WiFi（Wireless Fidelity）基础（七）

目录
一、基本介绍（Introduction）
二、进化发展（Evolution）
三、PHY帧（（PHY Frame ）
四、MAC帧（MAC Frame ）
五、协议（Protocol）
六、安全（Security）
七、802.11ac标准
八、802.11ad标准
九、802.11ax (WiFi 6)标准
十、WiFi直接连接（WiFi Direct）
十一、测试（Testing）
十二、WiFi射频测量（WiFi RF Meas.）
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七、802.11ac标准

以下是802.11ac的主要特性列表。这些主要特性中的大多数将导致（lead to）PLDC和MAC帧结构（frame structure）的一些添加/修改（addition / modification）。这些详细的变化将在每个相应的章节（corresponding section）中进行总结（summarize）。如果您不熟悉WLAN框架结构和基本操作，我建议您先浏览（go through）WLAN框架结构（WLAN Frame structure）与WLAN协议（WLAN protocol）页面。

● 动机和策略（Motivation and Strategy）
● 总体规范/要求（Overall Specification/Requirements）
● 超高频吞吐量（VHT：Very High Throughput）
● 检测（Detect）802.11ac AP
● 检测802.11ac站点（设备）
● 动态带宽分配（Dynamic Bandwidth Allocation）
● 其他帧类型（Additional Frame Types）
● 波束形成报告轮询帧（Beamforming Report Poll Frame）
● 超高速吞吐量空数据包公告（VHT NDP Announcement，NDP：Null Data Packet）
● 超高速吞吐量压缩波束形成帧（VHT Compressed Beamforming Frame）
● 用于探测PPDU的VHT前导码格式（VHT preamble format for sounding PPDUs）
● 通道测量（探测）程序（Channel measurement (sounding) procedures）
● MU-MIMO波束成形（MU-MIMO BeamForming）
● 兼容性（Compatibility）

1、动机和策略（Motivation and Strategy）

几乎在每种通信技术的每一次演进（evolution）中（物联网IoT除外），802.11ac的主要动机（motivation）是实现（achieve）比以前的（previous）最高吞吐量技术（在这种情况下为802.11n）高得多的吞吐量（throughput）。我敢肯定，你会看到另一种技术的目标是比802.11ac更高的吞吐量（我们已经听说过802.11ad）。

那么，实现（achieve）这种高吞吐量的技术策略（technical strategy）是什么？总体策略也与其他技术相同（如果你看过蜂窝技术（celluar technology）的演变过程（例如WCDMA->HSPA->DCHSPA或LTE->LTE-MIMO->载波聚合（Carrier Aggregation）等），你会很容易理解该策略。这种演变的一些技术可以列出如下

● 更多天线（Antenna）
● 更多数据流（Data Stream）
● 更宽的信道（更宽的射频带宽） Wider Channel (Wider RF Bandwidth)
● 更高的调制深度（Modulation Depth）
● 更大的MAC（或更高）层帧（Layer Frame）

考虑到这个列表，如果你试图将这些技术中的每一项与802.11ac的每一个规范相关联（correlate），那么就更容易了解这些规范的全貌（big picture）或动机（motivation ）。

为了让您对这一动机有更实际的了解（practical insight），我将比较（compare）802.11n（802.11ac之前最先进的技术）和802.11ac在上述功能/技术方面的表现。（注：我从参考Ref [13]中获得了大部分信息。如果您有时间，我建议您至少通读一次本文件）

2、总体规范/要求（Overall Specification/Requirements）

802.11 ac的第一个关键词key word（基本特性fundamental characteristics）是

5 Ghz band ONLY !

任何新技术（technology）都不可能在一夜之间（overnight）发明（invent）出来。我们都明白这一点。然而，我们不想永远等到一切都准备好了。在这种情况下，一种常见的做法（common practice）是将这些需求/愿望列表（requirement/wishlist）拆分（split）为多个块（multiple chunk），并逐块（chunk by chunk）攻击（attack）它们。在某些技术中，他们将这些区块（chunk）称为“阶段（Stage）”（如阶段1、阶段2等），在某些技术中将其称为“时期（Phase）”（如，时期1、时期2等）。在802.11ac中，他们称它们为Wave（例如，Wave 1、Wave 2等）。802.11ac已发展（evolve）为两波（至少截至目前at least as of now，2016年8月），如下所示。

< Wave 1 >

最大3 x 3:3个数据流（3 x 3 : 3 Data Streams Max）
最大80 Mhz <=802.11最大带宽的两倍 （Max 80 Mhz <== Twice the max bandwidth of 802.11 n）
400ns 保护间隔（400ns GI (Guard Interval)）
256 QAM（Quadrature Amplitude Modulation正交振幅调制）
5/6 编码速率（Coding Rate）
在所有最大条件下为1300 Mbps （1300 Mbps under all of the max condition）

< Wave 2 >

4 x 4:4数据流或最大8 x 8:8数据流 （4 x 4 : 4 Data Streams or 8 x 8 : 8 Data Streams Max）
传输波束形成（基于显式CSI） （Transmission BeamForming (based on Explicit CSI)）
AP支持MU-MIMO
最大160 Mhz
800ns GI（保护间隔）
256 QAM
5/6 编码速率
3466.7 Mbps，4 x 4
6933.3 Mbps，8 x 8

3、检测802.11ac接入点（Detecting 802.11ac Access Point）

如果你有一个802.11ac无线网卡（设备），你要做的第一件事就是弄清楚（figure out）设备周围的接入点（AP：Access Point）是否支持802.11ac（事实上Actually，你不需要弄清楚这一点，你的WLAN设备就会明白的）。

那么，您的WLAN设备将如何确定（figure out）AP是否支持802.11ac？它是通过对来自AP的称为Beacon的特殊信息信号进行解码（decode）来实现的。如果您的AP支持802.11ac，它将广播（broadcast）包含以下信息的Beancon信号。

下面的信标信号（Beacon Signal）来自无线局域网测试设备安立MT8862（Anritsu MT8862）。安立通过用户数据向我提供了一个从Beacon开始的完整样本日志（sample log），这将是我研究的一个很好的资源。随着我从日志中了解到更多信息，我将分享更多信息。您可以看到关于如何捕获（capture）此日志的测试设置。

它可能看起来很简单，有两行信息，但它将包含（contain）AP支持的802.11ac功能（capability）的许多细节。以下是完整的解码信息（decoded information）。

Tag: VHT Capabilities (IEEE Stc 802.11ac/D3.1)
Tag Number: VHT Capabilities (IEEE Stc 802.11ac/D3.1) (191)
Tag length: 12
VHT Capabilities Info: 0x03800022

.... .... .... .... .... .... .... ..10 = Maximum MPDU Length: 11 454 (0x00000002).... .... .... .... .... .... .... 00.. = Supported Channel Width Set: Neither 160MHznor 80+80 supported (0x00000000).... .... .... .... .... .... ...0 .... = Rx LDPC: Not supported.... .... .... .... .... .... ..1. .... = Short GI for 80MHz: Supported.... .... .... .... .... .... .0.. .... = Short GI for 160MHz and 80+80MHz: Not supported.... .... .... .... .... .... 0... .... = Tx STBC: Not supported.... .... .... .... .... .000 .... .... = Rx STBC: None (0x00000000).... .... .... .... .... 0... .... .... = SU Beam-former Capable: Not supported.... .... .... .... ...0 .... .... .... = SU Beam-formee Capable: Not supported.... .... .... .... 000. .... .... .... = Compressed Steering Number of Beamformer AntennasSupported: 1 (0x00000000).... .... .... .000 .... .... .... .... = Number of Sounding Dimensions: 1 (0x00000000).... .... .... 0... .... .... .... .... = MU Beam-former Capable: Not supported.... .... ...0 .... .... .... .... .... = MU Beam-formee Capable: Not supported.... .... ..0. .... .... .... .... .... = VHT TXOP PS: Not supported.... .... .0.. .... .... .... .... .... = +HTC-VHT Capable (VHT variant HT Control field):Not supported.... ..11 1... .... .... .... .... .... = Max A-MPDU Length: 1 048 575 (0x00000007).... 00.. .... .... .... .... .... .... = VHT Link Adaptation: No Feedback (0x00000000)...0 .... .... .... .... .... .... .... = Rx Antenna Pattern Consistency: Not supported..0. .... .... .... .... .... .... .... = Tx Antenna Pattern Consistency: Not supported00.. .... .... .... .... .... .... .... = Reserved: False

VHT Supported MCS Set

Rx MCS Map: 0xfffe.... .... .... ..10 = Rx 1 SS: MCS 0-9 (0x0002).... .... .... 11.. = Rx 2 SS: Not Supported (0x0003).... .... ..11 .... = Rx 3 SS: Not Supported (0x0003).... .... 11.. .... = Rx 4 SS: Not Supported (0x0003).... ..11 .... .... = Rx 5 SS: Not Supported (0x0003).... 11.. .... .... = Rx 6 SS: Not Supported (0x0003)..11 .... .... .... = Rx 7 SS: Not Supported (0x0003)11.. .... .... .... = Rx 8 SS: Not Supported (0x0003)...0 0000 0000 0000 = Rx Highest Long GI Data Rate (in Mb/s, 0 = subfield not in use):0x0000Tx MCS Map: 0xfffe.... .... .... ..10 = Tx 1 SS: MCS 0-9 (0x0002).... .... .... 11.. = Tx 2 SS: Not Supported (0x0003).... .... ..11 .... = Tx 3 SS: Not Supported (0x0003).... .... 11.. .... = Tx 4 SS: Not Supported (0x0003).... ..11 .... .... = Tx 5 SS: Not Supported (0x0003).... 11.. .... .... = Tx 6 SS: Not Supported (0x0003)..11 .... .... .... = Tx 7 SS: Not Supported (0x0003)11.. .... .... .... = Tx 8 SS: Not Supported (0x0003)...0 0000 0000 0000 = Tx Highest Long GI Data Rate  (in Mb/s, 0 = subfield not in use):0x0000

Tag: VHT Operation (IEEE Stc 802.11ac/D3.1)

Tag Number: VHT Operation (IEEE Stc 802.11ac/D3.1) (192)

Tag length: 5

VHT Operation Info

Channel Width: 80 MHz (0x01)Channel Center Segment 0: 42Channel Center Segment 1: 0

Basic MCS Map: 0xfffc

.... .... .... ..00 = Basic 1 SS: MCS 0-7 (0x0000).... .... .... 11.. = Basic 2 SS: Not Supported (0x0003).... .... ..11 .... = Basic 3 SS: Not Supported (0x0003).... .... 11.. .... = Basic 4 SS: Not Supported (0x0003).... ..11 .... .... = Basic 5 SS: Not Supported (0x0003).... 11.. .... .... = Basic 6 SS: Not Supported (0x0003)..11 .... .... .... = Basic 7 SS: Not Supported (0x0003)11.. .... .... .... = Basic 8 SS: Not Supported (0x0003)

4、检测802.11ac站点（设备） Detecting 802.11ac Station (Device)

通讯（Communication）是两个或多个方面之间的信息交流。上一节（previous section）展示了该设备如何计算（figure out）出AP的802.11ac能力。然后你会问AP如何计算设备的802.11ac功能。AP可以从来自设备的[Probe Request探查请求]消息中计算出设备能力，如下所示（as shown below）。

注意：此日志由使用Anritsu MT8862的测试设置（ test setup）捕获

IEEE 802.11 Probe Request, Flags: …C

Type/Subtype: Probe Request (0x04)

Frame Control Field: 0x4000

.... ..00 = Version: 0.... 00.. = Type: Management frame (0)0100 .... = Subtype: 4Flags: 0x00.... ..00 = DS status: Not leaving DS or network is operating in AD-HOC mode(To DS: 0 From DS: 0) (0x00).... .0.. = More Fragments: This is the last fragment.... 0... = Retry: Frame is not being retransmitted...0 .... = PWR MGT: STA will stay up..0. .... = More Data: No data buffered.0.. .... = Protected flag: Data is not protected0... .... = Order flag: Not strictly ordered

.000 0000 0011 1100 = Duration: 60 microseconds

Receiver address: Anritsu_07:91:0e (00:00:91:07:91:0e)

Destination address: Anritsu_07:91:0e (00:00:91:07:91:0e)

Transmitter address: e0:cb:ee:f9:4a:de (e0:cb:ee:f9:4a:de)

Source address: e0:cb:ee:f9:4a:de (e0:cb:ee:f9:4a:de)

BSS Id: Anritsu_07:91:0e (00:00:91:07:91:0e)

Fragment number: 0

Sequence number: 2048

Frame check sequence: 0xfe06c6aa [correct]

[Good: True][Bad: False]

IEEE 802.11 wireless LAN management frame

Tagged parameters (83 bytes)

Tag: SSID parameter set: MT8862A6000000008Tag Number: SSID parameter set (0)Tag length: 17SSID: MT8862A6000000008Tag: Supported Rates 6, 9, 12, 18, 24, 36, 48, 54, [Mbit/sec]Tag Number: Supported Rates (1)Tag length: 8Supported Rates: 6 (0x0c)Supported Rates: 9 (0x12)Supported Rates: 12 (0x18)Supported Rates: 18 (0x24)Supported Rates: 24 (0x30)Supported Rates: 36 (0x48)Supported Rates: 48 (0x60)Supported Rates: 54 (0x6c)Tag: DS Parameter set: Current Channel: 36Tag Number: DS Parameter set (3)Tag length: 1Current Channel: 36Tag: HT Capabilities (802.11n D1.10)Tag Number: HT Capabilities (802.11n D1.10) (45)Tag length: 26HT Capabilities Info: 0x01ef.... .... .... ...1 = HT LDPC coding capability:Transmitter supports receiving LDPC coded packets.... .... .... ..1. = HT Support channel width: Transmitter supports 20MHz and40MHz operation.... .... .... 11.. = HT SM Power Save: SM Power Save disabled (0x0003).... .... ...0 .... = HT Green Field: Transmitter is not able to receive PPDUswith Green Field (GF) preamble.... .... ..1. .... = HT Short GI for 20MHz: Supported.... .... .1.. .... = HT Short GI for 40MHz: Supported.... .... 1... .... = HT Tx STBC: Supported.... ..01 .... .... = HT Rx STBC: Rx support of one spatial stream (0x0001).... .0.. .... .... = HT Delayed Block ACK: Transmitter does not supportHT-Delayed BlockAck.... 0... .... .... = HT Max A-MSDU length: 3839 bytes...0 .... .... .... = HT DSSS/CCK mode in 40MHz: Won't/Can't use of DSSS/CCKin 40 MHz..0. .... .... .... = HT PSMP Support: Won't/Can't support PSMP operation.0.. .... .... .... = HT Forty MHz Intolerant: Use of 40 MHz transmissionsunrestricted/allowed0... .... .... .... = HT L-SIG TXOP Protection support: Not supportedA-MPDU Parameters: 0x03.... ..11 = Maximum Rx A-MPDU Length: 0x03 (65535[Bytes])...0 00.. = MPDU Density: no restriction (0x00)000. .... = Reserved: 0x00Rx Supported Modulation and Coding Scheme Set: MCS SetRx Modulation and Coding Scheme (One bit per modulation): 2 spatial streams.... .... .... .... .... .... 1111 1111 = Rx Bitmask Bits 0-7: 0x000000ff.... .... .... .... 1111 1111 .... .... = Rx Bitmask Bits 8-15: 0x000000ff.... .... 0000 0000 .... .... .... .... = Rx Bitmask Bits 16-23: 0x000000000000 0000 .... .... .... .... .... .... = Rx Bitmask Bits 24-31: 0x00000000.... .... .... .... .... .... .... ...0 = Rx Bitmask Bit 32: 0x00000000.... .... .... .... .... .... .000 000. = Rx Bitmask Bits 33-38: 0x00000000.... .... ...0 0000 0000 0000 0... .... = Rx Bitmask Bits 39-52: 0x00000000...0 0000 0000 0000 0000 0000 000. .... = Rx Bitmask Bits 53-76: 0x00000000.... ..00 0000 0000 = Highest Supported Data Rate: 0x0000.... .... .... ...0 = Tx Supported MCS Set: Not Defined.... .... .... ..0. = Tx and Rx MCS Set: Equal.... .... .... 00.. = Maximum Number of Tx Spatial Streams Supported: 0x0000,TX MCS Set Not Defined.... .... ...0 .... = Unequal Modulation: Not supportedHT Extended Capabilities: 0x0000.... .... .... ...0 = Transmitter supports PCO: Not supported.... .... .... .00. = Time needed to transition between 20MHz and 40MHz:No Transition (0x0000).... ..00 .... .... = MCS Feedback capability: STA does not provide MCS feedback(0x0000).... .0.. .... .... = High Throughput: Not supported.... 0... .... .... = Reverse Direction Responder: Not supportedTransmit Beam Forming (TxBF) Capabilities: 0x0000.... .... .... .... .... .... .... ...0 = Transmit Beamforming: Not supported.... .... .... .... .... .... .... ..0. = Receive Staggered Sounding: Not supported.... .... .... .... .... .... .... .0.. = Transmit Staggered Sounding:Not supported.... .... .... .... .... .... .... 0... = Receive Null Data packet (NDP):Not supported.... .... .... .... .... .... ...0 .... = Transmit Null Data packet (NDP):Not supported.... .... .... .... .... .... ..0. .... = Implicit TxBF capable: Not supported.... .... .... .... .... .... 00.. .... = Calibration: incapable (0x00000000).... .... .... .... .... ...0 .... .... = STA can apply TxBF using CSI explicitfeedback: Not supported.... .... .... .... .... ..0. .... .... = STA can apply TxBF using uncompressedbeamforming feedback matrix: Not supported.... .... .... .... .... .0.. .... .... = STA can apply TxBF using compressedbeamforming feedback matrix: Not supported.... .... .... .... ...0 0... .... .... = Receiver can return explicit CSIfeedback: not supported (0x00000000).... .... .... .... .00. .... .... .... = Receiver can return explicit uncompressedBeamforming Feedback Matrix: not supported (0x00000000).... .... .... ...0 0... .... .... .... = STA can compress and use compressedBeamforming Feedback Matrix: not supported (0x00000000).... .... .... .00. .... .... .... .... = Minimal grouping used for explicitfeedback reports: No grouping supported (0x00000000).... .... ...0 0... .... .... .... .... = Max antennae STA can support when CSIfeedback required: 1 TX antenna sounding (0x00000000).... .... .00. .... .... .... .... .... = Max antennae STA can supportwhen uncompressed Beamforming feedback required:1 TX antenna sounding (0x00000000).... ...0 0... .... .... .... .... .... = Max antennae STA can supportwhen compressed Beamforming feedback required:1 TX antenna sounding (0x00000000).... .00. .... .... .... .... .... .... = Maximum number of rows of CSI explicitfeedback: 1 row of CSI (0x00000000)...0 0... .... .... .... .... .... .... = Maximum number of space time streams forwhich channel dimensions can be simultaneouslyestimated: 1 space time stream (0x00000000)000. .... .... .... .... .... .... .... = Reserved: 0x00000000Antenna Selection (ASEL) Capabilities: 0x00.... ...0 = Antenna Selection Capable: Not supported.... ..0. = Explicit CSI Feedback Based Tx ASEL: Not supported.... .0.. = Antenna Indices Feedback Based Tx ASEL: Not supported.... 0... = Explicit CSI Feedback: Not supported...0 .... = Antenna Indices Feedback: Not supported..0. .... = Rx ASEL: Not supported.0.. .... = Tx Sounding PPDUs: Not supported0... .... = Reserved: 0x00Tag: Vendor Specific: Microsof: Unknown 8Tag Number: Vendor Specific (221)Tag length: 7OUI: 00-50-f2 (Microsof)Vendor Specific OUI Type: 8Type: Unknown (0x08)Tag: VHT Capabilities (IEEE Stc 802.11ac/D3.1)Tag Number: VHT Capabilities (IEEE Stc 802.11ac/D3.1) (191)Tag length: 12VHT Capabilities Info: 0x338051b2.... .... .... .... .... .... .... ..10 = Maximum MPDU Length: 11 454 (0x00000002).... .... .... .... .... .... .... 00.. = Supported Channel Width Set:Neither 160MHz nor 80+80 supported (0x00000000).... .... .... .... .... .... ...1 .... = Rx LDPC: Supported.... .... .... .... .... .... ..1. .... = Short GI for 80MHz: Supported.... .... .... .... .... .... .0.. .... = Short GI for 160MHz and 80+80MHz:Not supported.... .... .... .... .... .... 1... .... = Tx STBC: Supported.... .... .... .... .... .001 .... .... = Rx STBC: 1 Spatial Stream Supported(0x00000001).... .... .... .... .... 0... .... .... = SU Beam-former Capable: Not supported.... .... .... .... ...1 .... .... .... = SU Beam-formee Capable: Supported.... .... .... .... 010. .... .... .... = Compressed Steering Number of BeamformerAntennas Supported: 3 (0x00000002).... .... .... .000 .... .... .... .... = Number of Sounding Dimensions: 1(0x00000000).... .... .... 0... .... .... .... .... = MU Beam-former Capable: Not supported.... .... ...0 .... .... .... .... .... = MU Beam-formee Capable: Not supported.... .... ..0. .... .... .... .... .... = VHT TXOP PS: Not supported.... .... .0.. .... .... .... .... .... = +HTC-VHT Capable (VHT variant HT Controlfield): Not supported.... ..11 1... .... .... .... .... .... = Max A-MPDU Length:1 048 575 (0x00000007).... 00.. .... .... .... .... .... .... = VHT Link Adaptation: No Feedback(0x00000000)...1 .... .... .... .... .... .... .... = Rx Antenna Pattern Consistency:Supported..1. .... .... .... .... .... .... .... = Tx Antenna Pattern Consistency:Supported00.. .... .... .... .... .... .... .... = Reserved: FalseVHT Supported MCS SetRx MCS Map: 0xfffa.... .... .... ..10 = Rx 1 SS: MCS 0-9 (0x0002).... .... .... 10.. = Rx 2 SS: MCS 0-9 (0x0002).... .... ..11 .... = Rx 3 SS: Not Supported (0x0003).... .... 11.. .... = Rx 4 SS: Not Supported (0x0003).... ..11 .... .... = Rx 5 SS: Not Supported (0x0003).... 11.. .... .... = Rx 6 SS: Not Supported (0x0003)..11 .... .... .... = Rx 7 SS: Not Supported (0x0003)11.. .... .... .... = Rx 8 SS: Not Supported (0x0003)...0 0011 0000 1100 = Rx Highest Long GI Data Rate(in Mb/s, 0 = subfield not in use): 0x030cTx MCS Map: 0xfffa.... .... .... ..10 = Tx 1 SS: MCS 0-9 (0x0002).... .... .... 10.. = Tx 2 SS: MCS 0-9 (0x0002).... .... ..11 .... = Tx 3 SS: Not Supported (0x0003).... .... 11.. .... = Tx 4 SS: Not Supported (0x0003).... ..11 .... .... = Tx 5 SS: Not Supported (0x0003).... 11.. .... .... = Tx 6 SS: Not Supported (0x0003)..11 .... .... .... = Tx 7 SS: Not Supported (0x0003)11.. .... .... .... = Tx 8 SS: Not Supported (0x0003)...0 0011 0000 1100 = Tx Highest Long GI Data Rate  (in Mb/s, 0 = subfield not in use): 0x030c

5、超高速吞吐量 VHT (Very High Throughput)

802.11ac中最重要的关键词（keywords）之一是VHT。VHT代表（stand for）极高吞吐量（Very High Throughput）。对于这意味着什么，您不需要任何额外的解释（additional explanation）。其含义显而易见（obvious and self-explanatory）。

问题是如何实现（achieve）VHT，以及引入（introduce）什么样的新帧（frame）和协议来实现（implement）这一点。

VHT是物理层帧（Physical layer frame）概念（concept），其定义如下所示。

在wireshark日志中，您可能会从Radiotap Header中看到此帧信息，如下所示。

6、动态带宽分配（Dynamic Bandwidth Allocation）

802.11ac支持各种（various）类型的带宽组合（bandwidth combination），如20 Mhz、80 Mhz、160 Mhz。然后问题是“他们如何分配（allocate）带宽（bandwidth）？”。静态还是动态（Statically or Dynamically）？

静态分配（Static allocation）意味着发送器Transmitter（启动器Initiator）和接收器Reciever（响应器Responder）在连接建立的早期阶段（early stage）协商（negotiate）并确定带宽，并保持不变，直到通信（会话session）结束。

动态分配（Dynamic allocation）意味着即使在单个会话期间（single session），发送器和接收器SOMEHOW也会在很短的时间间隔（interval）内协商/确定（negotiate/determine）带宽。

802.11ac采用（pick up）了动态分配方法（approach）。它允许在每次传输（transmission）时更改带宽。

那么问题是“怎么做？”。他们使用何种协商（negotiation）来确定/商定（determine/agree）发射机和接收机（Transmitter and Reciever）之间的带宽？
Data Transmission in Detail
基本想法很简单。正如您在详细信息中的数据传输部分（Data Transmission in Detail）所看到的，所有802.11的基本信道获取过程（channel acquisition process）都是基于RTS/CTS机制的。802.11ac使用相同的机制来动态地（dynamically）确定可用带宽（avaiable bandwidth）。其思想是将整个可能的802.11ac频带分割（split）成多个基本分段块（例如，20 MHz、40 MHz、80 MHz等），并在多个频率块（multiple frequency block）上模拟地（simulateneously）执行（perform）多个RTS/CTS。（这与LTE中的载波聚合（Carrier Aggregation）非常相似similary ）。首先，启动器（initiator）通过多频率块（frequency block）发送多个RTS，并等待CTS。如果启动器在所有块上接收到CTS，则可以使用所有频率块（非常宽的聚合带宽aggregated bandwidth）。如果启动器对于所有传输的RTS只接收到几个CTS，则它使用接收CTS的较小带宽。（详见参考Ref [9]）。

让我给你举几个（a couple of）例子，并举例说明动态带宽（Dynamic Bandwidth）是如何发展的。这里只有两种情况，但在这方面可能有更多的变化（variation）。

< Case 1 >

在这种情况下，节点（Node）A（发起方initiator）和节点B（接收方recipient）之间没有干扰（interference），并且两个节点都可以使用全带宽。当然，在完成步骤3之前，这些节点对带宽可用性（availability）一无所知。

步骤0：就在步骤1之前（Right before Step 1），假设（ it is assumed that）节点A将整个80 Mhz部分（section）划分为4个连续的（contiguous）20 Mhz块，并对这些20 Mhz块中的每个执行（perform）载波感测（carrier sensing ）。并且假设（ it is assumed that）所有这些20MHz块都是可用的（available）。

步骤1：假设（assuming that）调度（scheduling）在DCF中完成，节点A等待被称为DIFS（DCF Inter Frame Space/DCF帧间空间）的特定时间段。

步骤2：节点A使用802.11a帧（frame）向节点B发送（transmit）每个20MHz块的RTS，并且假设（it is assumed that）所有这些RTS都成功到达节点B。

步骤3：（假设节点B检测（detect）到针对所有20MHz块的RTS）节点B针对每20MHz子块（subblock）使用802.11a帧来发送CTS。

步骤4：（假设节点A检测到所有20MHz块的CTS）节点A假设所有80Mhz BW都是无干扰/无干扰的（no-interference），并利用全部80Mhz以802.11ac模式发送数据。

步骤5：（假设节点B接收并解码了整个数据）节点B每20 Mhz块（总共40 Mhz）发送Ack。

< Case 2 >

这是在节点B（接收方recipient）上的80Mhz块内的一些频谱块（spectrum block）中存在一些干扰（interference）的情况。当然，在完成步骤3之前，这些节点对带宽可用性（availability）一无所知。

步骤0：就在步骤1之前，假设（ it is assumed that）节点A将整个80Mhz部分划分为4个连续的20Mhz块，并对这些20Mhz块中的每个执行载波感测。并且假设所有这些20MHz块都是可用的。

步骤1：假设调度在DCF中完成，节点A等待称为DIFS（DCF帧间空间）的特定时间段。

步骤2：节点A使用802.11a帧向节点B发送每个20MHz块的RTS。

步骤3：（由于各种various原因，例如，节点B由于干扰而未能接收RTS，或者基于载波感测的介质Medium繁忙）节点B仅针对两个连续的（consecutive）20MHz块使用802.11a帧来发送CTS。

步骤4：（假设节点A检测到两个20MHz块的CTS）节点A假设只有40Mhz BW是畅通的/没有干扰的，并利用40Mhz以802.11ac模式发送数据。

步骤5：（假设节点B接收并解码了整个数据）节点B发送两个20MHz块（总共40Mhz）的Ack。

7、其他MAC帧类型 （Additional MAC Frame Types）

在802.11ac中，以下新的帧类型被添加到现有类型中。大多数新帧类型用于实现信道测量和报告（Channel Measurement and Report），以执行MU-MIMO波束形成（Beamforming）。

8、波束形成报告轮询帧（Beamforming Report Poll Frame）

9、超高速吞吐量空数据包公告（VHT NDP Announcement，NDP：Null Data Packet）

该帧用于波束形成器BeamFormer（AP）启动（initiate）信道测量过程。（有关详细信息，请Refer to 802.11ac 8.3.1.20 VHT NDP Announcement frame format）


10、超高速吞吐量压缩波束形成帧（VHT Compressed Beamforming Frame）

该帧用于BeamFormee（用户）报告信道测量结果（Refer to 802.11ac 8.5.23.2 VHT Compressed Beamforming frame format）

11、用于探测PPDU的VHT前导码格式（VHT preamble format for sounding PPDUs）

请参阅802.11ac表22-4——VHT PPDU的每个字段标签的字段。（Refer to 802.11ac Table 22-4—Fields of the VHT PPDU for each field label.）

12、通道测量（探测）程序（Channel measurement (sounding) procedures）

为了对特定设备执行（perform）正确的（proper）波束成形（beamforming），找出（figure out）波束成形器（BeamFormer）和波束成形器（BeanFormee）之间的准确（accurate）信道条件至关重要（crucial）。为了计算（figure out）通道条件，BeamFormer和BeamFormee执行一系列特定的校准过程（calibration process），该过程被称为通道测量或探测过程（Channel Measurement or Sounding process）。具体如下。

有关详细信息，请参阅802.11ac 9.31.5.2 VHT探测协议序列（sounding protocol sequences）规则、图9-41a和图9-41a。

<在单个VHT波束形成的情况下（In case of single VHT BeamFormee）>

步骤1:BeamFormer（通常为AP）发送（transmit）NDP(Null Data Packet) Announcement frame

步骤2:BeamFormee（通常是WLAN用户设备）响应NDP通知announcement（NDP中未指定的其他设备推迟（defer）信道接入（channel access），直到信道测量过程完成）

步骤3：波束形成器（Beamformer）发送携带训练序列（Training Sequence）的空数据包（NDP Frame, VHT preamble format/NDP帧，VHT前导码格式preamble format）

步骤4：BeamFormee分析训练序列并发送反馈矩阵（有关反馈矩阵（feedback Matrix）的详细信息，请参阅802.11ac 8.4.1.48 VHT Compressed Beamforming Report字段）

步骤5：BeamFormer根据反馈矩阵计算（calculate）引导矩阵（steering matrix）

<在多个VHT波束形成的情况下（In case of multiple VHT BeamFormee）>

步骤1:BeamFormer（通常为AP）发送NDP（空数据包Null Data Packet）公告帧（Announcement frame）

步骤2:BeamFormee（通常是WLAN用户设备）响应NDP通知（NDP中未指定的其他设备推迟（defer）信道接入（channel access），直到信道测量过程完成）

步骤3：波束形成器发送（transmit）携带（carry）训练序列的空数据包（NDP帧，VHT前导码格式preamble format）

步骤4：BeamFormees分析训练序列

步骤5:BeamFormee1发送-发送反馈矩阵（有关反馈矩阵（feedback Matrix）的详细信息，请参阅802.11ac 8.4.1.48 VHT压缩波束形成报告字段）

步骤6:BeamFormer发送下一个BeamFormee的BeamForming报告轮询（BeamForming Report Poll）

步骤7：下一次BeamFormee发送反馈矩阵（feedback Matrix）

步骤8：重复步骤6,7，直到BeamFormer获得所有BeamFormee的所有信息。

步骤9：BeamFormer根据反馈矩阵计算引导矩阵（steering matrix）

注：这个复杂过程（complicated process）的基本目的（fundamental purpose）是弄清楚（figure out）接入点和设备之间无线电信道（radio channel）的特征charateristics（性质nature）。这也被称为“通道探测（Channel Sounding）”。在此过程中，不会传递（convey）任何用户数据。这意味着这个过程可能是一种开销overhead（吞吐量下降因素throughput degradation factor）。如果AP可以通过从该过程中提取（extract）最合适的波束形成参数（BeamForming parameter）来最佳地优化（optimize）通信，则该过程可以获得总体吞吐量增益（throughput gain）。然而，如果AP未能从该过程中获得最佳波束成形参数，这只会产生不必要的开销（overhead）。

13、MU-MIMO波束成形（MU-MIMO BeamForming）

MU-MIMO代表（stands for）多用户MIMO，并且这仅在802.11ac中采用adopt（在802.11n及更低版本中不采用）。当我们说MIMO（多输入多输出Multi Input Multi Output）时，它通常指SU-MIMO（Single User MIMO），这是一种仅针对（ targeted to）一个设备（用户）的MIMO。相反（On the contrary），MU-MIMO是模拟地（simulateneously）针对多个用户的MIMO。这意味着在MU-MIMO中，发射机transmitter（接入点Access Point）可以向多个用户发送多个数据流。

听起来不错（It sounds fancy），对吧？然而，这项技术的实现（implementation）并不像听起来那么容易，实际性能（real performance）也不会像预期的那样好。也许它需要经历（go through）漫长的进化过程。让我们思考一下与MU-MIMO相关的一些挑战（challenge）和可能的问题（possible issues）

● 为了（In order to）向每个用户提供最佳的优化（the best optimized）波束（beam），它需要非常准确地估计（accurately estimated）每个用户的无线电信道（radio channel）信息。

● 通常，为了对每个用户进行适当的（proper）信道估计（estimation），AP将需要来自每个用户（设备）的一些信道质量（channel quality）信息，该过程将在信令或数据通信（signaling or data communication）方面产生一些开销。

● 由于多个用户的多个波束同时（simultaneously）传输，因此一个波束总是有机会干扰（interfere）其他波束。因此，很难应用非常高阶的（very high order）调制调度modulation schedule（例如，64QAM或256QAM）。

● 为了为设备制造更好的指向波束（pointed beam），需要许多天线（antenna）来形成波束（beam forming）。考虑到我们最多有8个天线，我对我们能为多个用户生成（generate）多好的波束不太有信心confident（尤其是用户数量的增加）。

抛开（Put aside）这种MU-MIMO的实际可行性（practical feasibility）不谈，本规范（specification）已经完成。在大多数技术情况下（尽管并非所有情况都如此），一旦发布（issue）规范，技术就会不断发展（evolve），变得越来越好。

802.11ac MU-MIMO波束形成用如下数学表达式（mathematical expression）表示express（这是基于802.11ac 22.3.11 SU-MIMO and DL-MU-MIMO Beamforming）

14、兼容性（Compatibility）

每当任何技术的新版本（version）问世（come out）时，最令人担忧的（the most concerning）事情之一就是兼容性。这些新东西（stuff）能和那些旧东西一起工作吗？关于802.11ac，你也会有同样的问题。802.11ac是否与现有（以前的previous）技术（例如802.11a和802.11n）兼容？答案是肯定的。802.11ac从一开始就被设计为与802.11a/n兼容（be compatible with），用于接入点和设备。

Reference

[1] Wikipedia : IEEE 802.11ac
[2] 802.11ac Analysis Webinar
[3] Understanding IEEE 802.11ac VHT Wireless
[4] 802.11ac Testing with the Vector Signal Transceiver
[5] Gigabit Wi-Fi 802.11ac In Depth (YouTube)
[6] 802.11ac Gigabit WiFi: Fact vs. Fiction (YouTube)
[7] Demonstrating the Performance of the Aruba Networks 802.11ac (YouTube)
[8] Aruba Controller-based and Controllerless Wi-Fi (YouTube)
[9] 802.11ac : A Survival Guide - Chapter 3. The MAC
[10] 802.11ac Wireless Packet Captures
[11] Deploying, Testing, and Tuning 802.11ac
[12] How to validate the WI-FI Information within Wireshark – Part I: Determining the WLAN capabilities
[13] 802.11ac: The Fifth Generation of Wi-Fi Technical White Paper