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  • 12.直接序列物理层

    1.直接序列传输

    直接序列技术的基本运作方式,是通过精确的控制将RF能量分散至某个宽频带。当无线电载波的变动被分散至较宽的频带时,接收器可以通过相关处理找出变动所在。
    传统的窄带无线电信号。信号经过扩频器的处理后,以数学转换公式将窄带信号的振幅平坦化,分布至相对较宽的频带。对窄带接收器而言,经过直接序列扩频处理的信号就像一些低电平噪声,因为RF能量已经被扩展至较宽的频带。直接序列传输的关键是RF载波的任何调制也同时被扩展至整个频带。接收器可以监视某个宽频带并找寻影响整个频带的变动所在。原始信号可以通过相关器还原,只要逆转整个扩频过程即可。

    2.相关处理扩展噪声

    噪声通常是以突波或脉冲形式出现,相对而言所占的频带较窄。在定义上,这类脉冲并不会影响整个频带。因此,相关函数会将噪声扩展至整个频带,所以经过相关处理的信号完全不受影响。

    3.802.11直接序列网络的编码方式

    802.11 采用11位的Barker World作为扩频码(PN code)。Barker World的关键属性就是具备良好的自动相关性质,即接收器所使用的相关函数在绝大多数环境中的表现均合乎预期,而且能容忍多径衰落。

    4.信道能量的分布

    因为DS PHY使用的是11MHz的芯片时钟频率,能量会从信道中心以11MHz的倍数分散出去,为了避免干扰相邻的信道,第一个旁瓣会经过处理,使之小于信道中心频率能量30dB。第二个旁瓣经过处理,使之小于信道中心频率能量50dB。这相当于分别将能量降低1000倍和100000倍。

    5.邻道抑制与信道隔离

    邻道抑制也会影响同一时间内可用的信道数。虽然使用ISM频带的802.11网络定义了14个信道,不过信道间相当接近,真实信号必须加以隔离以避免干扰。802.11b标准认为25MHz(5个信道)的间隔就已经足够。

    6.最大吞吐量(理论值)

    如果使用DS PHY的信号处理技术,那么最大吞吐量将使所用频率空间的函数。粗略而言,ISM频带的带宽为80MHz。若扩频为11,则最大位率大概比7Mbps稍微多一些。

    7.“原本的”直接序列物理层

    物理层本身包含了两个组件。物理层会聚过程(PLCP)会在传送之前进行与物理层相关的成帧操作,而物理媒介相关(PMD)则负责帧的实际传送

    8.PLCP的成帧(Frameing)与处理

    DS PHY所使用的PLCP会在MAC传来的帧之前加上标头,其中包含了6个字段。以ISO参考模型的术语来讲,从MAC传来的帧属于PLCP服务数据单元

    Preamble(前导码)

    前导码用来同步发射器与接收器,以维持两者之间的定时关系。前导码是由Sync以及SFD两个字段组成。传送之前,前导码会经过直接序列扰频程序进行扰频

    Sync(同步)

    Sync字段的长度有128个位,每个位的值均为1。Sync字段传送之前会经过扰频。

    Start Frame Delimiter(起始帧定界符,简称SFD)

    SFD可让接收器得知帧从何处开始,即同步位在传送过程中有所遗漏。此字段被设定为0000 0101 1100 1111

    Header(标头)

    前导码之后紧跟着的是PLCP标头。此标头包含了PLCP所使用的物理层专属参数,由5个字段组成:一个编码代表速度的信号字段(Signal),一个服务标识符字段(Service),一个长度字段(Length)以及一个这校验序列。

    Signal(信号)

    接收器可用Signal字段来标识所封装的MAC这使用何种传输率。

    Service(服务)

    保留,设定为0

    Length(长度)

    设定为传送一个帧所需要的微秒数,以16位的无符号整数来表示。由最低位开始传送至最高位。

    CRC(循环冗余校验)

    9.DS PMD子层

    PMD(物理媒介相关)其中包含两种数据率(1.0Mbps与2.0Mbps)的相关规定

    10.DS PHY的CS/CCA

    802.11允许CS/CCA(载波监听、空闲信道评估)功能

    Mode 1

    当能量超过能量检测(energy detection,简称ED)阈值时,它会汇报媒介处于忙碌状态。

    Mode 2

    采用Mode 2的实现产品必须搜寻真的DSSS信号。如果检测到,就算信号低于ED阈值,也会汇报该信道处于忙碌状态。

    Mode 3

    Mode 3结合了Mode 1和Mode 2.所检测到的信号必须具备足够能量,才会向上层汇报信道处于忙碌中。

    一旦信道被视为忙碌,在预定传输时间之内就会一直处于忙碌状态,即使信号已经遗失。

    11.高速直接序列物理层(HR/DSSS PHY)

    为了与原本的直接序列物理层有所区别,以11Mbps运行的高速物理层被简称为HR/DSSS。和前者一样,HR/DSSS分为两个部分:PLCP负责准备传送所需要的帧,PMD则负责将之转化为无线电波。

    12.HR/DSSS PLCP的成帧格式

    802.11b规定,回复Probe Request(探查请求)主动扫描的工作站必须使用相同的PLCP标头加以响应。如果某个只支持长PLCP标头的工作站送出Probe Request,接入点就必须以长标头加以响应,就算该BSS设定时使用的是短标头。

    Preamble(前导码)

    帧的前导码有Sync和SFD组成

    Long Sync

    Long Sync字段由128个内容为1的为所组成。不过在传送之前,此字段会先经过扰频器处理,高速系统使用特定值作为扰频函数的随机数种子(seed),不过也可以向下兼容,支持不指定随机数种子的旧式系统。

    Short Sync

    Short Sync字段由56个内容为0的位组成。和Long Sync一样也需要先经过扰频器处理。

    Long SFD

    Long preamble以SFD来宣告Sync字段的结束。

    Short SFD

    为了避免和Long SFD混淆。

    其他的和DSSS PLCP的成帧格式差不多

    13.空闲信道评估

    高速的实现版本在CD/CCA操作模式上也有三种选择。
    Mode 1与DS PHY的CCA Mode 1相同,Mode 2与Mode 3只用于原来的DS PHY,Mode 4与Mode 5则是HR/DSSS专属的CCA模式。

    Mode 4

    Mode 4是用来找寻真实信号。一旦被触发,实现Mode 4 CCA的产品会启动一个3.65ms的定时器,然后开始倒计时。如果在定时器结束时并未发现有效的HR/DSSS信号,媒介就被视为处于空闲状态。365ms相当于以5.5Mbps传送最大可能帧所需要的时间。

    Mode 5

    Mode 5结合了Mode 1和Mode 4.所检测到的信号必须有足够的能量,才会向上层协议汇报处于忙碌状态。

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