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Padrão IEEE 802.11n WLAN

Padrão IEEE 802.11n WLAN


IEEE 802.11n foi o próximo da série IEEE 802.11 de padrões de LAN sem fio depois de 802.11a, 802.11be 802.11g para permitir que a tecnologia Wi-Fi acompanhe os requisitos de maior velocidade e capacidade.

O IEE 802.11n buscou aumentar as velocidades alcançáveis ​​das redes Wi-Fi além daquelas alcançáveis ​​usando 802.11g. Com níveis crescentes de transferência de dados elevados, muitas vezes impulsionados pelo uso de vídeo, o IEEE buscou estar um passo à frente dos requisitos e garantir que o Wi-Fi fosse capaz de atender às necessidades dos usuários nos próximos anos.

A indústria chegou a um acordo substantivo sobre os recursos para o sistema LAN sem fio 802.11n no início de 2006. Isso deu a muitos fabricantes de chips informações suficientes para colocar seus desenvolvimentos em andamento.

O rascunho foi finalizado em novembro de 2008 com sua publicação formal em julho de 2009. Tal era a antecipação do padrão, que muitos produtos se tornaram disponíveis no mercado na época do lançamento do padrão, já que cópias antecipadas estavam disponíveis para desenvolvimento e trabalho posterior. o padrão.

Especificação básica para o padrão IEEE 802.11n

A ideia por trás do padrão IEEE 802.11n era que ele seria capaz de fornecer um desempenho muito melhor e manter o ritmo com as velocidades de rápido crescimento fornecidas por tecnologias como Ethernet. Quando o padrão 802.11n foi introduzido, ele oferecia um nível impressionante de desempenho para a época, cujos pontos principais estão resumidos abaixo:


Recursos Salientes IEEE 802.11n
ParâmetroPadrão IEEE 802.11n
Taxa máxima de dados (Mbps)600
Banda RF (GHz)2,4 ou 5
ModulaçãoCCK, DSSS ou OFDM
Número de fluxos espaciais1, 2, 3 ou 4
Largura do canal (MHz)20 ou 40

Para conseguir isso, uma série de novos recursos foram incorporados ao padrão LAN sem fio IEEE 802.11n para permitir um desempenho superior. As principais inovações estão resumidas a seguir:

  • Mudanças na implementação do OFDM
  • Introdução de MIMO
  • Economia de energia MIMO
  • Largura de banda de canal mais ampla
  • Tecnologia de antena
  • Suporte reduzido para compatibilidade com versões anteriores em circunstâncias especiais para melhorar a taxa de transferência de dados

Embora cada uma dessas inovações acrescente complexidade ao sistema, muito disso pode ser incorporado aos chipsets, permitindo que uma grande parte do aumento de custo seja absorvida pelas grandes execuções de produção dos chipsets.

Troca de compatibilidade com versões anteriores

O 802.11n fornece compatibilidade com versões anteriores para dispositivos em uma rede usando versões anteriores de Wi-Fi, o que adiciona uma sobrecarga significativa a qualquer troca, reduzindo assim a capacidade de transferência de dados. Para fornecer as velocidades máximas de transferência de dados quando todos os dispositivos na rede sem fio estão operando no padrão 802.11n, o recurso de compatibilidade com versões anteriores pode ser removido.

Quando dispositivos anteriores entram na rede sem fio, a sobrecarga de compatibilidade com versões anteriores e os recursos são reintroduzidos. Como acontece com 802.11g, quando dispositivos anteriores entram em uma rede, a operação de toda a LAN sem fio é consideravelmente mais lenta. Portanto, operar uma rede no modo somente 802.11n oferece vantagens consideráveis.

Em vista dos recursos associados à compatibilidade com versões anteriores, existem três modos em que um ponto de acesso 802.11n pode operar:

  • Legado (apenas 802.11 a, b e g)
  • Misto (802.11 a, b, g e n)
  • Greenfield (apenas 802.11 n) - desempenho máximo

Ao implementar esses modos, o 802.11n é capaz de fornecer compatibilidade completa com versões anteriores, mantendo as taxas de dados mais altas. Esses modos têm um impacto significativo na camada física, PHY e na forma como o sinal é estruturado.

Implementação de sinal / OFDM 802.11n

Esta versão do padrão de LAN sem fio Wi-Fi usa OFDM para fornecer os vários parâmetros necessários.

Nota sobre OFDM:

Ortogonal Frequency Division Multiplex, OFDM é uma forma de formato de sinal que usa um grande número de portadoras espaçadas próximas que são moduladas com fluxo de dados de baixa taxa. Normalmente, espera-se que os sinais com espaçamento próximo interfiram uns com os outros, mas ao tornar os sinais ortogonais entre si, não há interferência mútua. Os dados a serem transmitidos são compartilhados por todas as portadoras e isso fornece resiliência contra o desvanecimento seletivo de efeitos de múltiplos caminhos.

Leia mais sobre OFDM, Multiplexação por Divisão de Freqüência Ortogonal.

A forma como o OFDM foi usado foi adaptada para permitir que ele cumpra os vários requisitos de 802.11n.

Para conseguir isso, dois novos formatos são definidos para o protocolo de convergência da camada PHY, PLCP, ou seja, o modo misto e o campo verde. Eles são chamados de formatos HT de alto rendimento. Além desses formatos HT, também há um formato duplicado legado. Isso duplica o pacote legado de 20 MHz em duas metades de 20 MHz do canal geral de 40 MHz.

Os formatos de sinal são alterados de acordo com o modo em que o sistema está operando:

  • Modo legado: Isso pode ocorrer como um sinal de 20 MHz ou de 40 MHz:
    • 20 MHz: Neste modo, o sinal 802.11n é dividido em 64 subportadoras. 4 sinais piloto são inseridos nas subportadoras -21, -7, 7 e 21. No modo legado, o sinal é transmitido nas subportadoras -26 a -1 e 1 a 26, sendo 0 a portadora central. Nos modos HT, o sinal é transmitido nas subportadoras -28 a -1 e 1 a 28.
    • 40 MHz: Para esta transmissão, são usados ​​dois canais adjacentes de 20 MHz e, neste caso, o canal é dividido em 128 subportadoras. 6 sinais piloto são inseridos nas subportadoras -53, -25, -11, 11, 25, 53. O sinal é transmitido nas subportadoras -58 a -2 e 2 a 58.
    Em termos de quadros que são transmitidos, eles estão em conformidade com o formato OFDM 802.11a / g legado.
  • Modo misto: Neste modo 802.11n, os pacotes são transmitidos com um preâmbulo compatível com o 802.11a / g legado. O resto do pacote tem um novo formato de sequência de treinamento MIMO.
  • Modo Greenfield: No modo Greenfield, os pacotes de alto rendimento são transmitidos sem uma parte compatível de legado. Como essa forma de pacote não tem nenhum elemento legado, o throughput máximo de dados na LAN sem fio é muito maior.

802.11n MIMO

Para poder transportar taxas de dados muito altas na LAN sem fio, geralmente em um escritório ou ambiente doméstico, o 802.11n utilizou o MIMO. Isso dá o uso máximo da largura de banda disponível.

Nota sobre MIMO:

MIMO é uma forma de tecnologia de antena que usa várias antenas para permitir que os sinais que viajam por caminhos diferentes como resultado de reflexões, etc., sejam separados e sua capacidade seja usada para melhorar a taxa de transferência de dados e / ou a relação sinal / ruído, melhorando assim performance do sistema.

Leia mais sobre Tecnologia MIMO

O padrão 802.11n permite até quatro fluxos espaciais para fornecer uma melhoria significativa na taxa de dados disponível, pois permite que vários fluxos de dados diferentes sejam transportados pelo mesmo canal.

Como seria de se esperar, o número de fluxos de dados e, portanto, a capacidade geral de dados é limitado pelo número de fluxos espaciais que podem ser transportados - um dos limites para isso é o número de antenas disponíveis em cada extremidade.

Para dar uma indicação rápida da capacidade de um determinado sistema ou rádio, uma notação simples pode ser usada. Tem a forma: a x b: c. Onde a é o número máximo de antenas de transmissão ou cadeias de RF no transmissor; b é o máximo de antenas de recepção ou cadeias de RF de recepção; e c é o número máximo de fluxos espaciais de dados.

Um exemplo pode ser 2 x 4: 2 para um rádio que pode transmitir em duas antenas e receber em quatro, mas só pode enviar ou receber dois fluxos de dados.

O padrão 802.11n permite sistemas com capacidade de até 4 x 4: 4. No entanto, as configurações comuns em uso incluem 2 x 2: 2; 2 x 3: 2; 3 x 2: 2. Todas essas configurações têm a mesma capacidade de transferência de dados e diferem apenas pelo nível de diversidade fornecido pelas antenas. Uma outra configuração de, 3 x 3: 3 está se tornando mais difundida porque tem uma taxa de transferência mais alta, por causa do fluxo de dados extra que está presente.

Economia de energia

Um dos problemas com o uso do MIMO é que ele aumenta a potência do circuito do hardware. Mais transmissores e receptores precisam ser suportados e isso envolve o uso de mais corrente.

Embora não seja possível eliminar o aumento de potência resultante do uso de MIMO em 802.11n, é possível fazer um uso mais eficiente dele.

Os dados são normalmente transmitidos de forma "intermitente". Isso significa que existem longos períodos em que o sistema permanece ocioso ou funcionando em uma velocidade muito lenta. Durante esses períodos em que o MIMO não é necessário, o circuito pode ser mantido inativo para que não consuma energia.

Maior largura de banda

Um modo opcional para os novos chips 802.11n é rodar usando uma largura de banda de canal de tamanho duplo. Os sistemas anteriores usavam largura de banda de 20 MHz, mas os novos têm a opção de usar 40 MHz.

A principal desvantagem disso é que há menos canais que podem ser usados ​​para outros dispositivos. Há espaço suficiente a 2,4 GHz para três canais de 20 MHz, mas apenas um canal de 40 MHz pode ser acomodado. Assim, a escolha de usar 20 ou 40 MHz tem que ser feita dinamicamente pelos dispositivos da rede.

Tecnologia de antena

Para 802.11n, as tecnologias associadas a antenas foram significativamente melhoradas com a introdução de formação de feixe e diversidade.

A formação do feixe focaliza os sinais de rádio diretamente ao longo do caminho para a antena receptora para melhorar o alcance e o desempenho geral. Um nível de sinal mais alto e uma melhor relação sinal / ruído significarão que o canal pode ser totalmente utilizado.

A diversidade usa as várias antenas disponíveis e combina ou seleciona o melhor subconjunto de um número maior de antenas para obter as melhores condições de sinal. Isso pode ser conseguido porque geralmente há antenas excedentes em um sistema MIMO. Como o 802.11n suporta qualquer número de antenas entre um e quatro, é possível que um dispositivo tenha três antenas, enquanto outro com o qual está se comunicando terá apenas duas. A antena supostamente excedente pode ser usada para fornecer recepção ou transmissão de diversidade conforme apropriado.

A introdução do IEEE 802.11n foi um grande passo em frente na tecnologia de LAN sem fio. Ele habilitou o Wi-Fi para acompanhar as demandas crescentes exigidas pelo número crescente de smartphones habilitados para Wi-Fi e outros dispositivos eletrônicos.

O 802.11n foi o pioneiro em uma série de novas tecnologias que foram levadas adiante em versões posteriores do padrão 802 Wi-Fi, e muitos dispositivos eletrônicos continuaram a usá-lo por muitos anos depois.

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