了解调制和编码方案

工业无线教程:调制和编码方案(MCS)用于确定使用高吞吐量正交频分复用(HT-OFDM)的无线连接的数据速率。

通过丹尼尔·e·卡帕诺 2014.12.19

从IEEE 802.11n的引入开始，调制和编码方案(MCS)被用来确定使用高吞吐量的无线连接的数据速率正交频分复用(HT-OFDM)。使用OFDM的前802.11n系统根据所使用的调制和编码类型将数据速率定义在6至54 Mbps之间。HT-OFDM使用其他参数，如信道大小、空间流数量、编码方法、调制技术,和守卫间隔。每个MCS都是基于这些参数的组合。20 MHz和40 MHz信道有77种不同类型的MCS，其中8种是20 MHz信道的强制性MCS，并对应于强制性基本数据速率。

多个空间流的概念已在前一节中介绍。一个新的概念是保护间隔(GI)。当用所描述的任何一种方法对数据进行编码时，比特被转换成符号，然后被调制到载波信号上进行传输。在传统的OFDM系统中，一个符号包含288位，其中216位是数据，72位用于纠错。一个典型符号的持续时间为4µs。为了避免符号间干扰(ISI)的问题，在每个符号中插入800纳秒的保护间隔(符号实际为3.2µs, GI为0.8µs)。ISI的产生是由于多径现象;在不同时间到达接收器的符号，称为延迟传播，会相互干扰和破坏，导致频繁的重传。最大延迟扩展通常约为200纳秒，因此保护间隔设置为最大值的四倍。

802.11n HT-OFDM系统也使用800纳秒的GI，但也可以选择使用400纳秒的GI。使用较小的GI将提高吞吐量，但也可能损害系统可靠性。较短的GI对应较短的符号时间，因此会出现ISI。在可靠的、规划良好的无线系统中，较短的GI可以很好地工作，并且可以实现吞吐量的增加;但是，如果射频(RF)环境较差，使用较短的GI将对系统吞吐量和可靠性产生不利影响。

802.11n系统根据接收方反馈的信道条件确定适当的MCS。MCS在通信过程中协商，用于在最大可能数据速率和最大可接受错误率之间取得平衡。图1提供了802.11n HT-OFDM的调制和编码方案示例:

正如您所看到的，使用较短的保护间隔，吞吐量增加了大约10%。请注意，随着更多的空间流投入使用，吞吐量会增加。

关于编码或信息率的一个词:回想一下我们之前关于卷积编码的讨论。在通信理论中，卷积编码被用作前向纠错码。假设码率为k/n，则每k位有用信息总共生成n位，即n-k位是冗余的。对于1/2、3/4或5/6的卷积码，分别在每一个、第三个或第五个位之后插入一个冗余位;然后，数据在接收端由专门的算法解码。此操作的目的是引入冗余，提高信息的可靠性，并通过纠正接收端的错误(如果有错误)来避免重传。关于该技术的完整讨论远远超出了本教程的范围，但是可以在web上找到更深入的解释。

Daniel E. Capano，康涅狄格州斯坦福德多元化技术服务公司的所有者和总裁，是认证无线网络管理员(CWNA)。可以联系到他dcapano@sbcglobal.net。Chris Vavra编辑，CFE Media制作编辑，控制工程，cvavra@cfemedia.com。