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IEEE 802.11ah低频WiFi标准概览

  • 分类:技术专题
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  • 发布时间:2018-02-01 00:00
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IEEE 802.11ah低频WiFi标准概览

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如何提升WiFi信号的绕射(即衍射)能力?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 Inde

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

子载波数:24

MCS类型:MCS10

子载波间隔:31.25KHz

IEEE 802.11ah MAC层

802.11ah MAC层设计过程中引入了一些增强的特性与新的帧结构,具有如下特征:

支持大量终端接入

增强节电效能

高效的媒体访问机制

增强的吞吐量

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