WLAN协议技术白皮书-802.11ax技术详解2
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802.11ax技术详解(二)
前言:上一篇描述了802.11ax新技术的特点,新技术将从PHY层和MAC层两个维度来实现多用户的体验提升,这篇将通过仿真或者软件无线电平台搭建802.11ax物理层实测平台,对场景化下的性能进行分析部分实测验证。
1远距离下性能分析
802.11ac 从 64QAM到 256QAM提供了 8/6=1.33 倍增速,802.11ax从256QAM到1024QAM提供了10/8=1.25倍增速。但在实际实现中,1024QAM对信号发送EVM的要求至少-35dB,相比11ac有3dB的提升,否则在接收端不能解调。
表1.1 802.11ax发送EVM要求
Modulation Coding rate Relative constellation error
(dB)
256‐QAM 3/4 ‐30
256‐QAM 5/6 ‐32
1024‐QAM 3/4 ‐35
1024‐QAM 5/6 ‐35
我们在实际办公室中搭建了802.11ax的物理层软件无线电平台,测试了单流下高阶性能,如表1.4所示,空口4.5m情况下,MCS10/11在接收端不能解调。MCS10/11适用于传输在近距离下,如2.2m能够良好的解调,解调端EVM能够达到-31dB。
表1.2实测不同距离高阶的解调端EVM
测试环境\MCS 891011
馈线 ‐41.5dB ‐41.7dB‐42.1dB‐41.8dB
空口LOS 0.2M ‐32.3dB ‐31.9dB‐32.4dB‐31.1dB
空口LOS 2.2M ‐32.5dB ‐32.2dB‐32.8dB‐32.7dB
空口LOS 4.5M ‐24.2dB ‐24.3dB‐24.9dB‐24.4dB
1024QAM能够有效提升传输速率,进而提升吞吐,但实测过程中发现,空口4.5m LOS(视距)下性能下降较多,接收端不能解调,1024QAM更适用于在近距离干扰较少的环境,在户外以及远距离下,MCS10/11实用性较差。
远距离传输下,ax的MCS调速基本与11ac一致,但由于802.11ax在带宽利用率上比11ac有所提升,因此远距离的传输速率,11ax将略微优于11ac,提升4.7%(@160MHz) 至12.5%(@20MHz)
2多用户文件下载性能分析
多用户文件下载功能在高密度教室等场景中有重要的应用,这是考验最大吞吐指标的场景。802.11ax在多用户下载性能上有两点重要变化,一是采用OFDMA(正交频分多址),将大带宽划分为更小的子带宽,可支持多用户在同一时间进行传输,二是下行MU MIMO中重提将天线数增加到8,增加天线数来增加传输速率和吞吐。
2.1 DL OFDMA 下载
OFDMA 将带宽划分为更小的子带宽来支持多用户的下载。多用户文件下载场景,OFDMA 并发用户数为小于4时,每个用户可以分得较大的频宽,协议规定该频宽下可以用MCS11进行传输,从而其系统容量吞吐相比802.11ac 都提升了30%以上,主要的增益来自MCS 的提升。当用户数进一步增加,超过4个,那么每用户分配的OFDMA 子带宽为RU106、RU52、RU26三种或这三种的混合模式,协议规定该频宽下最大支持MCS9,并且由于子带宽导频、空子载波开销上升,导致这样的用户数目下带宽利用率下降。
表2.1 各种子带宽分配方式下的最大吞吐分析 发送模式 并发用户数 MCS 单用户最大吞吐Mbps 总吞吐Mbps 总吞吐提升% 11ac/SU n 9345.32 345.32 0
11ax/SU 1 11451.50 451.50 30.75%11ax/RU484 2 11238.25 495.11 43.38%11ax/RU242 4 11125.26 510.99 47.97%11ax/RU106 13 943.46 397.05 14.98%11ax/RU52 21 920.22 374.12 8.34% 11ax/RU26 37
9
9.87
365.09
5.73%
BA
CTS
RTS
DATA
图2.1 SU 传输模式
BA
BA
CTS CTS MU-RTS DATA 1
DATA K
图2.2 OFDMA 传输模式
2.2 DL MU MIMO 下载
DL MU MIMO 最多支持到8天线,同时压缩矩阵的反馈方式由原有的单用户依次反馈变为UL MU MIMO 反馈方式,有效节省更多用户时的NDP 训练开销。
Beamformer
feedback frame NPD
Trig
feedback frame feedback frame
DATA 1
DATA K
NPD ‐A BA BA BA
图2.3 802.11ax DL MU MIMO 方式
图2.4 802.11ac MU MIMO 方式
表2.2 现有11ac MU MIMO 的理论模型增益 发送模式 并发用户数
聚合能力
单用户吞吐
Mbps 总吞吐
Mbps 总吞吐提升% 11ac/SU 164 345.31345.31011ac/MU 2SS 264*2用户303.53607.0675.80% 11ac/MU 3SS
3
64*3用户
276.49
829.46
140.21%
DL MU MIMO TX beamforming 反馈过程,采用上行MU-MIMO 传输,训练时间开销减少,提升反馈用户数增多情况下的反馈时间。
表2.3 11ax MU MIMO 的理论模型增益 发送模式 并发用户数
聚合能力
单用户吞吐
Mbps 总吞吐
Mbps 总吞吐提升(相比11ax SU)% 11ax/SU 164 451.49451.49011ax/MU 2用户 264*2用户392.97785.9474.08% 11ax/MU 3用户 364*3用户386.011158.04156.49% 11ax/MU 4用户 464*4用户385.201540.80241.27% 11ax/MU 5用户 564*5用户377.731888.65318.31% 11ax/MU 6用户 664*6用户377.732266.39401.98% 11ax/MU 7用户
7
64*7用户
370.54
2593.82
474.50%