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IEEE 802.11ah低頻WiFi標準概覽

IEEE 802.11ah低頻WiFi標準概覽

  • 分類:技術專題
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  • 來源:
  • 發佈時間:2018-02-01 00:00
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IEEE 802.11ah低頻WiFi標準概覽

詳情

如何提升WiFi信號的繞射(即衍射)能力?常規的WiFi設備都是工作在2.4GHz,5GHz頻段,這兩種頻段對應的電磁波波長通常小於障礙物的尺寸,再怎麼高深的算法或是電路設計都無法改變電磁波本身的特性,所以WiFi信號的繞射就成了不可能。

但有個好消息是,預計於2016年發布的IEEE 802.11ah標準將可以解決這個問題,因為其規定的工作頻率是1GHz以下。

近期在對一個新的軟件無線電項目需求進行評估時,簡單了解了一下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,剛好是此前標準的1/10。此 外,802.11ah還定義了1MHz信道帶寬,用於更遠距離無線傳輸。

其目標應用場景包括傳感器和智能抄表,傳感器和智能抄表回傳鏈路,WiFi覆蓋擴展。目前IEEE 802.11ah草案已經可以下載,只是需要花費302.00美金,如下圖。

IEEE 802.11ah信道

與5GHz頻段類似,1GHz以下頻譜中,可用頻段因國家而異。因此,802.11ah根據不同國家的實際情況定義了不同的頻率範圍,包括美國,韓國,中國,歐洲,日本與新加坡。以美國為例,頻率範圍是902-928MHz,共28MHz頻譜資源,1MHz信道帶寬情況下具有26個可用信道。為了達到更高 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個相鄰的1MHz信道組成,4MHz就是由相鄰的4個信道組成,以此類推。對於802.11ah,美國最大能夠支持16MHz信道帶寬。下圖給出了美國 的802.11ah信道組成。

不同國家的可用802.11ah頻譜如下圖所示。可以看到韓國的可用頻率為917.5-923.5MHz,0.5MHz的頻率偏移是為了減少可能的干擾;歐洲的可用頻率範圍為863-868MHz;中國的可用頻率範圍為755-787MHz(有待考證);日本的可用頻率範圍為916.5-927.5MHz; 新加坡的可用頻率由兩段不連續的頻譜組成。從這張圖中也足以看出頻譜資源是何等珍貴。

IEEE 802.11ah傳輸模式

在802.11ah標準中,1MHz與2MHz作為通用信道帶寬,所有的802.11ah設備也必須支持這兩種信道帶寬。 802.11ah的物理層設計可以分為2類,第1類是高於(包含)2MHz的信道帶寬,第2類是1MHz信道帶寬。

對於高於(包含)2MHz的模式,如4MHz,8MHz,16MHz,802.11ah物理層精確地設計為802.11ac物理層時鐘的1/10,具有如下特徵:

支持OFDM

支持MIMO

支持MU-MIMO

與802.11ac具有相同的子載波數

OFDM符號周期剛好是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 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

 

對於1MHz傳輸模式,802.11ah物理層具有如下特徵:

FFT點數:32

子載波數:24

MCS類型:MCS10

子載波間隔:31.25KHz

IEEE 802.11ah MAC層

802.11ah MAC層設計過程中引入了一些增強的特性與新的幀結構,具有如下特徵:

支持大量終端接入

增強節電效能

高效的媒體訪問機​​制

增強的吞吐量

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