WIFI基础入门--802.11--直接序列物理层DSSS--12

1.直接序列传输
2.编码方式
3.无线电频谱
- 3.1 信道能量的分布
- 3.2 邻道抑制与信道隔离
- 3.3 最大吞吐量(理论值)
- 3.4 干扰响应
4.差分相移键控(DPSK)
- 4.1 差分二进制相移键控(DBPSK)
- 4.2 差分正交相移键控(DQPSK)
5."原本的"直接序列物理层
- 5.1 PLCP的成帧(Framing)与处理
- - 5.1.1 DS PMD子层
  - - 5.1.1.1 以1.0Mbps进行传输
    - 5.1.1.2 以2.0Mbps进行传输
  - 5.1.2 DS PHY的CS/CCA
- 5.2 DS PHY的特性

1.直接序列传输

直接序列传输是一种不同的扩频技术，可以通过较宽的频带传送信号。直接序列技术的基本运作方式，是通过精确地控制将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。
窄带无线电信号经过扩频器的处理后，以数学转换公式将窄带输入信号的振幅平坦化，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寻找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。
从更高的水平来看，相关器只是在寻找影响整个频带的RF信号变动。相关器所提供的防护使得直接序列传输可以抗拒很多干扰。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。
较高的扩频率可以提高信号的还原能力，不过需要使用较高的碎片率及较宽的频带。增加碎片率需要付出两种成本。直接成本就是必须使用价格比较昂贵、可以在较高频率运作的RF零件，而间接成本则是所需要的带宽。因此在设计直接序列系统时应该尽量将扩频率压低，这样在符合设计需求的同时还可以避免浪费带宽。
直接序列调制是以带宽交换传输量。相对于传统的窄带传输，直接序列调制显然需要更多无线电频谱，速度也比较慢。不过，它通常可以跟其他干扰源共存，因为接收器的相关函数有效排除了窄带噪声。相比较于跳频，直接序列技术也比较容易提升吞吐量。使用较宽的频带可以达到较高的传输率，不过较宽的频带需要使用较高的碎片率。

2.编码方式

802.11采用11位的Barker word作为扩频码(PN code)。

3.无线电频谱

相比较于FH PHY，DS PHY所使用的信道较宽。DS PHY在2.4-GHz频带使用了14个信道，每个信道的带宽为5MHz。信道1位于2.412GHz，依次类推位于2.472GHz的信道13。信道14是特别针对日本所定义的，其中心频率与信道13的中心频率相差12MHz。各管制区所使用的信道：

管制区	可用信道
美国(FCC)/加拿大(IC)	1至11(2.412~2.462GHz)
欧洲，不含西班牙(ETSI)	1至13(2.412~2.472GHz)
西班牙	10至11(2.457~2.462GHz)
日本(MIC)	1至13(2.412~2.462GHz)与14(2.484GHz)

3.1 信道能量的分布

每个信道中，大部分的能量会分布在22MHz的频带。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。通过传送滤波器，可将大部分的RF能量限制在22MHz频带。欧洲的管制单位限定最高的辐射功率只能为100毫瓦，美国的FCC则允许使用1000毫瓦的辐射功率。如果使用定向天线，甚至可以将能量集中为更高的辐射功率。

3.2 邻道抑制与信道隔离

为了避免干扰，必须在频域中对802.11设备加以隔离。最初的规范说明书要求相距30MHz的两个邻近信号必须有35dB的抑制值，不过802.11b将相邻信道间距缩短为25MHz。要测量邻道抑制值，可以在信道的中心频率输入一个极速信号(maximum-speed signal)。
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，不过信道间相对接近，真实信号必须加以隔离以避免干扰。802.1b标准认为25MHz(5个信道)的间隔已经足够。在所谓的非重叠信道(1，6与11)上进行传输时的频谱屏蔽。
信道间的重叠部分越多，相邻信道的无线电操作就越容易受到干扰。干扰太多会导致载波监听机制报告媒介处于忙碌状态或者导致传送中的帧损毁。

3.3 最大吞吐量(理论值)

如果使用DS PHY的信号处理技术，那么最大吞吐量将是所用频率空间的函数。粗略而言，ISM频带的带宽为80MHz。若扩频率为11，则最大位率大概比7Mbps稍微多一些。不过，这是指使用一个信道的情况，而且产品必须使用频率为77MHz的振荡器来产生扩频码。高频设备相对耗费电池的电力，而且使用这么高的编码率必须用掉整个频带，对可用频谱而言这简直是最糟的浪费。要达到较高的吞吐量，必须使用较复杂的技术。802.11b只是稍微增加了符号率，但它使用较复杂的编码技术，在吞吐量方面将可获得更大的进展。

3.4 干扰响应

比起跳频信号，经过直接序列调制的信号更能抵抗干扰。相关处理让直接序列系统可以更有效率地解决窄带干扰的问题。每个位使用11个碎片，允许漏失或损毁几个碎片而不损失数据。至于直接序列系统的缺点，在于响应噪声的能力并不会递增。相关器在某种程度可以除去噪声，但是如果干扰对频带的遮蔽率过高，将无法还原任何信号。
比起跳频系统，直接序列系统更能有效避免妨碍到频带优先用户。经过直接序列处理后，信号比较宽，振幅也比较小，对传统窄带接收器而言有如随机背景噪声。如果同地区的两位用户所选用的字节序列信道相隔太近，使用上就会产生问题，一般而言，不等频带优先用户察觉，直接序列设备互相干扰的问题就已事先浮出台面。

4.差分相移键控(DPSK)

差分相移键控(Differential Phase Shift Keying，简称DPSK)是802.11直接序列系统的基础。正如其名，它是以传输信号的相位差对数据进行编码。在PSK中，波形的绝对相位并不重要，重要的是相位的相对变动。和频移键控一样，PSK也可以抗拒干扰，因为干扰通常只会影响振幅。

4.1 差分二进制相移键控(DBPSK)

形式最简单的PSK使用两种载波，它们彼此间偏移半个周期。其中一个波称为参考波，所对应的编码为0；偏移半个周期的波所对应的编码为1。

4.2 差分正交相移键控(DQPSK)

和DPSK一样，DBPSK也受限于每个符号只能编码一个位，较先进的接收器与传送器可以使用一种称为"差分正交相移键控"的技术。

5."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(PHY-dependent)的成帧操作，而物理媒介相关(PMD)则负责帧的实际传送。

5.1 PLCP的成帧(Framing)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(PLCP service data unit，简称PSDU)。

5.1.1 DS PMD子层

PMD(物理媒介相关)是相对复杂且冗长的规范，其中包含两种数据率(1.0Mbps与2.0Mbps)的相关规定。

5.1.1.1 以1.0Mbps进行传输

就低数据率而言，DS PMD可用1.0Mbps的速率传送数据。来自MAC的帧加上PLCP标头后，即会对整个单元进行扰频。所产生的位序列使用DBPSK以每秒100万个符号的速度进行编码，然后通过物理接口传送。和FH PMD一样，DS PMD有最低功率的限制。如果要符合管制要求，可将功率设定为100mW。

5.1.1.2 以2.0Mbps进行传输

和FH PHY一样，以2.0Mbps进行传输使用了两种编码机制。PLCP前导码和标头使用DBPSK以1.0Mbps的速率进行传送。虽然使用较低速率传送标头会降低有效吞吐量，不过DBPSK更能容忍噪声与多径干扰。前导码与标头传送完毕后，PMD就会切换为DQPSK调制，开始提供2.0Mbps的服务。和FH PHY一样，大多数实现2.0Mbps传输率的产品可以在检测到干扰时切换回低速的1.0Mbps服务。

5.1.2 DS PHY的CS/CCA

802.11允许CS/CCA(载波监听/空闲信道评估)功能以下列其中一种模式运作：
Mode 1
当能量超过能量检测阀值时，它会汇报媒介处于忙碌状态。ED阀值因传输功率而异。
Mode 2
采用Mode 2的实现产品必须搜寻真正的DSSS信号。如果检测到，就算信号低于ED阀值，也会汇报该信道处于忙碌状态。
Mode3
Mode 3结合了Mode 1与Mode 2。所检测到的信号必须具备足够能量，才会向上一层汇报信道处于忙碌状态。
一旦信道被视为忙碌，在预定传输的时间内就会一直处于忙碌状态，即使信号已经遗失。传输持续时间由Length字段取得。汇报媒介是否忙碌必须非常迅速。一旦在竞争窗口时隙的开始检测到信号，CCA机制就必须报告媒介处于忙碌状态，直到这段时间结束。之所以必须设定较高的性能要求标准，是因为一旦工作站在竞争延迟结束后开始进行传送时，就得持续掌握媒介，其他工作站必须暂缓访问媒介，直到帧传送完毕。

5.2 DS PHY的特性

DS PHY还有一些参数可供调整，让802.11直接序列系统中各部分的延迟得以保持均衡，其中包括MAC，PLCP，收发器的延迟变量以及收发器电子零件个别变异的相关变量。同一区域中所有直接序列网络的整体吞吐量比该区所有非重叠的跳频系统低。整体吞吐量是互不重叠信道数的函数。DS PHY参数如下：

参数	值	备注
时隙时间	20us	无
SIFS时间	10us	SIFS可用来推演出其他帧间间隔值(DIFS、PIFS以及EIFS)
竞争窗口的大小	3至1023个时隙	无
前导码持续时间	144us	前导码符号以1MHz的速率进行传输，因此传输每个符号需要1微秒，144个位则需要144个符号时间
PLCP标头持续时间	48us	PLCP标头有48个位，因此需要用到48个符号时间
最大MAC帧	4至8092个字节	无
最低灵敏度	-80dBm	无
邻道抑制	35dB	无

和FH PHY一样，DS PHY中有些属性可供厂商调整，让系统各部分的延迟时间能够保持均衡，其中包括MAC，PLCP，收发器的迟延变量以及收发器电子零件中个别变异的相关参数。

WIFI基础入门–802.11–高速直接序列物理层(HR/DSSS)–13

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