Grundlagen moderner Netzwerktechnologien im Überblick – Teil 69

Die PHY-Struktur von IEEE 802.11n High Speed WLANs

Die 5-MHz-Spektralmaske eines WLAN-Systems; Bild: Dr. Franz-Joachim Kauffels

Die in Teil 67 besprochene OFDM-MIMO-Antennentechnik führt zur Notwendigkeit erheblicher Erweiterungen in der physikalischen Schicht. Wir stellen sie hier zusammenfassend entlang des Entscheidungsprozesses dar, der bei IEEE 802.11n durchlaufen werden musste. Ganz besonders wichtig sind die Konsequenzen für den Planungsprozess professioneller High Speed WLAN-Lösungen.

Das MIMO -OFDM-System ist wie schon gesagt eine Erweiterung bestehender Standards und Systeme und wird für das 2,4 und das 5 GHz-Band definiert.

Die Abbildung 1 zeigt die wesentlichen Komponenten der PHY, für die bestimmte Entscheidungen getroffen werden mussten, in der Übersicht. Im Folgenden werden wir das jetzt im Einzelnen durchgehen. Nur so entsteht ein vollständiges Bild der Änderungen.

Das MIMO-OFDM-System bildet ein WLAN mit einer festgelegten Nutzdatenrate von 135 Mbps und zusätzlichen Operationsmodi für die Unterstützung von bis zu 540 Mbps. Das MIMO-OFDM-System wird von der grundsätzlichen OFDM-Technologie, wie sie in Clause 17 für IEEE 802.11a und h festgelegt ist, abgeleitet, und baut dies für die Verwendung von 2, 3 oder 4 Sendeantennen aus, was mit 2TX, 3TX und 4 TX bezeichnet wird.

Grundsätzlich arbeitet das MIMO-OFDM-System daher mit 20 MHz breiten Kanälen. Es sind aber optionale Erweiterungen für die Arbeitsweise mit 40 MHz-Kanälen (genau genommen 2 X 20 MHz Kanalpaare) definiert.

Der Radioteil aller MIMO-OFDM-PHY Systeme nach Clause 20 muss alle vorgeschriebenen und optionalen Datenraten nach Clause 17, alle vorgeschriebenen Datenraten nach Clause 19 und alle optionalen Datenraten des in Clause 19 definierten OFDM-ERP-Systems unterstützen. Zwingend muss das Radioteil dann MIMO-OFDM mit den angegebenen Datenraten für 2 Antennen und ein 20 MHz breites Band unterstützen. Alles andere ist optional, also nicht nur die 40 MHz Arbeitsweise, sondern auch die Verwendung von 3 und 4 Antennen bei 20 MHz breiten Bändern.

Zusätzlich gibt es noch die Unterstützung einer „Halbtaktrate“. Alle für ein 20 MHz breites Band und zwei Antennen definierten Übertragungsgeschwindigkeiten müssen bei diesem Modus jeweils halbiert unterstützt werden, wobei eine Übertragung dann auch nur einen 10 MHz breiten Kanal belegt. Damit sind die Entscheidungen zu den verwendeten Bandbreiten klar.

Wie üblich, besteht die MIMO-OFDM-PHY-Schicht aus zwei Teilschichten, der PHY- Konvergenz -Funktion und dem eigentlichen PMD-System. Die PHY-Konvergenz-Teilschicht beinhaltet die Physical Layer Convergence Procedure, PLCP, die eine Methode für die Abbildung der PHY-Sublayer-Daten-Einheiten, PSDUs, in ein Framing-Format implementiert, welches für Sendung und Empfang von Nutz- und Management-Daten zwischen zwei oder mehr Stationen sorgt, die das PMD-System nutzen.

Stationen, die die MIMO-OFDM-PHY implementieren, können zwei Methoden für den Zugriff auf das Medium benutzen. Das Medium kann wie gewohnt durch einen Schutz-Mechanismus, wie er in Subclause 9.13 beschrieben wird, reserviert werden (Protection). Außerdem kann ein spezielles PLCP Frame Format dazu benutzt werden, nicht MIMO-OFDM-Stationen dazu zu veranlassen, nachzugeben und das Medium dem MIMO-OFDM-Verkehr zu überlassen. Diese zwei Methoden werden als „Greenfield“ und „Mixed Mode“ bezeichnet. Die einzelnen PLCP-Frame Formate lassen wir hier aus. Die Zugriffsmodi werden durch unterschiedliche Präambeln ausgedrückt.

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