802.11物理层详解

802.11a/g物理层是用OFDM来实现的，因此可以提供比802.11b更高的数据速率，数据速率最高可达54Mbps。下表为OFDM的主要参数

下面就以802.11a协议来说明物理层信号发射的编码、OFDM调制过程。 802.11a的PPDU数据单元的格式为：

数据包包括Preamble、Header以及PSDU DATA部分。在MAC层请求物理层要求发送数据时，会发送TXVECTOR矢量，物理层收到请求后产生PLCP preamble域，Preamble由10个重复的短训练序列（用于AGC、信号检测、粗频率偏移估计以及符号定位）和2个重复的长训练序列（精频率偏移估计、信道估计）构成。报头的第一部分包含了1 0 个重复的持续时间为800ns 的短训练符号，它的时间长度仅为正常OFDM 符号时间长度的1/4（OFDM符合时间长度为3.2uS）。短训符号由12个子载波组成，对应的编号均为4 的倍数，即{-24、-20、-16、-12、-8、-4、4、8、12、16、20、24}号子载波，用序列S–26, 26 = √(13/6) ??{0, 0, 1+j, 0, 0, 0, –1–j, 0, 0, 0, 1+j, 0, 0, 0, –1–j, 0, 0, 0, –1–j, 0, 0, 0, 1+j, 0, 0, 0, 0,0, 0, 0, –1–j, 0, 0, 0, –1–j, 0, 0, 0, 1+j, 0, 0, 0, 1+j, 0, 0, 0, 1+j, 0, 0, 0, 1+j, 0,0}来进行调制。使用短训符号有两个原因:（1）在信号开始处使用短训符号可以方便地进行信号检测和自动增益控制， 因为检测分组包出现的一种简单方式就是将信号本身和经短时间延时后的信号做相关性检测， 当相关性超过某一门限值时表示检测到分组包;（2）短的信号周期使做粗略的大范围的频率偏移估计成为可能，通过

计算2个连续的周期为800ns的信号之间的相位偏移，可以估计出最高范围为625kHz（1/2 ×800ns）的频率偏移。如果使用正常长度的OFDM符号，则只能计算出最大156kHz（1/2 × 3.2 μ s）的频率偏移，相对于5.8GHz的频率也就是2.6×10-7，而规范中允许每用户最大频偏可达到2 ×10-7，双向之和即为4 × 10-7（>2.6 × 10-7），显然长训练符号不能满足要求。第二部分是由两个时间长度为正常OFDM 符号时间长度的长训练符号和1.6μ s的保护间隔构成，长训符号的主要作用是进行精确频率偏移估计和信道估计。精确频率偏移估计是利用粗频率偏移估计的结果进行的，首先用粗频率偏移估计的结果对信号进行频率补偿， 然后计算两个连续信号间的相位偏移从而得出精确频率偏移估计。信道估计则是进行相干解调的基础，其目的是找出相干解调的参考幅度和相位。 而长训符号可以采用将两个相同信号加权平均的方法获得噪声功率比正常信号的噪声功率低3dB的优势，容易获取相干解调参数。同时长训符号的峰值与平均值之比也小于数据信号，这也保证了长训符号受到放大器非线性失真的影响更小。

从MAC发送TXVECTOR矢量中RATE, LENGTH, 和SERVICE域产生PLCP header，header中的数据经过卷积编码、交织、BPSK调制、导频插入、傅立叶变换处理后生成一个

OFDM symbol。

由TXVECTOR的RATE域来计算每个OFDM符号所含的data位(NDBPS)、编码率、每个OFDM子载波所含的编码数据位(NBPSC)以及每个OFDM符号的所含的编码位数。（说明：以MAC层要求发送36Mbps的数据为例，36Mbps的编码率为3/4，3bits的Data输入，通过编码交织后输出4位的编码；由于采用16QAM的调制，输出的4位编码数据调制成一个复数，一个复数对应一个子载波，所以NBPSC的值为4；因48个复数一组，调制成一个OFDM符号，所以NCPSC的值为192[48×4]；也由与编码率的3/4，所以所以NDPSC的值为144[192×3/4]）

在Header SERVICE域后加入PSDU数据，并在PSDU后面追加若干位（至少6位）“0” bit，使数据长度为NDBPS的整数倍，由此组成发送数据包的DATA部分。

用伪随机非零数据初始化扰码器，产生扰码序列，并与前面添加过“0” bit的发送的数据流进行XOR处理。然后对进行扰码过后的数据进行卷积编码。把编码过后的数据按照NCBPS位的数据一组进行分组，在每一组内进行交织处理。交织处理完成后，每个NCBPS数据位组根据相应数据速率对应的调制方式进行调制，产生一个复数。然后把每48个复数分成一组，并依次按0～47进行编号，映射到编号为–26 到 –22, –20到–8, –6到–1, 1到6、8到20, 和 22到26的48个子载波上；子载波–21, –7, 7, 和 21用于导频插入，0载波由于跟中心频率有关，未使用以0值填充，此52个子载波经过IFFT转换到时域。

下面三个图简单描述了一下FFT和IFFT是如何实现OFDM的（第一个图和第二图分别表示子载波3rd、4th单独的FFT和IFFT变换，第三个图表示3rd、4th两个子载波同时的FFT和IFFT变换）：

经过IFFT后的波形，加入保护间隔，并应用时间窗口，产生一个4us时间长度符号。从SIGNAL符号开始，按照同样的信号处理过程产生一个又一个的OFDM符号，形成的复数基带信号通过射频处理后发射出去。如下图所示：

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