)用DELBARequest消息+ACK消息终止BlockACK协商。

无帧聚合的情况

帧聚合+BlockACK

FEC（ Forward Error Correction ）

无线通信的基本原理是为了使信息适合在无线信道等不可靠介质上传输，发射机对信息进行编码，传输冗余信息，以提高接收机的纠错能力，恢复原始信息。 802.11n中使用的QAM-64编码机制可以将编码率（有效信息与总编码的比率）从3/4提高到5/6。因此，对于基于MIMO-OFDM的空间流，物理速率从58.5提升到65Mbps（即58.5乘以5/6除以3/4），速率提升了11.11%。

MCS

在802.11a/b/g 时代，配置AP 运行的速率就像指定特定无线电类型(802.11a/b/g) 使用的速率集一样简单。费率范围为：总共有12 种物理速率，从1Mbps 到54Mbps。 802.11n时代的物理速率取决于调制方案、编码速率、空间流数量、40MHz是否受限等多种因素。这些影响吞吐量的因素的组合产生了许多可供选择的物理速率。例如，基于短GI、40MHz绑定等技术，在4个空间流的情况下，物理速率可以达到600Mbps（即4*150）。为了实现这一目标，802.11n提出了MCS的概念。 MCS可以理解为影响速率的这些因素的完整组合，每个组合由一个整数唯一标识。对于AP来说，一般支持的MCS范围是0到15。

802.11n 在每个带宽中使用8 个速率（MCS0 到MCS7，MCS：调制和编码方案），并使用一根天线(1X1)。每个带宽有16 个速率（标记为MCS0 至MCS15）。如果有三个天线（3X3），则每个带宽有24个速率（标记为MCS0到MCS23）。每个带宽的速率（表示为MCS0 至MCS31）。 I802.11n采用不同的调制技术，但每个列速率对应不同的码率（即有效数据与传输数据的比率）。例如，对于MCS7和MCS15，码率是5/6。对于MCS6，使用MCS14时，码率为3/4。

802.11n 使用与11a/g 相同的OFDM 调制方案，将宽带宽正交划分为多个并行传输数据的较小子载波。对于20MHz来说，子载波数量为56个，其中52个用于数据传输，其余4个称为导频载波，用于辅助传输。对于40MHz，子载波数量为114个，其中108个用于补充。传输数据时，其余为导频携带。

802.11n 支持400us 的短GI。原始11a/g短GI持续时间为800s，短间隔短GI持续时间为400s。 当后续数据块发送得太快时，太空中的无线电信号传输会导致接收端出现延迟。之前的数据引入了延迟，因此可以使用GI来避免这种干扰。使用短GI时速度提高10%。

802.11n速率=有效载波数编码率子载波传输位数空间流数GI

802.11n费率表

MRC (Maximal-Ratio Combining)

MRC 与增加吞吐量无关。其目的是提高接收端的信号质量。其基本原理是，对于来自发射机的同一信号，在接收机处使用多个天线，因此在接收机处通过多个路径（多个天线）接收信号。多条路径同时质量较差的可能性很小，但通常总会有一条路径信号更好。然后接收器使用特定的算法对这些接收路径上的信号进行加权聚合（信号最好的路径被分配最高的权重）并可以进行改进。即使多条路径上的信号不是很好，也可以使用MRC技术来获得更好的接收信号。

总结

MIMO是802.11n物理层的核心，配合40MHz Bonding、MIMO-OFDM等技术，物理层速度可提升至600Mbps。为了充分利用物理层功能，802.11n 在MAC 层使用帧聚合和块ACK。

许多其他优化技术。尽管802.11n带来了吞吐量和覆盖范围的提高，但也带来了额外的技术挑战。

掌握这些技术将帮助您更好地应用802.11n，解决您的应用面临的实际问题。