802.11 ax下一代WLAN和LTE异构密集网络数据卸载方案

随着移动设备和无线应用爆炸式增长,蜂窝网络流量迅速增加,许可频段蜂窝网络容量难以满足用户日益增长的数据速率需求.WLAN(Wireless Local Area Network,无线局域网)与LTE(Long Term Evolution,长期演进)蜂窝异构网络中的数据卸载技术能有效缓解蜂窝无线访问的频谱资源紧缺问题.然而,现有LTE-WLAN数据卸载方案并未考虑密集部署问题,也未考虑基于IEEE 802.11ax协议的下一代高效WLAN针对密集部署提出的提速新技术所带来优势.本文利用下一代WLAN的多用户传输特性来缓解蜂窝的资源竞争,通过将部分蜂窝用户卸载到IEEE 802.11ax WLAN网络来保障蜂窝网络的单用户吞吐率.提出的卸载方案建立WLAN和LTE异构密集网络的吞吐率形式化表达式,根据网络系统容量查找蜂窝网络中的最优卸载数,以解决有限的蜂窝网络资源与海量高速业务需求的矛盾.仿真结果表明:在密集部署的异构网络中,所提的方案在保证WLAN用户服务质量的同时,最大限度地提高了LTE网络单用户吞吐率,提升了LTE网络的用户体验.

IEEE 802.11ax核心技术及在IoT的使用场景

IEEE 802.11是无线局域网的一项标准,过去的20多年,IEEE 802.11系列每一代标准的发布,都大幅提高了数据传输速率、优化性能。文章首先回顾了IEEE 802.11系列的发展历史,阐述了每一代标准的特点和功能,重点介绍了IEEE 802.11ax标准的核心技术,包括正交频分多址、多用户-多输入多输出、1024-QAM调制、双频设计技术,阐述了IEEE 802.11ax在智能家居、智慧医疗、智慧城市和智慧农业中的使用场景,最后,展望了IEEE 802.11ax在IoT领域未来的使用场景和发展趋势。

802.11ax系统中基于传输延迟的多用户调度与资源分配算法

IEEE 802.11ax系统中站点(Station,STA)数量众多和潜在的高数据包冲突率导致无线局域网通信效率显著降低,本文针对上行多用户传输中的无效帧填充问题,以每轮传输中用户组的传输延迟为优化目标,提出一种多用户调度和资源分配算法。基于OFDMA上行调度接入中动态传输时间的帧交互方案,接入点(Access Point,AP)结合STA提供的信道状态信息(Channel State Information,CSI)和缓冲区状态报告(Buffer State Report,BSR)信息来确定各站点的传输延迟;针对最小化组内用户传输延迟差的优化问题,设计传输机会(Transmit Opportunity,TXOP)时长内用户分组策略及资源块(Resource Unit,RU)-STA匹配方案;进而以最大化信道利用率为目标,确定各站点的发射功率,同时保障每组用户的传输速率。与参考调度策略对比,本文提出的调度和资源分配算法在连续多帧传输的信道利用率上有10%~15%的提升,同时也保证了用户间传输速率的稳定性。

802.11ax系统中基于OFDMA调度接入的公平性资源分配算法

针对802.11ax系统中基于正交频分多址接入(orthogonal frequency division multiple access,OFDMA)调度接入的上行多用户传输链路,提出了基于能量效率的公平性子信道匹配和功率分配算法。根据基于能量效率的上行链路模型,提出资源块(resource unit,RU)数量确定算法和独立子信道匹配与功率分配算法;进而针对独立分配中频谱利用不足和功率分配不合理的问题,提出改进的联合子信道和功率迭代分配算法,通过应用广义分式规划,改写约束条件并在目标函数中加入惩罚项来松弛整型变量,进一步用序列凸规划(sequential convex programming,SCP)来求解。仿真结果表明,通过独立和联合迭代分配功率和子信道,系统中用户的能量效率相对原有算法得到提升的同时兼顾了用户间的公平性。

WLAN新标准IEEE 802.11ax

IEEE 802.11ax是继802.11ac后的WLAN新标准。阐述了802.11ax的研究进展和特点,介绍了802.11ax可能会采用的相关新技术,展望了802.11ax的未来和发展趋势。

802.11ax在“智慧校园”的应用前景研究

国家标准《智慧校园总体框架》在2019年1月1日正式实施,规范了智慧校园的建设及设计的基本要求。因此,文章介绍了802.11 ax在高校智慧校园建设中的应用和前景研究,通过分析当前最新一代无线局域网技术标准特性,探讨802.11 ax在高校教育信息化建设的重要作用,促进高校与最新一代无线通讯技术的智慧融合,为未来发展智慧教学、办公、科研的广大师生提供便利。

An Adaptive Grouping Scheme in Ultra-Dense IEEE 802.11ax Network Using Buffer State Report Based Two-Stage Mechanism

IEEE 802.11ax,which is an emerging WLAN standard,aims at providing highly efficient communication in ultra-dense wireless networks.However,due to a large number of stations(STAs)in the ultra-dense device deployment scenarios,the potentially high packet collision rate significantly decreases the communication efficiency of WLAN.In this paper,we propose an adaptive STA grouping scheme to overcome this dense network challenge in IEEE 802.11ax by using Buffer State Report(BSR)based Two-stage Mechanism(BTM).In order to achieve the optimal efficiency of BSR delivery,we analyze the functional relationship between STA number in group and Resource Unit(RU)efficiency.Based on this analysis results,an adaptive STA grouping algorithm with variable group size is proposed to achieve efficient grouping in BTM.The numerical results demonstrate that the proposed adaptive BTM grouping algorithm significantly improves the BSR delivery efficiency and the throughput of overall system and each STA in the ultra-dense wireless network.

基于强化学习的802.11ax上行链路调度算法

随着物联网(IoT)时代的到来,无线网络饱和的问题已经越来越严重。为了克服终端密集接入问题,IEEE标准协会(IEEE-SA)制定了无线局域网的最新标准—IEEE 802.11ax。该标准使用正交频分多址(OFDMA)技术对无线信道资源进行了更细致的划分,划分出的子信道被称为资源单元(RU)。为解决密集用户环境下802.11ax上行链路的信道资源调度问题,该文提出一种基于强化学习的RU调度算法。该算法使用演员-评论家(Actor-Critic)算法训练指针网络,解决了自适应RU调度问题,最终合理分配RU资源给各用户,兼具优先级和公平性的保障。仿真结果表明,该调度算法在IEEE 802.11ax上行链路中比传统的调度方式更有效,具有较强的泛化能力,适合应用在密集用户环境下的物联网场景中。

Scheduling Strategies and Throughput Optimization for the Uplink for IEEE 802.11ax and IEEE 802.11ac Based Networks

The new IEEE 802.11 standard, IEEE 802.11ax, has the challenging goal of serving more Uplink (UL) traffic and users as compared with his predecessor IEEE 802.11ac, enabling consistent and reliable streams of data (average throughput) per station. In this paper we explore several new IEEE 802.11ax UL scheduling mechanisms and compare between the maximum throughputs of unidirectional UDP Multi Users (MU) triadic. The evaluation is conducted based on Multiple-Input-Multiple-Output (MIMO) and Orthogonal Frequency Division Multiple Access (OFDMA) transmission multiplexing format in IEEE 802.11ax vs. the CSMA/CA MAC in IEEE 802.11ac in the Single User (SU) and MU modes for 1, 4, 8, 16, 32 and 64 stations scenario in reliable and unreliable channels. The comparison is conducted as a function of the Modulation and Coding Schemes (MCS) in use. In IEEE 802.11ax we consider two new flavors of acknowledgment operation settings, where the maximum acknowledgment windows are 64 or 256 respectively. In SU scenario the throughputs of IEEE 802.11ax are larger than those of IEEE 802.11ac by 64% and 85% in reliable and unreliable channels respectively. In MU-MIMO scenario the throughputs of IEEE 802.11ax are larger than those of IEEE 802.11ac by 263% and 270% in reliable and unreliable channels respectively. Also, as the number of stations increases, the advantage of IEEE 802.11ax in terms of the access delay also increases.

Wi-Fi标准IEEE 802.11ax关键技术

本文着重介绍并分析了新的Wi-Fi标准IEEE802.11ax的关键技术给无线网络带来的传输效率和性能的提升。首先在传统的Wi-Fi的信道访问机制上,802.11ax增加了新的正交频分多址OFDMA的多用户接入技术,在下行和上行方向上提高了密集用户环境下的Wi-Fi接入的效率和性能。同时本文介绍了802.11ax标准在物理层和数据链路层上的变化,分析了802.11ax与目前Wi-Fi标准的技术区别和密集用户接入下的效率改进的领域,包括BSScolor、NAV技术的更新、静默时间(QTP)等。最后本文对目前802.11ax的发展现状和技术演进做了小节。

Single User MAC Level Throughput Comparision: IEEE 802.11ax vs. IEEE 802.11ac

With the ever-increasing range of video and audio applications in portable handheld devices, demand for high throughput in Wi-Fi networks is escalating. In this paper we introduce several novel features defined in next generation WLAN, termed as IEEE 802.11ax standard, and compare between the maximum throughputs received in IEEE 802.11ax and IEEE 802.11ac in a scenario where the AP continuously transmits to one station in the Single User mode. The comparison is done as a function of the modulation/coding schemes in use. In IEEE 802.11ax we consider two levels of frame aggregation. IEEE 802.11ax outperforms IEEE 802.11ac by about 29% and 48% in reliable and unreliable channels respectively.

下一代WLAN技术标准802.11ax关键技术解读

在人工智能和物联网高速发展的今天,无线局域网接入设备已经突破250亿部,同时产生了众多全新的应用场景与需求。在面对高速率传输与复杂空间环境时,目前的IEEE 802.11系列标准面临众多挑战与瓶颈。因此,IEEE开始制定下一代WLAN(无线局域网)技术标准802.11ax,数据传输速率将达到9000Mbit/s,实现更高速、更高效、更节能的新一代技术标准,可以更好地满足快速增长的市场需求。

浅析下一代无线局域网标准IEEE802.11ax

无线局域网络的发展越来越迅速,新的标准更迭频率也在加快,作为下一代无线局域网的标准,IEEE802.11ax协议已经进入草稿完善阶段。文章分析了802.11ax协议的技术现状,指出了与现有协议的不同之处,并对协议的未来发展作了展望。

IEEE 802.11ax在城市轨道交通车地无线系统中的应用研究

文章分析了当前轨道交通乘客信息系统车地无线通信业务需求,对WLAN、LTE和5G技术进行了分析比较,提出了利用802.11ax组建PIS系统车地无线网的解决方案。

浅析802.11ax与下一代云教室

随着云技术发展进步,"云课堂"也逐渐成为校园生活重要的一部分。在过去教室设备故障率高、课堂上课效率低、课堂气氛不活跃是老式教室的"通病"。而这正是本文云课堂所需要解决的。文章分析了802.11ax与现有协议的不同,并对协议对云教室的未来发展做了展望。

IEEE 802.11ax基于时延敏感的上行链路自适应帧聚合传输方案

帧聚合传输技术因其高效的传输效率被广泛使用.针对密集部署环境,下一代无线局域网标准IEEE 802.11ax基于帧聚合传输技术提出多流量标识符技术,允许多种不同流量类型的数据聚合传输,提升了密集环境下帧聚合传输性能.然而,上行链路多用户随机接入机制无法保障诸如视频、语音等高吞吐率低时延的传输业务需求.因此,本文利用帧聚合多流量标识符技术,对密集部署站点流量随机到达过程建模分析,推导出帧聚合时延表达式,并提出自适应时延敏感帧聚合传输方案.该方案根据站点缓存数据包的时延约束,使用二分搜索算法动态地调整帧聚合数目来最大化网络整体吞吐率.仿真结果表明,所提方案能够有效地降低站点时延和丢包率,提升网络吞吐率.

Scheduling Strategies and Throughput Optimization for the Downlink for IEEE 802.11ax and IEEE 802.11ac Based Networks

The new IEEE 802.11ax standard is aimed to serve many users while enabling every station to transmit a consistent stream of data without interruption. In this paper we evaluate the upper bound on the throughput of a Downlink IEEE 802.11ax channel using the Single User (SU) mode and using the Multi User Multiple-Input-Multiple-Output (MU-MIMO) and Orthogonal Frequency Division Multiple Access (OFDMA) mode. We compare between IEEE 802.11ax and IEEE 802.11ac for the case of 1, 4, 8, 16, 32 and 64 stations in different Modulation/Coding schemes (MCS) and different transmission windows’ sizes, 64 and 256 frames in IEEE 802.11ax. IEEE 802.11ax outperforms IEEE 802.11ac in the SU and MU modes by 52% and 74% in a reliable channel respectively, while in an unreliable channel the improvements are by 59% and 103% respectively. Also, in terms of the access delay, the advantage of IEEE 802.11ax increases as the number of stations increases.

一种大带宽高阶调制802.11ax信号高精度分析算法研究

本文提出一种时频域相结合频偏矫正方法,可实现大带宽高阶调制下OFDMA-WLAN信号的解调算法。该算法包括变速率采样模块、信号同步模块、粗频偏估计模块、细频偏估计模块、信号解析模块、FFT模块、信道估计模块、相位跟踪模块、相偏矫正模块、解调处理模块,最后得到WLAN信号分析结果。

802.11ax干扰管理方案研究

802.11ax是新型Wi-Fi的无线通信协议,可以有效提高Wi-Fi接入区域的系统吞吐量,为用户提供高效通信服务。当前Wi-Fi接入倾向于高密度部署,以提高网络吞吐量,但Wi-Fi网络是随机访问的,802.11ax协议架构增加了并行传输难度。首先介绍了基于802.11ax标准的密集用户网络场景架构,包括中央控制器主控接入点(Master Access Point,MAP)。其次分析用户随机接入过程中的终端设备干扰问题,进而提出基于802.11ax标准的无线网络干扰管理方案。根据从属接入点(Slave Access Point,SAP)上传到中央控制器MAP的相关信息进行分析计算,并将计算结果回传给SAP,保证SAP的有序访问和同步传输。最后经过仿真分析验证了该方案具有较低的干扰控制过程开销,能够有效提高系统吞吐量。

一种5.0~9.3 GHz低功耗宽带低噪声放大器设计

针对Wi-Fi 6、Wi-Fi 6E(5 GHz、6 GHz)的低功耗、宽带宽等无线局域网(WLAN)设备需求,基于65 nm CMOS工艺设计了一款两级低功耗宽带低噪声放大器(LNA)。电路第一级采用结合互补共源电路的共源共栅结构,通过电感峰化技术和负反馈技术的运用,提高输入跨导,降低噪声,并拓展带宽和提高增益平坦度。第二级在共漏极缓冲器基础上引入辅助放大结构、电感峰化技术,实现抵消第一级共源管的噪声并拓展带宽。电路采用提出的前向衬底自偏置技术,以降低电路对电源电压的依赖,整体电路实现两路电流复用,从而有效降低了功耗。仿真结果表明,在5~9.3 GHz频带内LNA的S_(21)为17.8±0.1 dB,S11小于-9 dB、S_(22)小于-11.9 dB,噪声系数小于1.34 dB。在0.8 V电压下整体电路功耗为5.3 mW。