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とよみひろき
5 years ago
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1 資料高速無線 LAN の国際標準化動向について大澤智喜アセロスコミュニケーションズ株式会社 2006 年 4 月 21 日

2 IEEE と 11n の関係目的 : ユーザ速度 (@MAC_SAP) にて 100Mbps 以上の実効速度を実現すること上記実現のため MAC/PHY 副層への改正を行ったの原型 n MAC 11e/i MAC と 11e/i の変更 PHY 11a/b 11g/j 11a/g の変更

3 改正内容の概要 PHY: 高速化のみならず柔軟性を備えた進化 6Mbps(11g は 1Mbps)~600Mbps まで物理レートを自由に選択 3 種類のフレームフォーマットレガシーモード (LM)- 既存 11a/b/g のフレームミックスモード - 既存 11a/g が理解できる 11n のフレーム ( 下位互換性のサポート ) グリーンフィールド -11n 同士の通信でのみ使用される高効率フレーム周波数ドメインの柔軟な使い分け LM ハイスループット (HT) モードレガシーの 2 チャネル配置 40MHz の上側波帯 (Upper) モードと下側波帯 (Lower) モード空間多重 (MIMO の一種 ) 技術の導入 : 最大 4 ストリームまでの多重周波数帯域 (20/40MHz) ガードインターバル (GI) などの切替えとサブキャリアの増加 MAC:30 項目にわたり機能を拡張 ( 時間軸方向の効率化 ) フレームアグリゲーション Block Ack 空間多重時のパワーセービング導入 20/40MHz 共存のためのチャネル管理など 3

チップセット各社の状況 Atheros 1 月 23 日 :11nドラフト対応のチップセットをサンプル出荷開始 3X3システムで 300Mbps http://www.atheros.com/news/xspan.html Broadcom 1 月 19 日 :11nドラフト対応チップセットを発表 4x4システムで300Mbps http://www.broadcom.

4 チップセット各社の状況 Atheros 1 月 23 日 :11nドラフト対応のチップセットをサンプル出荷開始 3X3システムで 300Mbps Broadcom 1 月 19 日 :11nドラフト対応チップセットを発表 4x4システムで300Mbps Marvell 1 月 20 日 :2005 年 10 月に発表したチップが11nのドラフトに準拠している Ralink Pre nシステムとして発表 ( 時期不明 ) 4

アセロス社 :AR5008 - リファレンスデザインアクセスポイント / ルータ向け AP72 ( 片面 )

5 アセロス社 :AR リファレンスデザインアクセスポイント / ルータ向け AP72 ( 片面 ) Mini Card 向け XB72 Cardbus 向け CB72 デュアルバンド / シングルバンドでそれぞれ提供 5

6 PHY の必須項目とオプション項目必須項目 20MHzの周波数帯域を使用レガシーフレームフォーマット Mbps ミックスモードのサポート畳み込み符号 (11a/gと同じ) ガードインターバルは800ナノ秒クライアントの物理レート (1ストリーム): Mbps APの物理レート (2ストリーム): 1ストリーム Mbps 2ストリーム- オプション項目 40MHzの周波数帯域を使用グリーンフィールド STBC( 時空間ブロック符号化 ) LDPC( 誤り訂正符号の一種 ) ガードインターバルは400ナノ秒クライアントは 2 3 4ストリームをサポート APは 3 4ストリームをサポートレガシーの2チャネル配置 (6Mpbs) クローズドループによる送信ビームフォーミングストリームごとに独立した変調方法 Mbps 6

7 802.11n による OFDM アーキテクチャの変化 N 1 IFFT TX Signal FEC ENCODE INTLV MOD S/P 2 3 Σ Spectrum of OFDMSignal(TX) N Freqency time Parser: 分配器 CS: サイクリックシフトキャリア数 : 最大 4ストリーム多重 7

8 3 種類のフレームフォーマット 8

9 周波数ドメイン上の柔軟性レガシーモード 40MHz の Lower モード CH 52SC/20MHz HT モード (20MHz) 56SC/20MHz 40MHz の Upper モード 56SC/20MHz HT モード (40MHz) 56SC/20MHz 114SC/40MHz 9

10 11n ドラフトにおける空間多重の定義とは? 物理層の構成法 ( 例 :2 ストリームの場合 ) 2x2 11n ドラフトは空間多重をストリーム数で定義する構成方法を n m で表す場合今後 n はストリーム数と一致しない場合がある 10

11 11n ドラフトにおける空間多重の定義とは? 物理層の構成法 ( 例 :2 ストリームの場合 ) 2x2 11n ドラフトは空間多重をストリーム数で定義する構成方法を n m で表す場合今後 n はストリーム数と一致しない場合がある 11

12 11n ドラフトにおける空間多重の定義とは? 物理層の特性を向上する方法 ( 例 :2 ストリームの場合 ) 4 4 アンテナを増やすと選択ダイバーシチの効果が得られる送受信系統を増やすと合成ダイバーシチの効果が得られる 12

13 11n ドラフトにおける空間多重の定義とは? 物理層の特性を向上する方法 ( 例 :2 ストリームの場合 ) 3 3 アンテナを増やすと選択ダイバーシチの効果が得られる送受信系統を増やすと合成ダイバーシチの効果が得られる 13

14 フレームフォーマットと周波数ドメインとの組み合わせ 20MHz 40MHz フレームフォーマットストリーム数必須 GI = 400ns GI = 400ns レガシー 1 ストリーム 54 Mbps サポートされないサポートされない n 1 ストリーム (1 1) 65 Mbps 72.2 Mbps 150 Mbps 2 ストリーム (2 2) 130 Mbps Mbps 300 Mbps 3 ストリーム (3 3) 195 Mbps Mbps 450 Mbps 4 ストリーム (4 4) 260 Mbps Mbps 600 Mbps 最高スループットの理論はストリーム数と周波数帯域で定義される必須項目のガードインターバル (GI) は 800 ナノ秒キャリア数の増加 GIの縮小符号化率の拡張により 1ストリームでも従来より速度が向上 n m は送受信系統の最小構成単位 n/mの数がストリーム数より増えると通信の安定性が向上する 14

15 柔軟性の例 -200Mbps(±10%) を送信しようと思ったら 2 ストリーム (40Mz) MSC12(180Mbps):16QAM, R=3/4, GI=400ns MSC13(216Mbps):16QAM, R=2/3, GI=800ns MSC37(180Mbps): (64, Q), R=3/4, GI=400ns MSC38(202.5Mbps): (64, 16), R=3/4, GI=800ns 3 ストリーム (20MHz) MSC23(195Mbps, 216.7Mbps):64QAM, R=5/6, GI=800, 400ns MSC22(195Mbps):64QAM, R=3/4, GI=400ns 3 ストリーム (40MHz) MSC19(180Mbps):16QAM, R=1/2, GI=400ns MSC42(180Mbps): (64, 16, Q), R=3/4, GI=400ns MSC43(189Mbps, 210Mbps): (64, 2*16), R=1/2, GI=800, 400ns MSC44(189Mbps, 210Mbps): (2*64, 16), R=1/2, GI=800, 400ns MSC45(216Mbps): (2*64, 16), R=1/2, GI=800ns MSC46(180Mbps): (16, 2*Q), R=3/4, GI=400ns MSC47(202.5Mbps): (2*16, Q), R=3/4, GI=800ns MSC48(202.5Mbps): (64, 2*Q), R=3/4, GI=800ns 4 ストリーム (20MHz) MSC29(208Mbps):64QAM, R=2/3, GI=800ns MSC71(195Mbps): (64, 3*16), R=3/4, GI=400ns MSC73(195Mbps): (2*64,16,Q), R=3/4, GI=400ns MSC74(195Mbps, 216.7Mbps): (2*64, 2*16), R=3/4, GI=800, 400ns MSC75(195Mbps, 216.7Mbps): (3*64, Q), R=3/4, GI=800, 400ns 4 ストリーム (40MHz) MSC26(180Mbps):QPSK, R=3/4, GI=400ns MSC27(216Mbps):16QAM, R=1/2, GI=800ns MSC54(180Mbps): (2*16, 2*Q), R=1/2, GI=400ns MSC55(189Mbps, 210Mbps): (3*16, Q), R=1/2, GI=800, 400ns MSC56(180Mbps): (64, 3*Q), R=1/2, GI=400ns MSC57(189Mbps, 210Mbps): (64, 16, 2*Q), R=1/2, GI=800, 400ns MSC58(216Mbps): (64, 2*16, Q), R=1/2, GI=800ns MSC60(216Mbps): (2*64, 2*Q), R=1/2, GI=800ns MSC65(202.5Mbps): (16, 3*Q), R=3/4, GI=800ns 全部で 28 通りのやり方がある 15

16 チャネル配置に関して (5GHz) 100MHz

17 まとめ n とはユーザ実効速度 100Mbps 以上を目指す空間多重をストリーム数で定義する物理レートはストリーム数と周波数帯域で定義される 1 ストリームでも性能が向上する MAC 副層と物理層が改正されておりスループットがさらに向上する 2007 年 4 月の標準化を目指している 17

18 参考資料

19 チャネル配置に関して (2.4GHz) 19

20 MAC 副層の必須項目とオプション項目必須項目 MSDU のアグリゲーション MPDU のアグリゲーション Block Ack 迅速な Block Ack 圧縮ビットマップによる Block Ack Block Ack の省略オープンセキュリティモード CCMP セキュリティモード (WPA2 に含まれる ) Long NAV のプロテクション物理層のスプーフィング空間多重時のパワーセービング 20/40MHz 周波数帯域の共存チャネル管理チャネル選択 RIFS のプロテクショングリーンフィールドのプロテクションオプション項目 Block Ack の遅延 (Ack 無しを含む ) パワーセーブマルチポール (PSMP)- 複数の TID BA を含む時空間ブロック符号化によるフレームのコントロール L-SIG TXOP プロテクション期間切り替えによる 20/40MHz の共存運用 (PCO) 送信ビームフォーミング高速のリンクアダプテーションインプリシットフィードバックチャネル状態のフィードバック (CSI) Zero Length フレームのサウンディング (ZLF) キャリブレーションリバースディレクションアンテナ選択 20

Sub-frame 2 Sub-frame N MSDU でのアグリゲーション Frame Control Duration/ ID Address 1

21 既存の PDU と統合 PDU の比較従来の MPDU MPDU Header 6B 6B 2B DA SA Length 上位層からのデータ MPDU としての基本構成は変わらない 14B B 0-3 B Sub-frame header MSDU Padding Sub-frame 1 Sub-frame 2 Sub-frame N MSDU でのアグリゲーション Frame Control Duration/ ID Address 1 Address 2 Address 3 Sequence Control Address 4 QoS Control A-MSDU FCS MPDU でのアグリゲーション 21

22 アグリゲーションにより 1 パケットの転送能力が向上レガシー MPDU の最大ペイロード :2304 バイト n 上位層からのペイロード :2304 バイト A-MPDU の最大長 :65535 バイト ( ヘッダなどを含む ) アグリゲートされた全ての個々のMPDUおよびMSDUは同じ相手先に送られるものでなければならない TCP の ACK などショートパケットが多く含まれるなどの場合に非常対比に効果的である約 20 倍以上のオーバーヘッドの削減効果 22

23 アグリゲーション /Block ACK によるプロトコルハンドシェイクの一例 DIFS 送信局 RTS SIFS SIFS DATA SIFS パケットがまとめて送られ宛先局 CTS ACK DIFS る他局 NAV(RTS) NAV(CTS) アクセス権の譲渡 Contiention Window まとめられた個々のパケットに対し個々の ACK もまとめて返送される 23

24 空間多重時のパワーセービング目的 : 高速通信が必要でないときに複数の送受信系統のうち 1 系統のみ動作をさせることで消費電力を抑制するスタティックモードクライアントと AP 間で MIMO での送受信を行わない状態に設定するダイナミックモード高速化が必要になったとき RTS が再び複数の送受信系統を起動する 24

25 HT モード (20MHz/40MHz) とレガシーとの共存方法 40MHz/20MHz 20MHz PCO BSS により隣り合った 2 チャネルを確保し一方をコントロールチャネルとして使用 (2.4/5GHz 共通 ) 20MHz の端末はコントロールチャネルのみで通信 (2.4/5GHz 共通 ) 他の局 (BSS 20MHz) はエクステンションチャネルを使いオーバーラップしてもよい (2.4/5GHz 共通 ) ビーコンはレガシーモードで送られる (2.4/5GHz 共通 ) TxOP による Longer NAV を使用することでレガシーの 2 チャネル配置と DSSS/CCK とが保護される (2.4GHz のみ ) 20MHz の HT モードとレガシーモードが使用可能 (2.4/5GHz 共通 ) ビーコンはレガシーモードで送られる (2.4/5GHz 共通 ) OFDM に加え CCK DSSS をもサポートする (2.4GHz のみ ) AP により 20MHz と 40MHz を時間的に制御して切り替えることができるオプションモード ( 2.4/5GHz 共通 ) 25

26 PCO の手順 26

27 ご参考 BSS Basic Service Set CSI Channel State Information Feedback LDPC Low Density Parity Check L-SIG Legacy Signal Field MPDU MAC Protocol Data Unit MSDU MAC Service Data Unit NAV Network Allocation Vector(MAC level Carrier Sense) PCO Phased Coexistence Operation PSMP Power Save Multi-poll RIFS Reduced Inter-frame Spacing RTS Request to Send SAP Service Access Point STBC Space Time Block Coding TXOP Transmission Opportunity 27

無線LANフレーム構成について

無線LANフレーム構成について無線 LAN フレーム構成について 2016 年 7 月 8 日梅原大祐 MAC フレームフォーマット IEEE 802.11n QoS フィールド : QoS, A-MSDU, メッシュ関連 2 2 Duration /ID 6 6 6 2 6 2 0 7951 1 2 3 MAC header Sequence QoS HT body FCS メッシュネットワークでないケース : IP frame