IEEE 802.11n-2009

IEEE 802.11n-2009o 802.11n, es un estándar de red inalámbrica que utiliza múltiples antenas para aumentar las tasas de datos. The Wi-Fi Alliance has also retroactively labelled the technology for the standard as Wi-Fi 4. Este soporte estandarizado para múltiples entradas, agregación de marcos y mejoras de seguridad, entre otras características, y se puede utilizar en las bandas de frecuencia de 2.4 GHz o 5 GHz.

Como el primer estándar Wi-Fi que introdujo la compatibilidad con MIMO (múltiples entradas y múltiples salidas), a veces los dispositivos/sistemas que admiten el estándar 802.11n (o una versión preliminar del estándar) se denominan MIMO (Wi-Fi). Productos Fi), especialmente antes de la introducción del estándar de próxima generación. Airgo Networks demostró por primera vez el uso de MIMO-OFDM (multiplexación por división de frecuencia ortogonal) para aumentar la velocidad de datos manteniendo el mismo espectro que 802.11a.

El propósito del estándar es mejorar el rendimiento de la red con respecto a los dos estándares anteriores (802.11a y 802.11g) con un aumento significativo en la velocidad de datos neta máxima de 54 Mbit/s a 72 Mbit/s con un único flujo espacial. en un canal de 20 MHz y 600 Mbit/s (velocidad binaria bruta ligeramente superior, incluidos, por ejemplo, códigos de corrección de errores, y rendimiento máximo ligeramente inferior) con el uso de cuatro flujos espaciales en un ancho de canal de 40 MHz.

IEEE 802.11n-2009 es una enmienda al estándar de redes inalámbricas IEEE 802.11-2007. 802.11 es un conjunto de estándares IEEE que rigen los métodos de transmisión de redes inalámbricas. Hoy en día se utilizan habitualmente en sus versiones 802.11a, 802.11b, 802.11g, 802.11n, 802.11ac y 802.11ax para proporcionar conectividad inalámbrica en hogares y empresas. El desarrollo de 802.11n comenzó en 2002, siete años antes de su publicación. El protocolo 802.11n ahora es la Cláusula 20 del estándar IEEE 802.11-2012 publicado y posteriormente pasó a llamarse Cláusula 19 del estándar IEEE 802.11-2020 publicado.

Descripción

IEEE 802.11n es una enmienda a IEEE 802.11-2007 modificada por IEEE 802.11k-2008, IEEE 802.11r-2008, IEEE 802.11y-2008 e IEEE 802.11w-2009, y se basa en estándares 802.11 anteriores añadiendo un sistema de múltiples entradas y múltiples salidas (MIMO) y canales de 40 MHz a la PHY (capa física) y agregación de tramas a la capa MAC. Existían implementaciones propietarias más antiguas de MIMO y canales de 40 MHz, como Xpress, Super G y Nitro, que se basaban en la tecnología 802.11g y 802.11a, pero esta fue la primera vez que se estandarizó en todos los fabricantes de radio.

MIMO es una tecnología que utiliza múltiples antenas para resolver de manera coherente más información de la que es posible usando una sola antena. Una forma de lograrlo es mediante multiplexación por división espacial (SDM), que multiplexa espacialmente múltiples flujos de datos independientes, transferidos simultáneamente dentro de un canal espectral de ancho de banda. MIMO SDM puede aumentar significativamente el rendimiento de datos a medida que aumenta la cantidad de flujos de datos espaciales resueltos. Cada flujo espacial requiere una antena discreta tanto en el transmisor como en el receptor. Además, la tecnología MIMO requiere una cadena de radiofrecuencia separada y un convertidor analógico-digital para cada antena, lo que hace que su implementación sea más costosa que los sistemas que no son MIMO.

Los canales que operan con un ancho de 40 MHz son otra característica incorporada en 802.11n; esto duplica el ancho del canal de 20 MHz en los PHY 802.11 anteriores para transmitir datos y proporciona el doble de la velocidad de datos PHY disponible en un solo canal de 20 MHz. Se puede habilitar en el modo de 5 GHz o en el modo de 2,4 GHz si se sabe que no interferirá con ningún otro sistema 802.11 o no 802.11 (como Bluetooth) que utilice las mismas frecuencias. La arquitectura MIMO, junto con los canales más amplios, ofrece una mayor velocidad de transferencia física con respecto a los estándares 802.11a (5 GHz) y 802.11g (2,4 GHz).

Codificación de datos

El transmisor y el receptor utilizan técnicas de precodificación y poscodificación, respectivamente, para lograr la capacidad de un enlace MIMO. La precodificación incluye formación de haces espacial y codificación espacial, donde la formación de haces espacial mejora la calidad de la señal recibida en la etapa de decodificación. La codificación espacial puede aumentar el rendimiento de los datos mediante la multiplexación espacial y aumentar el alcance explotando la diversidad espacial, mediante técnicas como la codificación Alamouti.

Número de antenas y flujos de datos

La cantidad de flujos de datos simultáneos está limitada por la cantidad mínima de antenas en uso en ambos lados del enlace. Sin embargo, las radios individuales a menudo limitan aún más la cantidad de flujos espaciales que pueden transportar datos únicos. El a × b: la notación c ayuda a identificar de qué es capaz una determinada radio. El primer número (a) es el número máximo de antenas de transmisión o cadenas TF de transmisión que puede utilizar la radio. El segundo número (b) es el número máximo de antenas receptoras o cadenas de RF receptoras que puede utilizar la radio. El tercer número (c) es el número máximo de flujos espaciales de datos que la radio puede utilizar. Por ejemplo, una radio que puede transmitir con dos antenas y recibir con tres, pero solo puede enviar o recibir dos flujos de datos, sería 2 × 3: 2.

El borrador 802.11n permite hasta 4 × 4: 4. Las configuraciones comunes de los dispositivos 11n son 2 × 2: 2, 2 × 3: 2 y 3 × 2: 2. Las tres configuraciones tienen el mismo rendimiento y características máximas, y difieren sólo en la cantidad de diversidad que brindan los sistemas de antena. Además, se está volviendo común una cuarta configuración, 3 × 3: 3, que tiene un mayor rendimiento debido al flujo de datos adicional.

Tarifas de datos

Suponiendo parámetros operativos iguales a los de una red 802.11g que alcanza 54 megabits por segundo (en un solo canal de 20 MHz con una antena), una red 802.11n puede alcanzar 72 megabits por segundo (en un solo canal de 20 MHz con una antena y intervalo de guardia de 400 ns); La velocidad de 802.11n puede llegar hasta 150 megabits por segundo si no hay otras emisiones de Bluetooth, microondas o Wi-Fi en el vecindario mediante el uso de dos canales de 20 MHz en modo de 40 MHz. Si se utilizan más antenas, entonces 802.11n puede alcanzar 288 megabits por segundo en modo de 20 MHz con cuatro antenas, o 600 megabits por segundo en modo de 40 MHz con cuatro antenas y un intervalo de guarda de 400 ns. Debido a que la banda de 2,4 GHz está seriamente congestionada en la mayoría de las áreas urbanas, las redes 802.11n generalmente tienen más éxito en aumentar la velocidad de datos utilizando más antenas en el modo de 20 MHz que operando en el modo de 40 MHz, ya que el modo de 40 MHz requiere un Espectro de radio gratuito que sólo está disponible en zonas rurales alejadas de las ciudades. Por lo tanto, los ingenieros de redes que instalen una red 802.11n deben esforzarse por seleccionar enrutadores y clientes inalámbricos con la mayor cantidad de antenas posibles (una, dos, tres o cuatro según lo especificado por el estándar 802.11n) y tratar de asegurarse de que la red El ancho de banda será satisfactorio incluso en el modo de 20 MHz.

Las velocidades de datos de hasta 600 Mbit/s se logran sólo con un máximo de cuatro flujos espaciales utilizando un canal de 40 MHz de ancho. El estándar define varios esquemas de modulación y velocidades de codificación, y también asigna un número arbitrario a cada uno; este número es el índice del esquema de codificación y modulación, o índice MCS. La siguiente tabla muestra las relaciones entre las variables que permiten la velocidad de datos máxima. GI (Intervalo de guardia): Temporización entre símbolos.

El canal de 20 MHz utiliza una FFT de 64, de las cuales: 56 subportadoras OFDM, 52 son para datos y 4 son tonos piloto con una separación de portadoras de 0,3125 MHz (20 MHz/64) (3,2 μs). Cada una de estas subportadoras puede ser BPSK, QPSK, 16-QAM o 64-QAM. El ancho de banda total es de 20 MHz con un ancho de banda ocupado de 17,8 MHz. La duración total del símbolo es de 3,6 o 4 microsegundos, lo que incluye un intervalo de guardia de 0,4 (también conocido como intervalo de guardia corto (SGI)) o 0,8 microsegundos.

Agregación de cuadros

La velocidad de datos del nivel PHY no coincide con el rendimiento del nivel de usuario debido a los gastos generales del protocolo 802.11, como el proceso de contención, el espaciado entre cuadros, los encabezados del nivel PHY (Preámbulo + PLCP) y los marcos de reconocimiento. La principal característica de control de acceso a medios (MAC) que proporciona una mejora en el rendimiento es la agregación. Se definen dos tipos de agregación:

1. Aggregation of MAC service data units (MSDUs) at the top of the MAC (referred to as MSDU aggregation or A-MSDU)
2. Aggregation of MAC protocol data units (MPDUs) at the bottom of the MAC (referred to as MPDU aggregation or A-MPDU)

La agregación de tramas es un proceso de empaquetar múltiples MSDU o MPDU juntas para reducir los gastos generales y promediarlos en múltiples tramas, aumentando así la velocidad de datos a nivel de usuario. La agregación de A-MPDU requiere el uso de reconocimiento de bloque o BlockAck, que se introdujo en 802.11e y se optimizó en 802.11n.

Compatibilidad con versiones anteriores

Cuando se lanzó 802.11g para compartir la banda con dispositivos 802.11b existentes, proporcionó formas de garantizar la compatibilidad con versiones anteriores entre los dispositivos heredados y sucesores. 802.11n amplía la gestión de coexistencia para proteger sus transmisiones desde dispositivos heredados, que incluyen 802.11g, 802.11b y 802.11a. Existen mecanismos de protección de nivel MAC y PHY que se enumeran a continuación:

1. Protección de nivel PHY: Modo mixto Protección del formato (también conocido como L-SIG TXOP Protección): En modo mixto, cada transmisión 802.11n siempre está incrustada en una transmisión 802.11a o 802.11g. Para las transmisiones de 20 MHz, este embedding se encarga de la protección con 802.11a y 802.11g. Sin embargo, los dispositivos 802.11b todavía necesitan protección CTS.
2. Protección de nivel PHY: Las transmisiones utilizando un canal de 40 MHz en presencia de 802.11a o 802.11g los clientes requieren la protección de CTS tanto en las mitades de 20 MHz del canal de 40 MHz, para evitar interferencias con dispositivos heredados.
3. Protección de nivel MAC: Se puede utilizar un intercambio de marcos RTS/CTS o una transmisión de marcos CTS a tipos heredados para proteger la transmisión posterior de 11n.

Estrategias de implementación

Para lograr el máximo rendimiento, se recomienda una red 802.11n pura de 5 GHz. La banda de 5 GHz tiene una capacidad sustancial debido a que muchos canales de radio no se superponen y tienen menos interferencias de radio en comparación con la banda de 2,4 GHz. Una red sólo 802.11n puede resultar poco práctica para muchos usuarios porque necesitan admitir equipos heredados que todavía son sólo 802.11b/g. En un sistema de modo mixto, una solución óptima sería utilizar un punto de acceso de radio dual y colocar el tráfico 802.11b/g en la radio de 2,4 GHz y el tráfico 802.11n en la radio de 5 GHz. Esta configuración supone que todos los clientes 802.11n tienen capacidad de 5 GHz, lo cual no es un requisito del estándar. 5 GHz es opcional en Wi-Fi 4; Algunos dispositivos con capacidad Wi-Fi 4 solo admiten 2,4 GHz y no existe una forma práctica de actualizarlos para que admitan 5 GHz. Algunos AP de nivel empresarial utilizan direccionamiento de banda para enviar clientes 802.11n a la banda de 5 GHz, dejando la banda de 2,4 GHz para clientes heredados. La dirección de banda funciona respondiendo solo a las solicitudes de asociación de 5 GHz y no a las solicitudes de 2,4 GHz de clientes de doble banda.

Canales de 40 MHz en 2,4 GHz

La banda ISM de 2,4 GHz está bastante congestionada. Con 802.11n, existe la opción de duplicar el ancho de banda por canal a 40 MHz (canal ancho), lo que resulta en poco más del doble de la velocidad de datos. Sin embargo, en América del Norte, en 2,4 GHz, habilitar esta opción ocupa hasta el 82% de la banda sin licencia. Por ejemplo, el canal 3 SCA (canal secundario arriba), también conocido como 3+7, reserva los primeros 9 de los 11 canales disponibles. En Europa y otros lugares donde los canales 1 a 13 están disponibles, la asignación del 1+5 utiliza algo más del 50% de los canales, pero la superposición con el 9+13 no suele ser significativa ya que se encuentra en los bordes de las bandas, por lo que Normalmente, dos bandas de 40 MHz funcionan a menos que los transmisores estén físicamente muy juntos.

La especificación exige un canal primario de 20 MHz, así como un canal secundario adyacente espaciado a ±20 MHz. El canal principal se utiliza para comunicaciones con clientes que no pueden utilizar el modo de 40 MHz. Cuando está en modo de 40 MHz, la frecuencia central es en realidad la media de los canales primario y secundario.

Las regulaciones locales pueden restringir el funcionamiento de ciertos canales. Por ejemplo, los canales 12 y 13 normalmente no están disponibles para su uso como canal principal o secundario en Norteamérica. Para obtener más información, consulte Lista de canales WLAN.

Programa de certificación de Wi-Fi Alliance

La Wi-Fi Alliance ha actualizado su conjunto de pruebas de compatibilidad para algunas mejoras que se finalizaron después de la versión 2.0. Además, ha afirmado que todos los productos certificados draft-n siguen siendo compatibles con los productos que cumplen con los estándares finales.

Draft-n

Después de que se publicara el primer borrador del estándar IEEE 802.11n en 2006, muchos fabricantes comenzaron a producir los llamados "draft-n" productos que afirmaban cumplir con el borrador del estándar, incluso antes de la finalización del estándar, lo que significa que podrían no ser interoperativos con productos producidos de acuerdo con el estándar IEEE 802.11 después de la publicación del estándar, ni siquiera entre ellos mismos. La Wi-Fi Alliance comenzó a certificar productos basados en IEEE 802.11n borrador 2.0 a mediados de 2007. Este programa de certificación estableció un conjunto de características y un nivel de interoperabilidad entre los proveedores que respaldan esas características, proporcionando así una definición de "borrador n" para garantizar la compatibilidad y la interoperabilidad. La certificación básica cubre canales de 20 MHz y 40 MHz de ancho, y hasta dos flujos espaciales, para rendimientos máximos de 144,4 Mbit/s para 20 MHz y 300 Mbit/s para 40 MHz (con intervalo de guarda corto). Varios proveedores tanto del ámbito empresarial como del consumidor han creado productos que han obtenido esta certificación.

Cronología

Los siguientes son hitos en el desarrollo de 802.11n:

11 de septiembre de 2002

Se celebró la primera reunión del Grupo de Estudio de Alto Nivel. Anteriormente en the year, in the Wireless Next Generation standing committee (WNG SC), presentations were heard on why they need change and what the target throughput would be required to justify the amendments. En mayo de 2002 se llegó a un acuerdo para retrasar el inicio del Grupo de Estudio hasta septiembre para permitir que 11g completara los trabajos importantes durante el período de sesiones de julio de 2002.

11 de septiembre de 2003

El Comité de Nuevas Normas IEEE-SA (NesCom) aprobó la Solicitud de Autorización de Proyectos (PAR) con el fin de modificar la norma 802.11-2007. El nuevo Grupo de Tareas 802.11 (TGn) tiene por objeto elaborar una nueva enmienda. La enmienda TGn se basa en IEEE Std 802.11-2007, modificada por IEEE Std 802.11k-2008, IEEE Std 802.11r-2008, IEEE Std 802.11y-2008 e IEEE P802.11w. TGn será la quinta enmienda a la norma 802.11-2007. El alcance de este proyecto es definir una enmienda que definirá modificaciones estandarizadas tanto a las capas físicas 802.11 (PHY) como a la Capa de Control Mediano de Acceso (MAC) 802.11 para que se puedan habilitar modos de operación capaces de rendimientos mucho mayores, con un rendimiento máximo de al menos 100 Mbit/s, medidos en el punto de acceso al servicio de datos MAC (SAP).

15 de septiembre de 2003

La primera reunión del nuevo Grupo de Tareas 802.11 (TGn).

17 de mayo de 2004

Se emitió un pedido de propuestas.

13 de septiembre de 2004

Se escucharon 32 propuestas.

Marzo de 2005

Las propuestas se redujeron a una sola propuesta, pero no hay un consenso del 75% sobre la única propuesta. En los próximos 3 períodos de sesiones se desplegaron nuevos esfuerzos sin poder aceptar una propuesta.

Julio de 2005

Los competidores anteriores TGn Sync, WWiSE y un tercer grupo, MITMOT, dijeron que combinarían sus respectivas propuestas como borrador. Se espera que el proceso de estandarización termine en el segundo trimestre de 2009.

19 de enero de 2006

El IEEE 802.11n Task Group aprobó la especificación de la Propuesta Conjunta, mejorada por la especificación del borrador de EWC.

Marzo de 2006

IEEE 802.11 El Grupo de Trabajo envió el borrador 802.11n a su primera votación por carta, permitiendo a los votantes 500+ 802.11 revisar el documento y sugerir correcciones de errores, cambios y mejoras.

2 de mayo de 2006

El IEEE 802.11 El Grupo de Trabajo votó por no remitir el proyecto 1.0 de la norma 802.11n propuesta. Sólo el 46,6% votó para aprobar la votación. Para proceder al siguiente paso en el proceso de estándares IEEE, se requiere un voto mayoritario del 75%. Esta votación en cartas también generó aproximadamente 12.000 comentarios, muchos más de lo previsto.

Noviembre de 2006

TGn votó para aceptar el proyecto de versión 1.06, incorporando todas las resoluciones de comentarios técnicos y editoriales aceptadas antes de esta reunión. Durante el período de sesiones de noviembre se aprobaron otras 800 resoluciones de observaciones que se incorporarán a la próxima revisión del proyecto. A partir de esta reunión, tres de los 18 grupos especiales asignados en mayo habían concluido su labor, y el 88% de los comentarios técnicos se habían resuelto, con aproximadamente 370 restantes.

19 de enero de 2007

El Grupo de Trabajo IEEE 802.11 aprobó por unanimidad (100 sí, 0 no, 5 abstenciones) una solicitud del 802.11n Grupo de Trabajo para emitir un nuevo proyecto 2.0 de la norma propuesta. El proyecto 2.0 se basó en la versión 1.10 del proyecto de trabajo del Grupo de Trabajo. El borrador 2.0 fue en este momento el resultado acumulativo de miles de cambios en el documento 11 como basado en todos los comentarios anteriores.

7 de febrero de 2007

Los resultados de Letter Ballot 95, un voto procesal de 15 días, pasaron con aprobación del 97,99% y desaprobación del 2,01%. On the same day, 802.11 Working Group announced of Letter Ballot 97. Invitó a que se cerraran las observaciones técnicas detalladas el 9 de marzo de 2007.

9 de marzo de 2007

Carta Ballot 97, el voto técnico de 30 días para aprobar el proyecto 2.0, cerrado. They were announced by IEEE 802 leadership during the Orlando Plenario on 12 March 2007. La votación pasó con una aprobación del 83,4%, por encima del umbral de aprobación mínimo del 75%. Todavía había aproximadamente 3.076 observaciones singulares, que debían examinarse individualmente para su incorporación en la próxima revisión del proyecto 2.

25 de junio de 2007

La Wi-Fi Alliance anunció su programa oficial de certificación para dispositivos basado en el proyecto 2.0.

7 de septiembre de 2007

El Grupo de Trabajo convino en todas las cuestiones pendientes del proyecto 2.07. El proyecto 3.0 está autorizado, con la expectativa de que vaya a una votación patrocinadora en noviembre de 2007.

Noviembre de 2007

Proyecto 3.0 aprobado (240 votado afirmativo, 43 negativo y 27 abstenido). The editor was authorized to produce draft 3.01.

Enero de 2008

Proyecto 3.02 aprobado. Esta versión incorpora comentarios técnicos y editoriales previamente aprobados. Quedan 127 observaciones técnicas no resueltas. Se esperaba que se resolvieran todas las observaciones restantes y que posteriormente TGn y WG11 publicarían el proyecto de 4.0 para la votación de recirculación del grupo de trabajo después de la reunión de marzo.

Mayo de 2008

Proyecto 4.0 aprobado.

Julio de 2008

Se modificó el calendario de publicación aprobado y previsto para el proyecto 5.0.

Septiembre de 2008

Proyecto 6.0 aprobado.

Noviembre de 2008

Proyecto 7.0 aprobado.

Enero de 2009

El proyecto 7.0 se remitió a los patrocinadores de la votación; se aprobó la votación patrocinadora (158 para, 45 contra, 21 abstenciones); se recibieron 241 comentarios.

Marzo de 2009

El proyecto de 8.0 procedió a patrocinar la recirculación de votos; la votación aprobada por una mayoría del 80,1% (75% necesaria) (228 votos recibidos, 169 aprobados, 42 no aprobados); 277 miembros están en la reserva de votación patrocinadora; el comité de resolución de comentarios resolvió los 77 comentarios recibidos, y autorizó al editor a crear un proyecto de 9.0 para nuevas votaciones.

4 de abril de 2009

El proyecto 9.0 aprobó la recirculación de la votación patrocinadora; la votación aprobada por una mayoría del 80,7% (75% necesaria) (233 votos recibidos, 171 aprobar, 41 no aprobar); 277 miembros están en la reserva de votación patrocinadora; el comité de resolución de comentarios está resolviendo los 23 nuevos comentarios recibidos, y autorizará al editor a crear un nuevo proyecto para la votación posterior.

15 de mayo de 2009

El proyecto 10.0 aprobó la recirculación de las cédulas.

23 de junio de 2009

El proyecto 11.0 aprobó la recirculación de las papeletas patrocinadoras.

17 de julio de 2009

Final WG Aprobación aprobada con 53 aprobación, 1 contra, 6 abstención. Aprobación unánime para enviar el proyecto Final del GT 11.0 a RevCom.

11 de septiembre de 2009

RevCom/Standards Aprobación de la Junta.

29 de octubre de 2009

Publicado.

Comparación

Estándar

• IEEE 802.11n-2009-Enmienda 5: Mejoras para el rendimiento superior. IEEE-SA. 29 octubre 2009. doi:10.1109/IEEESTD.2009.5307322. ISBN 978-0-7381-6046-7.
• IEEE 802.11n-2009 Archivado 2013-02-03 en la máquina Wayback