弱电安防--IEEE802.11ah-物联网通信组网技术.docx

IEEE802. llah-物联网通信组网技术
3. 2. 4IEEE802. Hah
以IEEE802.il为前缀的是无统局域网络标准，后跟用 于区分各自属性的一个或者两个字母。美国电气和电子工程 师协会(IEEE)应无缝互连的应用需求提出了 802. llah标 准，实现低功耗、长距离无线区域网络连接，需要采用 1GHz以下频段。有效地改善了 WiFi信号易受建筑物阻挡而 影响传输距离和覆盖范围的弊病。
IEEE最初制定的一个无线局域网标准就是802. 11,这 也是第一个被国际上认可的在无线局域网领域内的协议。主 要用于解决校园网和办公室局域网中，用户和用户终端的无 线接入，业务主要限于数据存取，速率最高只能达到 2Mb/so由于802. 11在速率和传输距离上不能满足人们的需 要。因此JEEE小组又相继出了在技术上主要差别在于MAC 子层和物理层802. Ila. 802. lib等许多新标准。
从1997年第一代802. 11标准发布以来，WiFi得到了 巨大的发展和普及。在今天，WiFi成为用户上网的首选方 式，在WiFi系统发展过程中，每一代802. 11的标准都在 大幅度地提升速率。如802. llac速度能达到 lGb/s,802. llac标准运行在5GHz频段，与2. 4GHz的 802. lln或802. llg相比有更快的速度。802. llah标准, 理想情况下传输距离可以达到1km的，实现更大的覆盖范 围。802. llah采用900MHz频段，运行速度大大降低，仅能 达到150kb/s和18Mb/s之间的速度，这适合于短时间数据 传输的低功率设备，是物联网无线通信可选技术。
1. IEEE802. 11信道划分
1EEE802. 11以载波频率为2. 4GHz频段和5GHz频段来 划分，在此之上划分成多个子信道。
1) 2. 4GHz 频段
TEEE802. 11工作组和国家标准GB15629. 1102共同规 定，2. 4GHz工作频段为2.4-2. 4835GHz,子信道个数为12 个且宽带为22MHzo每个国家各有不同，信道为1~11号可 供美国使用；欧盟国家为1~13号；中国为1~13号，如-7 所示。
由-7可知，在2. 4GHz频段中，大部分频点之间相互重 叠，只有三个频点是可同时使用的。
2) 5GHz频段
IEEE802. 11工作小组在5GHz频段上选择了 555MHz的 带宽，共分为三个频段，频率范围分别是5. 150-5. 350GHz. 5. 470~5. 725GHz、5. 725-5. 850GHzo2002 年中 国工业与信息化部规定5. 725-5. 850GHz为中国大陆5. 8GHz 频段，信道带宽20MHz,可用频率125MHz,总计5个信道， 如-8所示。
2012年工业与信息化部放开5. 150-5. 350GHz的频段资 源，用于无线接入系统。新开放的信道为8个20MHz的带 宽。由于5GHz频段的13个信道是不叠加的，所以这13个 信道可以在同一个区域内覆盖，后8个信道仅可在室内应用 中使用，如-9所示。
2. IEEE802. Hah 频率划分
IEEE802. llah是1GHz以下频段的无线局域网标准，支 持1MHz、2MHz、4MHz、8MHz、16MHz带宽。中国的信道划 分从755MHz到787MHz这一频段,包括32个1MHz、4个 2MHz、2个4MHz、1个8MHz带宽。779〜787的Hz频段支持 多种带宽，高速率应用占有最高优先级，支持最高lOniW的 发射功率。755~779MHz频段被分为24个1MHz带宽的频 段，低速率应用占有更高的优先级，支持最高5mW的发射功 率。
3. 子载波
IEEE802. llah子载波分为2MIIz以上带宽和1MHz带宽 系统。对于2MHz系统，子载波位置分布是从IEEE802. llac 标准10倍降频而来，如IEEE802. llah中2MHz、4MHz、 8MHz、16MHz带宽的子载波分布与IEEE802. llac中 20MHz、40MHz. 80MHz、160MIIz带宽下的子载波分布保持一 致。而1MHz是IEEE802. llah特有的,采用的是32点IFFT, 其中包括1个直流分量，5个保护子载波留空，2个导频子 载波分别位于土7位置，24个数据子载波，如图所示。
4 .物理帧结构
TEEE802. llah定义的物理层汇聚过程(Phy si cal LayerConvergenceProcedure, PLCP)协议数据单 元(ProtocolDataUnit, PDU)PPDU的结构分为两种：一种是 2MHz及其以上带宽的发送帧格式，类似IEEE802. llac；另 一种是TEEE802. Hah为了提高覆盖范围而提出的1MHz带 宽发送帧。
2MHz带宽的帧格式继承了 1EEE802. 11 n和 IEEE802. llac的物理层帧格式。短训练域 (ShortTrainingField,STF)符号数与 IEEE802. lln 相同， 在每个符号中，STF占据12个非零子载波。长训练域 (LongTrainingField, LTF)对应了 IEEE802. llac 中相同 FFT长度的甚高速长训练域(VHT-LTF)O信号域SIG占据2 个符号，每个符号采用
Q-BPSK 调制。此模式下 2MHz、4MHz、8MHz、16MHz 带 宽下的STF、LTF、SIG字段分别对应IEEE802. llac的 20MHz、40MHz. 80MHz、160MHz带宽下的相应字段。如T1 所示。
1MHz带宽下PPDU的结构包括4个符号的STF、4个符 号的LTF、6个符号的SIG、〃一 1个LTF、数据域。SIG强 制使用MCS10进行调制编码，LTF1表示第一个长训练域， 用于符号定时、信道估计、细频偏估计，LTF2~LTF 〃用于多 天线的信道估计。每个符号拥有32个子载波，FFT点数为 32o与双倍保护间隔(DoubleGuardinterval, DGI)加上两 个连续LTS相比，-12所示的LTF1的格式在-11所示的LTF 的基础上增加了 2个LTS0
802. 11各个版本的性能参数如表3-4所示。
表3-4各个版本的802. 11性能参数
协议
发布日
频带
/GHz
最大传输速度
802.
11
1997
2.4-
2. 5
2Mb/s
802.
Ila
1999
5. 15-
5. 35/5. 47-
5. 725/5
.725-5.875
54Mb/s
802.
lib
1999
2. 4~
2. 5
11Mb/s
802.
Hg
2003
2.4-
2. 5
54Mb/s
802.
lln
2009
2. 4或
者5
600Mb/s(40MHzX4MIM
0)
802.
llac
2011. 2
5
433Mb/s. 867Mb/s、
1.73Gb/s、3. 47Gb/s、
6.93Gb/s(8MIM0,160
MHz)
802.
Had
2012. 1
2(草案)
60
最高到7000Mb/s
802.
2016. 3
Sub—
7. 8Mb/s

llah
（定稿）
1GHz

5.802. llah的应用场景
802. Hah共定义了三种应用场景，其中第一种场景预 计在物联网中将得到大规模
应用。
应用场景1：智能抄表（如-13所示）。这种场景 下,IEEE802. llahAP主要作为末端网络使用，将传感器收集 的数据传输到上层网络或应用平台。
应用场景2：智能抄表回传链路（如-14所示）。这种 场景下，802. llah主要作为回传链路使用，下面接 802. 15. 4g等底层将从底层网络得到的数据传输到应用平 台。
应用场景3： WiFi覆盖扩展（含蜂窝网分流）（如-15 所示）。这种场景下，802. llah主要扩展WiFi热点的覆 盖，并能为蜂窝网提供业务分流。
什么是物联网（I0T）?
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