WIFI基础入门--802.11g--增强速率物理层ERP--20

1.802.11g的组件

802.11g其实是将好几种物理层规范合而为一。虽然统称为增强速率物理层(Extended Rate PHY简称ERP)，但是实际上ERP有好几种不同的方式：
ERP-DSSS与ERP-CCK
这两种模式向下兼容于原始直接序列规范(1Mbps与2Mbps)，以及所提到的802.11b规范(5.5Mbps与11Mbps)。为了向下兼容，在规范上必须稍作改动。
ERP-OFDM
这是802.11g的主要模式。基本上，它是在ISM频带(2.4GHz)中执行802.11a，不过为了向下兼容，在规范上必须稍作改动。它所支持的速率如同802.11a：6、9、12、18、24、36、48与54Mbps。其中6、12与24Mbps为必要的传输速率。
ERP-PBCC
这是802.11b的PBCC标准的可选增强功能，提供22与33Mbps的数据率。虽然属于标准的一部分，不过市面上大多数芯片组并未实现这种模式，也未得到广泛使用。
DSSS-OFDM
这是一种混合模式，封包数据是以DSSS标头进行编码，有效载荷则是以OFDM进行编码。之所以开发这种模式，部分原因是为了提供向下兼容性。虽然802.11b无法识别经OFDM调制的内容，但可根据标头所提供的信息来判断封包的持续时间。

保护机制

保护机制是802.11b与802.11g的一项主要差异。之所以需要保护机制，是因为实现这两种规范的芯片组之间存在一种非对称性。802.11g所使用的调制机制与802.11b的不同。802.11g芯片必须向下兼容并且能够正确接收与解读802.11b信号。反之则不然，802.11b芯片组无法解读较高速的802.11g信号。解决方案的第一个部分，是要求802.11g工作站在基本服务集进行传输时使用所有工作站均支持的速率。如果接入点必须同时服务802.11b与802.11g工作站，传送Beacon帧时就不能使用高于11Mbps的数据率。解决方案的第二个部分，则是要避免802.11g与802.11b网络互相干扰。为了确保802.11b工作站能够得知802.11g正在进行传输，802.11g制定了一种保护机制以保护802.11b工作站免于受到干扰。为了避免在OFDM帧及其响应信息传送期间造成干扰，必须传送一个较慢的帧来更新NAV。保护机制主要有两种。通常，802.11g工作站是使用反身CTS保护(CTS-to-self protection)机制，当工作站必须为待传帧采用保护机制时，就会发送一个CTS帧并且将接收端地址设为本身的MAC。第二种机制是采用完整的RTS/CTS交换。
为了确保网络上所有工作站均能接收与处理保护帧，必须依循802.11b规范来传送保护帧。传送时可以使用1Mbps或2Mbps的相移键或者5.5Mbps或11Mbps的CCK。所有802.11b工作站均了解这种调制方式，并能据此更新本身的虚拟载波监听。
凡是需要确保802.11g工作站不会干扰802.11b工作站的场合，就得启用保护机制。
保护机制是通过Beacon帧中的ERP信息元素来控制。802.11g在Beacon帧的信息元素中加入了一个Use Protection位。只要此位设定为1，工作站就必须使用保护机制。当一个非802.11g工作站关联到无线局域网时，此保护位就会被设定。负责发送Beacon帧的工作站必须负责判断是否启用保护机制。在基础结构型网络里，保护机制是由接入点所掌控；在独立型网络中，则是由Beacon发送者负责。每当非802.11g工作站关联到网络，或者该区有非802.11g工作站正在进行传输时就会启动保护机制。要判断工作站是否具备802.11g能力，可以由重叠网络所接收到的管理帧(包括Beacon与Probe Response帧)加以推断，观察其中是否包含802.11g所支持的速率。
虽然802.11g能够达到802.11a的速率，不过保护机制所占用的额外传输时间或许会让有效载荷数据吞吐量腰斩一半。

2.ERP物理会聚过程(PLCP)

ERP-OFDM的成帧

此模式可以说是本规范的核心，所有工作站均需实现此模式。一般所谓"支持802.11g"即指ERP-OFDM，因为大多数工作站默认使用此模式。
ERP-OFDM物理层所使用的帧格式几乎和802.11a完全相同，ERP-OFDM使用相同的逻辑协议数据单元，事实上，它与802.11a的唯一差别在于其后伴随6微秒的闲置时间。这段用来组装帧逻辑架构的时间称为信号扩展。

单播帧成帧

传统的成帧方式可同时用于封装二进制卷积编码以及DSSS-OFDM物理层。旧式的802.11b工作站也能够解读帧头，因此可以避免在传输进行时访问媒介，也无需用到保护机制。

PBCC编码

要使用PBCC传送帧，帧数据必须先经过卷积编码。帧会被拆解成2位一组的元素，经过卷积编码，最后会输出3个位。每一组3位的块会通过8PSK映射到一个符号。接收器只是反转整个过程，将每个相移转换为8种符号之一。将符号转换为3位序列后，通过卷积编码移除冗余的位，然后还原出原始数据。

DSSS-OFDM成帧

DSSS-OFDM是一种混合型的成帧技术。较上层封包以OFDM编码，经OFDM调制的封包则是以传统的单载波标头封装，标头依802.11b标准进行传输(包含802.11b所使用的数据扰频器)，帧主体则是通过OFDM加以调制，虽然编码方式类似802.11a，不过DSSS-OFDM成帧移除了一开始的短训练序列。它新增了一个6微秒的信号扩展字段，以便有充足的时间完成卷积解码过程。PLCP标头结束后必须从直接序列调制转换为OFDM，从无线电工程的角度来看颇为复杂。

3.ERP的物理媒介相关(PMD)

一旦PLCP帧准备就绪，便会通过PMD(物理媒介相关)加以发送。PMD负责取得数据并经由天线传送。由于可使用的调制机制种类颇多，802.11g收发器必须实现好几种不同的传输模式并在必要时进行切换。

空闲信道评估(CCA)

802.11g只定义了一种CCA模式，除了检查能量的最低阀值，也用来解读信号。在传输时隙开始时，若接收到功率高于-76dBm的信号，则视为有效信号。在性能要求方面，在特定时间内，物理层正确汇报媒介处于忙碌状态的几率必须大于某个数值。802.11g的CCA性能需求

类型	长时隙(20us)	短时隙(9us)
CCA时间	15us	4us
检测几率	>99%	>90%

CCA与PLCP级的虚拟载波监听机制整合在一起。接收到PLCP标头时，其中会包含length字段，显示媒介将忙碌多长时间。这段时间内，物理层将持续汇报媒介处于忙碌状态，就算物理层信号已经漏失。之所以采取这种做法，部分是因为并非所有实现均支持所有的传输模式，因此物理层正确地避免干扰其所无法解调的传输就相当重要了。

接收过程

相对较与其他标准，802.11g工作站的接收过程比较复杂，因为必须顾及向下兼容性。接收帧时，802.11g工作站必须使用正确的物理层加以检测与解调。
1.帧的前导码究竟属于OFDM还是802.11b所使用的传统单载波，以OFDM调制的帧将使用与802.11a帧相同的过程处理，只是所使用的接收频率不同。
2.如果不是OFDM帧，则必须对前导码进行解码，然后在前导码的结尾找出PLCP Signal与Service字段
3.PLCP标头经过解码后，便可以采用适当的调制方式对帧主体进行解调。
a.如果Service字段显示此帧是以PBCC调制的，便会触发PBCC接收过程。
b.如果Service字段并未显示任何使用PBCC的迹象，便会进一步查看数据率。若数据率为1Mbps与2Mbps，则以DSSS接收算法进行处理；所数据率为5.5Mbps与11Mbps，则以CCK接收算法进行处理。
c.如果Signal字段显示数据率为3Mbps，则使用DSSS-OFDM接收过程。PLCP标头结束后即切换为OFDM解调器。

ERP物理层的特性

802.11g与802.11a的特性十分相似，只有一项比较值得注意的例外。虽然802.11g的信道性能与802.11a相当，但只有三个信道可用。就算每个信道以最高速率运行并且达到50%的效率，整体吞吐量也只有81Mbps。虽然这个数字不差，但仍然无法和802.11a相提并论。ERP物理层参数如下：

参数	值	备注
最大MAC帧长度	4095byte	无
时隙时间	20us/9us	如果网络上只有802.11g工作站，便可以缩短时隙时间，从兼容于802.11b的20us，缩短为802.11a所使用的9us
SIFS时间	10us	SIFS可用来推演出其他帧间间隔值(DIFS、PIFS以及EIFS)
信号扩展时间	6us	每个802.11g封包均伴随此信号扩展时间
竞争窗口的大小	15或31至1023个时隙	如果工作站只支持802.11b，为了兼容必须使用31个时隙；否则可以使用较短的竞争窗口
前导码持续时间	20us	无

WIFI基础入门–802.11n–MIMO-OFDM-WWiSE–21

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