Scientific Journal of Information Engineering August 2015, Volume 5, Issue 4, PP.139-143
IEEE 802.11ac Standard Technology Analysis and Application Prospect Jing Li School of Computer Science, National University of Defense Technology, Chansgha Hunan 410073, China Email: hen1027@126.com
Abstract With the development of the Internet age, in order to meet the needs of modern network equipment for high transmission rate of the network, the fifth-generation Wi-Fi standard 802.11ac was born, and it will lead to a new situation. 802.11ac is a continuation of the expansion of the 802.11n standard, in the inherited 802.11 n standard, on the basis of advanced technology, it adopted a series of technical improvements to improve the quality of the network services and transmission rate. This paper is to analyze the 802.11ac standard, and 802.11n standard for comparison to show its superior performance, while its new application pattern brought prospected areas. Keywords: WLAN; 802.11ac; Wi-Fi; MU-MIMO
IEEE802.11ac 标准的技术解析与应用展望 李静 国防科学技术大学 计算机学院，湖南 长沙 410073 摘 要：在不断发展的网络时代，为了满足现代网络设备对高传输速率网络的需求，第五代无线标准 802.11ac 诞生了， 它将引领一个新的局面。802.11ac 是对 802.11n 标准的延续扩展，在继承了 802.11n 标准中先进技术的基础上，它又采用 了一系列技术的改进，提高了网络服务的质量和传输速率。本文就是对 802.11ac 标准进行分析，与 802.11n 标准作对 比，展现其优越性能，同时对其带来的新的应用格局领域进行展望。 关键词：WLAN；802.11ac；Wi-Fi；MU-MIMO
引言 无线局域网(WLAN)具有高吞吐、低成本等特点，能够与互联网业务很好地结合在一起，为用户提供快 捷的无线上网服务。目前，WLAN 被广泛应用于各类智能手机、计算机和消费电子产品中，形成了互联网接 入、办公自动化、家庭网络、游戏、数据上/下载等丰富多彩的应用，为人们的工作和生活提供了很大的方 便。随着互联网时代的不断发展，智能手机、平板电脑和笔记本等无线设备的普及，无线技术的需求越来越 广，尤其是 Wi-Fi。Wi-Fi 标准是多个电子行业公司在电气和电子工程师协会(IEEE)的主持下共同制定的，命 名为“802.11”。从 1997 年第一代标准的颁布到现在，Wi-Fi 标准经历了 802.11、802.11b、802.11g/a、 802.11n、802.11ac 这样的发展过程。 IEEE 最早颁发的 802.11a 和 802.11b 是为了方便笔记本可以任意移动，它们采用了扩频传输技术和比较 复杂的编码技术。2003 年，IEEE 颁布了 802.11g，工作频道虽然也是在 2.4GHz 上，但是数据传输速率可以 高达到 54Mbps。同时，一种新的应用场景即可连接多个设备并在设备间进行数据共享的产生，它对数据传 输速率提出了更高要求，于是 2009 年提出了 802.11n 标准。在这个标准中采用了 MIMO 技术，使数据速率高 达 600Mbps。但随着新的应用场景的出现，这些应用场景需要更高的数据传输来支持“无线办公”的要求， - 139 http://www.sjie.org
为了满足这些需求，第五代无线网络技术标准 802.11ac 诞生了。它是在 802.11 协议族的基础上发展起来的， 它通过 5GHz 频带进行通信，提供了更宽的信道带宽；安装更多的天线，增加空间信息流的数量；采用更密 的调制模式，以及采用波速成形和 MU-MIMO 等关键技术，使 802.11ac 的性能得到了巨大的提升。同时 802.11ac 标准同样有很强的向后兼容性，与现有 Wi-Fi 网络兼容。
1 802.11ac 的技术特点 标准 802.11ac 是对 802.11n 标准的延续扩展，它的超高吞吐量(very high throughput, VHT)规范可以实现 很高的数据传输速率。802.11ac 性能大幅提升最重要的原因是技术特性有所革新，在此，将着重分析一些不 断演变的性能，首先通过图表进行对比，见表 1。802.11ac 的主要技术特性如下。 表 1 802.11ac 和 802.11n 的性能对比 项目
802.11n
频带
2.4,4.9,5GHz
调制方案
OFDM
信道宽度
20MHz&40MHz
天线结构
4*4MIMO
理论速率
600Mbps
最高阶调制
BPSK 至 64-QAM
传输范围
12～70m (室内)
802.11ac 5GHz OFDM 20,40,80+80 以及 160 MHz 8*8MIMO 6.933Gbps BPSK 至 256-QAM 12～35m (室内)
1.1 采用 5GHz 频带 与 802.11n 标准不同，802.11ac 只在 5GHz 频段工作。克服了先前的 802.11 设备所面临一个问题，即基 于这些标准的网络设备必然与其他非 802.11 设备争用带宽。802.11ac 是在相对广阔的 5GHz 频段上工作的， 争用带宽的无线设备较少，因此速度有保障。
1.2 更密的调制模式 802.11ac 继承了 802.11n 的 MIMO-OFDM 调制方法，将调制阶数从 802.11n 中的 64 阶提高到了 256 阶。每个子载波的数据比特数= log 2 (n) （n 表示调制阶数），阶数越高，可承载的数据就越大。256-QAM 使得每个子载波的数据比特数从 6 提升到 8，从而使得速率增加了近 33%。802.11 标准所支持速率的发展历 程如图 1 所示。
图 1 802.11 WLAN 传输速率发展历程 - 140 http://www.sjie.org
1.3 更宽的信道带宽 与 2.4GHz 频段相比，5GHz 频段可以提供更多的信道和更宽的频宽。802.11ac 将信道频宽从 802.11n 的 20MHz 和 40MHz 提升到了 80MHz，且最高可支持到 160MHz，或不连续的 80+80MHz。频宽的提升带来了 可用数据子载波的增加。80MHz 可用的子载波数量达到 234 个，而 40MHz 只有 108 个，这样 80MHz 就可 以带来 2.16 倍的增速。然而频宽的提升带来了信道化的问题，802.11ac 依然沿用 802.11n 简单有效的做法， 有效地解决了信道频宽的增加造成更少的可用信道和更多的信道冲突的难题。
1.4 更多的空间流传输 在 802.11n 标准下，空间流最多为 4 条，而 802.11ac 将此上限提升到了 8 条，从而在相同频率上，通过 增加数据流可实现更高信道容量。802.11ac 空间流数量的增加能够与 802.11ac MU-MIMO 功能有效结合，在 多用户模式下，MIMO 能在多个支持单流和双流的客户端同时连接到 AP 时显著提升吞吐量，还可通过波束 成形 BF 和 MAC 层增强技术增加信号的传输距离和覆盖范围。
1.5 波速成形技术 任何使用多天线的设备，都能够在任意时间内对任何其他设备进行波速成形技术。其实，该技术在 802.11n 产品上可以实现，但现有产品并未能加以充分利用，也因此 802.11ac 标准特别将波束成形纳为其标 准功能，且所有导入此技术的产品都要能互通运行。它还定义了一种探测协议(VHT Sounding protoc01)，该 协议可以让接收端更好地进行波速成形技术。使用这种技术有两点好处，一是避免在发射器与接收端装置 之间，使用无效的传输路径，实现更好的传输效率。 二就是更广的覆盖面积。802.11ac 采用工作频率 5GHz 的芯片，能够大大减少无线干扰，不像 802.11n 0
那样存在死角，可以真正实现 360 全覆盖。
1.6 采用 MU-MIMO 技术 802.11ac 提出了一项新技术，即 MU-MIMO（Multi Users- Multiple Input Multiple Output，即多用户多输 入多输出），类似于原来 802.11n 中的 MIMO 技术。 但是在 802.11n 网络中，同一时间里，多条空间流只能发送给单个用户，现在 MU-MIMO 技术意味着在 802.11ac 网络中，多个用户可以同时进行接收，如果单用户吞吐是 500Mbps 的话，那么多用户的总吞吐可 以达到 1Gbps，因此 802.11ac 可以说是变成无线网络中的一个小交换机了。MU-MIMO 功能示意如图 2 所 示。MU-MIMO 将大幅提高多用户同时接入 AP 时的吞吐性能，这也是 802.11ac 值得发展的一个重要原因。
2
802.11ac 应用展望 802.11ac 作为新一代的 WLAN 标准，通过采用 5GHz 频带、8*8MIMO、波速成形、MU-MIMO 等关键
性技术将理论吞吐量从 802.11n 的 600Mbit/s 提升至 6.9Gbit/s。预测在未来 3 年～5 年，802.11n 和 802.11ac 是共存的。802.11ac 基于最终标准的新的认证测试最早也要到 2015 年才会启动。事实上，市面上的第-批 802.11ac 路由器大多基于 802.11ac 标准的草案版本。虽然一些较新的第一波路由器（比如网件的六天线 Nighthawk X6）运用几项新颖的技巧，以便从该技术获得更高的性能，但第二波 802.11ac 路由器要到 2015 年年初才会摆上货架。那些设备支持可选功能，有望提供还要高的无线性能。大概同一时间，针对专门应 用开发的新的、互补无线标准也会出现。但是市场上采用新的但未经认证的第二波消费级产品已经开始悄 然出现，例如华硕 RT-AC87U 路由器，它是在 2014 年 CES 上推出的。 眼下基于 IEEE802.11ac 标准的超高速路由器已经进入主流市场，使千兆无线传输成为现实，随意网络 技术的不断地发展，新的标准也不断地推出，覆盖面更大、支持更多用户、更低功耗的新的无线网络标准 的出现，势必推动无线网络向高速、稳定、安全、成熟等各方面进一步发展。将致力于实现“信息随心 - 141 http://www.sjie.org
至，万物触手及”的愿景。
图 2 MU-MIMO 功能示意
3 结论 每一次无线技术的进步都为我们的生活带来极大的便利，与 802.11n 的诞生一样 802.11ac 标准的提出是 为了满足我们日益增长的无线传输需求，为打造新一代无线网络生活奠定基础。无论从技术发展的本身或 者 Wi-Fi 使用者对无线传输的期待来看，802.11ac 标准的确立都是具有特殊意义与使命的，虽然制定出一个 兼容并蓄、统一的行业标准还有很长的路要走，但我们相信最终 802.11ac 将必然成为兼容多种数据格式的 无线通用技术。
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【作者简介】 1
李静（1987-），女，汉，硕士研究生，研究方向：网络安全，2012 年 9 月至今国防科学技术大学在读
硕士生。Email: hen1027@126.com
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