802.11a OFDM symbol

好久没更新了,前段时间是在工作组的空间内更新一些内容,比较杂乱,有一些有价值的内容还是整理的博客上。

这里整理的主要是802.11a的symbol的结构,因为这一块除了一些外文书和协议本身有写,总结的倒不多,而且也没有补充图示,所以这里补充下(画图花了不少时间,如果转载的话还请注明下转自偶这,辛苦辛苦,如有错误,还请指出)。Written by Edward Xu(http://blog.csdn.net/rs_network)
802.11a OFDM symbol
在802.11系列协议中,除了最早的802.11b和802.11这两个版本有支持DSSS/FHSS(实际上802.11b仅有DSSS模式)模式外,其他除了为了保留对802.11b的终端的兼容性,即802.11g(采用不同调制的,RTS/CTS模式进行兼容),其他都是基于OFDM的形式进行设计。而一旦OFDM就会拉扯到频域和时域的对应关系,所以帧结构就会有一些让人混乱的感觉,所以这里选择802.11a作为一个例子,802.11g和802.11a的结构基本相同,而802.11n/802.11ac则是引入MIMO了之后,有不少区别,所以后续再进行些补充。

在802.11a中,物理层的帧组成单位还是bit,不过实际过程中,其实际上是由OFDM symbol组成的。其主要区别在于,bit是一个个传输的,而OFDM symbol是一组一组传输的,每一个OFDM symbol的传输,一共可以传递48个bit(这里不考虑编码效率)。之所以是48个我们就需要从OFDM symbol的结构进行解释:

在OFDM传输中,发送方通过IFFT生成一个64点的OFDM symbol,IFFT的输入变量是64个并行的bit,实际上就是对应到64个子载波的,而这64个子载波即对应第一张图,子载波的结构,IFFT对应64点,也就是一次转换长度为64的并行数据,至64bit长的序列,中间如果子载波不使用则补零。在802.11a中,实际子载波数目有52个,其中4个作为导频,48个作为数据子载波。子载波的间隔是312.5kHz(实际上这个值是等于20MHz/64,其中20MHz是信道带宽,而64是64个FFT/IFFT采样点),从而312.5KHz*53≈16.66MHz(即【1.875MHz~18.4375MHz】)。PS:(由于这里还包含了一个DC偏置,即最中间的那个子载波是作为DC偏置放那的,没有当数据子载波去使用,所以这里的范围是到18.4375MHz,而不是18.125MHz)。而一个完整的信道是20MHz,大致是64个子载波(多余的部分是保护间隔,即左边的序号最低的6个子载波,以及最高的5个,之所以其不对称,是因为右边的一个保护子载波在DC的时候实际上已经用过了)。而为什么子载波间隔是312.5kHz是由于WLAN的覆盖范围决定的,如果覆盖范围越大,那么信号的时延扩展就越大,相干带宽就越小,从而子载波间隔就变小,如LTE的子载波一般是15kHz。而WIFI的覆盖范围适中,所以其带宽设置为312.5kHz。

通过IFFT变换后(接收方接收后进行FFT变换,这里主要是结构,所以仅仅关注一边),在时域上,这是一个长64个样本点的序列。由于802.11a的带宽是20MHz,换言之,就是每0.05us发送一个样本点,所以发送完64个样本点的时间就是64*0.05=3.2us【这里也有一个没有理解的部分是为什么很多称之为一般CP模式。通常3.2us的OFDM symbol被称为一般CP模式,但是这里没有CP复制长度即达到3.2us了,所以不大清楚其表述】。在时域上还有另外一种,则是被称为扩展CP模式(实际上这个模式才包含了CP),CP的添加实际上降低的同步需求,对于一些移动以及大范围的场景比较实用(即数据帧只要在CP时间内达到即算是同步)。其做法是首先在每一个发送数据包头部添加0.8us的GI(保护间隔),为了防止ISI(Inter-Symbol Interference,符号间干扰)的发生(至于细节这里暂不加以叙述),然后把数据包的末尾0.8us,搬移至保护间隔部分,即是CP(循环前缀,由于是从后面往前面搬,则类似于循环移位),CP主要是防止ICI(Inter-Channel Interference,载波间干扰),其是由于OFDM解调时,需要满足完整周期的特性(细节这里也暂且省略下)。所以这里添加完CP之后的序列,总时间长度是4us。

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