1.1 802.11n標准發展歷程
IEEE 802.11工作組意識到支持高吞吐將是WLAN技術發展歷程的關鍵點，基於IEEE HTSG (High Throughput Study Group)前期的技術工作，於2003年成立了Task Group n (TGn)。n表示Next Generation，核心內容就是通過物理層和MAC層的優化來充分提高WLAN技術的吞吐。由於802.11n涉及了大量的復雜技術，標准過程中又涉及了大量的設備廠家，所以整個標准制定過程歷時漫長，預計2010年末才可能會成為標准。相關設備廠家早已無法耐心等待這么漫長的標准化周期，紛紛提前發布了各自的11n產品(pre-11n)。為了確保這些產品的互通性，WiFi聯盟基於IEEE 2007年發布的802.11n草案的2.0版本制定了11n產品認證規范，以幫助11n技術能夠快速產業化。
1.2 技術概述
802.11n主要是結合物理層和MAC層的優化來充分提高WLAN技術的吞吐。主要的物理層技術涉及了MIMO、MIMO-OFDM、40MHz、Short GI等技術，從而將物理層吞吐提高到600Mbps。如果僅僅提高物理層的速率，而沒有對空口訪問等MAC協議層的優化，802.11n的物理層優化將無從發揮。就好比即使建了很寬的馬路，但是車流的調度管理如果跟不上，仍然會出現擁堵和低效。所以802.11n對MAC采用了Block確認、幀聚合等技術，大大提高MAC層的效率。
802.11n對用戶應用的另一個重要收益是無線覆蓋的改善。由於采用了多天線技術，無線信號(對應同一條空間流)將通過多條路徑從發射端到接收端，從而提供了分集效應。在接收端采用一定方法對多個天線收到信號進行處理，就可以明顯改善接收端的SNR，即使在接受端較遠時，也能獲得較好的信號質量，從而間接提高了信號的覆蓋范圍。其典型的技術包括了MRC等。
除了吞吐和覆蓋的改善，11n技術還有一個重要的功能就是要兼容傳統的802.11 a/b/g，以保護用戶已有的投資。
接下來對這些相關的關鍵技術進行逐一介紹。
2. 物理層關鍵技術
2.1 MIMO
MIMO是802.11n物理層的核心，指的是一個系統采用多個天線進行無線信號的收發。它是當今無線最熱門的技術，無論是3G、IEEE 802.16e WIMAX，還是802.11n，都把MIMO列入射頻的關鍵技術。
圖1 MIMO架構
MIMO主要有如下的典型應用，包括：
1) 提高吞吐
通過多條通道，並發傳遞多條空間流，可以成倍提高系統吞吐。
2) 提高無線鏈路的健壯性和改善SNR
通過多條通道，無線信號通過多條路徑從發射端到達接收端多個接收天線。由於經過多條路徑傳播，每條路徑一般不會同時衰減嚴重，采用某種算法把這些多個信號進行綜合計算，可以改善接收端的SNR。需要注意的是，這里是同一條流在多個路徑上傳遞了多份，並不能夠提高吞吐。在MRC部分將有更多說明。
2.2 SDM
當基於MIMO同時傳遞多條獨立空間流(spatial streams)，如下圖中的空間流X1,X2，時，將成倍地提高系統的吞吐。
圖2 通過MIMO傳遞多條空間流
MIMO系統支持空間流的數量取決於發送天線和接收天線的最小值。如發送天線數量為3,而接收天線數量為2，則支持的空間流為2。MIMO/SDM系統一般用“發射天線數量×接收天線數量”表示。如上圖為2*2 MIMO/SDM系統。顯然，增加天線可以提高MIMO支持的空間流數。但是綜合成本、實效等多方面因素，目前業界的WLAN AP都普遍采用3×3的模式。
MIMO/SDM是在發射端和接收端之間，通過存在的多條路徑(通道)來同時傳播多條流。有意思的事情出現了：一直以來，無線技術(如OFMD)總是企圖克服多徑效應的影響，而MIMO恰恰是在利用多徑來傳輸數據。
圖3 MIMO利用多徑傳輸數據
2.3 MIMO-OFDM
在室內等典型應用環境下，由於多徑效應的影響，信號在接收側很容易發生(ISI)，從而導致高誤碼率。OFDM調制技術是將一個物理信道划分為多個子載體(sub-carrier),將高速率的數據流調制成多個較低速率的子數據流，通過這些子載體進行通訊，從而減少ISI機會，提高物理層吞吐。
OFDM在802.11a/g時代已經成熟使用，到了802.11n時代，它將MIMO支持的子載體從52個提高到56個。需要注意的是，無論802.11a/g，還是802.11n，它們都使用了4個子載體作為pilot子載體，而這些子載體並不用於數據的傳遞。所以802.11n MIMO將物理速率從傳統的54Mbps提高到了58.5 Mbps(即54*52/48)。
2.4 FEC (Forward Error Correction)
按照無線通信的基本原理，為了使信息適合在無線信道這樣不可靠的媒介中傳遞，發射端將把信息進行編碼並攜帶冗余信息，以提高系統的糾錯能力，使接收端能夠恢復原始信息。802.11n所采用的QAM-64的編碼機制可以將編碼率(有效信息和整個編碼的比率)從3/4 提高到5/6。所以，對於一條空間流，在MIMO-OFDM基礎之上，物理速率從58.5提高到了65Mbps(即58.5乘5/6除以3/4)。
2.5 Short Guard Interval (GI)
由於多徑效應的影響，信息符號(Information Symbol)將通過多條路徑傳遞，可能會發生彼此碰撞，導致ISI干擾。為此，802.11a/g標准要求在發送信息符號時，必須保證在信息符號之間存在800 ns的時間間隔，這個間隔被稱為Guard Interval (GI)。802.11n仍然使用缺省使用800 ns GI。當多徑效應不是很嚴重時，用戶可以將該間隔配置為400，對於一條空間流，可以將吞吐提高近10%，即從65Mbps提高到72.2 Mbps。對於多徑效應較明顯的環境，不建議使用Short Guard Interval (GI)。
2.6 40MHz綁定技術
這個技術最為直觀：對於無線技術，提高所用頻譜的寬度，可以最為直接地提高吞吐。就好比是馬路變寬了，車輛的通行能力自然提高。傳統802.11a/g使用的頻寬是20MHz，而802.11n支持將相鄰兩個頻寬綁定為40MHz來使用，所以可以最直接地提高吞吐。
需要注意的是：對於一條空間流，並不是僅僅將吞吐從72.2 Mbps提高到144.4(即72.2×2 )Mbps。對於20MHz頻寬，為了減少相鄰信道的干擾，在其兩側預留了一小部分的帶寬邊界。而通過40MHz綁定技術，這些預留的帶寬也可以用來通訊，可以將子載體從104(52×2)提高到108。按照72.2*2*108/104進行計算，所得到的吞吐能力達到了150Mbps。
2.7 MCS (Modulation Coding Scheme)
在802.11a/b/g時代，配置AP工作的速率非常簡單，只要指定特定radio類型(802.11a/b/g)所使用的速率集，速率范圍從1Mbps到54Mbps,一共有12種可能的物理速率。
到了802.11n時代，由於物理速率依賴於調制方法、編碼率、空間流數量、是否40MHz綁定等多個因素。這些影響吞吐的因素組合在一起，將產生非常多的物理速率供選擇使用。比如基於Short GI,40MHz綁定等技術，在4條空間流的條件下，物理速率可以達到600Mbps(即4*150)。為此，802.11n提出了MCS的概念。MCS可以理解為這些影響速率因素的完整組合，每種組合用整數來唯一標示。對於AP，MCS普遍支持的范圍為0-15。
2.8 MRC (Maximal-Ratio Combining)
MRC和吞吐提高沒有任何關系，它的目的是改善接收端的信號質量。基本原理是：對於來自發射端的同一個信號，由於在接收端使用多天線接收，那么這個信號將經過多條路徑(多個天線)被接收端所接收。多個路徑質量同時差的幾率非常小，一般地，總有一條路徑的信號較好。那么在接收端可以使用某種算法，對這些各接收路徑上的信號進行加權匯總(顯然，信號最好的路徑分配最高的權重)，實現接收端的信號改善。當多條路徑上信號都不太好時，仍然通過MRC技術獲得較好的接收信號。