Физический уровень стандарта 802.11g

114 
конкурирующих технологий: метод ортогонального частотного разделения OFDM, 
предложенный к рассмотрению компанией Intersil, и метод двоичного пакетного 
сверточного кодирования PBCC, опционально реализованный в стандарте 802.11b и 
предложенный компанией Texas Instruments. В результате стандарт 802.11g основан 
на компромиссном решении: в качестве базовых применяются технологии OFDM и 
CCK, а опционально предусмотрено использование технологии PBCC. 
 
Ортогональное частотное разделение каналов с мультиплексированием
 
Распространение сигналов в открытой среде, коей является радиоэфир, 
сопровождается возникновением различного рода помех. Классический пример 
такого рода помех — эффект многолучевой интерференции сигналов, 
заключающийся в том, что в результате многократных отражений сигала от 
естественных преград один и тот же сигнал может попадать в приемник 
различными путями. Но подобные пути распространения имеют и разные длины, а 
потому для различных путей распространения ослабление сигнала будет 
неодинаковым. Следовательно, в точке приема результирующий сигнал 
представляет собой суперпозицию (интерференцию) многих сигналов, имеющих 
различные амплитуды и смещенных друг относительно друга по времени, что 
эквивалентно сложению сигналов с разными фазами. 
Следствием многолучевой интерференции является искажение принимаемого 
сигнала. Многолучевая интерференция присуща любому типу сигналов, в 
результате интерференции определенные частоты складываются синфазно, что 
приводит к увеличению сигнала, а некоторые, наоборот, — противофазно, вызывая 
ослабление сигнала на данной частоте. 
Говоря о многолучевой интерференции, возникающей при передаче сигналов, 
различают два крайних случая. В первом случае максимальная задержка между 
различными сигналами не превосходит времени длительности одного символа и 
интерференция возникает в пределах одного передаваемого символа. Во втором 
случае максимальная задержка между различными сигналами больше длительности 

115 
одного символа, а в результате интерференции складываются сигналы, 
представляющие разные символы, и возникает так называемая межсимвольная 
интерференция (Inter Symbol Interference, ISI). 
Наиболее отрицательно на искажение сигнала влияет межсимвольная 
интерференция. Поскольку символ — это дискретное состояние сигнала, 
характеризующееся значениями частоты несущей, амплитуды и фазы, то для 
различных символов меняются амплитуда и фаза сигнала, поэтому восстановить 
исходный сигнал крайне сложно. 
Чтобы частично компенсировать эффект многолучевого распространения, 
используются частотные эквалайзеры, однако по мере роста скорости передачи 
данных либо за счет увеличения символьной скорости, либо из-за усложнения 
схемы кодирования, эффективность использования эквалайзеров падает. 
Поэтому при более высоких скоростях передачи применяется принципиально 
иной метод кодирования данных – ортогональное частотное разделение каналов с 
мультиплексированием (Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM). Идея 
данного метода заключается в том, что поток передаваемых данных распределяется 
по множеству частотных подканалов и передача ведется параллельно на всех этих 
подканалах. При этом высокая скорость передачи достигается именно за счет 
одновременной передачи данных по всем каналам, а скорость передачи в отдельном 
подканале может быть и невысокой. Поскольку в каждом из частотных подканалов 
скорость передачи данных можно сделать не слишком высокой, это создает 
предпосылки для эффективного подавления межсимвольной интерференции. 
При частотном разделении каналов необходимо, чтобы ширина отдельного 
канала была, с одной стороны, достаточно узкой для минимизации искажения 
сигнала в пределах отдельного канала, а с другой — достаточно широкой для 
обеспечения требуемой скорости передачи. Кроме того, для экономного 
использования всей полосы канала, разделяемого на подканалы, желательно как 
можно более плотно расположить частотные подканалы, но при этом избежать 
межканальной интерференции, чтобы обеспечить полную независимость каналов 

116 
друг от друга. Частотные каналы, удовлетворяющие перечисленным требованиям, 
называются ортогональными. Несущие сигналы всех частотных подканалов (а 
точнее, функции, описывающие эти сигналы) ортогональны друг другу. 
Важно, что хотя сами частотные подканалы могут частично перекрывать друг 
друга, ортогональность несущих сигналов гарантирует частотную независимость 
каналов друг от друга, а, следовательно, и отсутствие межканальной 
интерференции (рис. 17). 
Рис. 17. Пример перекрывающихся частотных каналов с ортогональными несущими 
Рассмотренный способ деления широкополосного канала на ортогональные 
частотные подканалы называется ортогональным частотным разделением с 
мультиплексированием (OFDM). Одним из ключевых преимуществ метода OFDM 
является сочетание высокой скорости передачи с эффективным противостоянием 
многолучевому распространению. Если говорить точнее, то сама по себе 
технология OFDM не устраняет многолучевого распространения, но создает 
предпосылки 
для 
устранения 
эффекта 
межсимвольной 
интерференции. 
Неотъемлемой частью технологии OFDM является охранный интервал (Guard 
Interval, GI) — циклическое повторение окончания символа, пристраиваемое в 

117 
начале символа (рис. 18).
Рис. 18. Охранный интервал GI 
Охранный интервал является избыточной информацией и в этом смысле 
снижает полезную (информационную) скорость передачи, но именно он служит 
защитой от возникновения межсимвольной интерференции. Эта избыточная 
информация добавляется к передаваемому символу в передатчике и отбрасывается 
при приеме символа в приемнике. 
Наличие охранного интервала создает временные паузы между отдельными 
символами, и если длительность охранного интервала превышает максимальное 
время задержки сигнала в результате многолучевого распространения, то 
межсимвольной интерференции не возникает (рис. 19). 

118 
Рис. 19. Избежание межсимвольной интерференции за счет использования 
охранных интервалов 
При использовании технологии OFDM длительность охранного интервала 
составляет одну четвертую длительности самого символа. При этом сам символ 
имеет длительность 3,2 мкс, а охранный интервал — 0,8 мкс. Таким образом, 
длительность символа вместе с охранным интервалом составляет 4 мкс. 
Скоростные режимы и методы кодирования в протоколе 802.11g
 
В протоколе 802.11g предусмотрена передача на скоростях 1, 2, 5,5, 6, 9, 11, 
12, 18, 22, 24, 33, 36, 48 и 54 Мбит/с. Обязательными являются скорости передачи 1; 
2; 5,5; 6; 11; 12 и 24 Мбит/с, а более высокие скорости передачи (33, 36, 48 и 54 
Мбит/с) — опциональными. Как уже отмечалось, протокол 802.11g включает в себя
подмножество протоколы 802.11b. Технология кодирования PBCC опционально 
может использоваться на скоростях 5,5; 11; 22 и 33 Мбит/с. Кроме того, одна и та 
же скорость может реализовываться при различной технологии кодирования. 
Соотношение между различными скоростями передачи и используемыми методами 
кодирования отображено в табл. 7. 
Говоря о технологии частотного ортогонального разделения каналов OFDM, 

119 
применяемой на различных скоростях в протоколе 802.11g, мы до сих пор не 
касались вопроса о методе модуляции несущего сигнала. 
Перейдем к рассмотрению методов модуляции применяемых стандартом 
802.11g. 
Напомню, что в протоколе 802.11b для модуляции использовалась либо 
двоичная (BDPSK), либо квадратурная (QDPSK) относительная фазовая модуляция. 
В протоколе 802.11g на низких скоростях передачи также используется фазовая 
модуляция (только не относительная), то есть двоичная и квадратурная фазовые 
модуляции BPSK и QPSK. При использовании BPSK-модуляции в одном символе 
кодируется только один информационный бит, а при использовании QPSK-
модуляции — два информационных бита. Модуляция BPSK используется для 
передачи данных на скоростях 6 и 9 Мбит/с, а модуляция QPSK — на скоростях 12 
и 18 Мбит/с. 
Для передачи на более высоких скоростях используется квадратурная 
амплитудная модуляция QAM (Quadrature Amplitude Modulation), при которой 
информация кодируется за счет изменения фазы и амплитуды сигнала. В протоколе 
802.11g используется модуляция 16-QAM и 64-QAM. В первом случае имеется 16 
различных состояний сигнала, что позволяет закодировать 4 бита в одном символе. 
Во втором случае имеется уже 64 возможных состояний сигнала, что позволяет 
закодировать последовательность 6 бит в одном символе. Модуляция 16-QAM 
применяется на скоростях 24 и 36 Мбит/с, а модуляция 64-QAM — на скоростях 48 
и 54 Мбит/с. 

120 
Рис. 20. Представление сигнала при QAM-16 
Из таблицы 7 видно, что при одном и том же типе модуляции возможны 
различные скорости передачи. Рассмотрим как они получаются на примере 
модуляции BPSK, при которой скорость передачи данных составляет 6 или 9 
Мбит/с. При использовании технологии OFDM используется сверточное 
кодирование с различными пунктурными кодерами, что приводит к различной 
скорости сверточного кодирования. В результате при использовании одного и того 
же типа модуляции могут получаться разные значения информационной скорости 
— все зависит от скорости сверточного кодирования. Так, при использовании 
BPSK-модуляции 
со скоростью сверточного кодирования 1/2 получаем 
информационную скорость 6 Мбит/с, а при использовании сверточного 
кодирования со скоростью 3/4 — 9 Мбит/с. 
Таблица 7. Соотношение между скоростями передачи и типом кодирования в 
стандарте 802.11g 
Скорость 
передачи 
(Мбит/с) 
Метод кодирования 
Модуляция 

121 
1 
(опционально) 
Код Баркера 
DBPSK 
2 
(опциональн ) 
Код Баркера 
DQPSK 
5.5 
(обязательно) 
CCK 
DQPSK 
(опционально) 
PBCC 
DBPSK 
6 
(обязательно) 
OFDM 
BPSK 
(опционально) 
CCK-OFDM 
BPSK 
9 
(опционально) 
OFDM, CCK-OFDM 
BPSK 
11 
(обязательно) 
CCK 
DQPSK 
(опционально) 
PBCC 
DQPSK 
12 
(обязательно) 
OFDM 
Q SK 
(опционально) 
CCK-OFDM 
QPSK 
18 
(обязательно) 
OFDM, CCK-OFDM 
QPSK 
22 
(опционально) 
PBCC 
DQPSK 
24 
(обязательно) 
OFDM 
16-QAM 
(опционально) 
CCK-OFDM 
33 
(опционально) 
PBCC 
36 
(опционально) 
OFDM, CCK-OFDM 
16-QAM 
48 
(опционально) 
OFDM, CCK-OFDM 
16 QAM 
54 
(опционально) 
OFDM, CCK-OFDM 
16-QAM 
Стандарт также предусматривает применение гибридного кодирования. Для 
того чтобы понять сущность этого термина, вспомним, что любой передаваемый 
пакет данных содержит заголовок/преамбулу со служебный информацией и поле 
данных. Когда речь идет о пакете в формате CCK, имеется в виду, что заголовок и 
данные кадра передаются в формате CCK. Аналогично при использовании 
технологии OFDM заголовок кадра и данные передаются посредством OFDM-
кодирования. При применении технологии CCK-OFDM заголовок кадра кодируется 
с помощью CCK-кодов, но сами данные кадра передаются посредством 

122 
многочастотного OFDM-кодирования. Таким образом, технология CCK-OFDM 
является своеобразным гибридом CCK и OFDM. Технология CCK-OFDM — не 
единственная гибридная технология: при использовании пакетного кодирования 
PBCC заголовок кадра передается с помощью CCK-кодов и только данные кадра 
кодируются посредством PBCC. 

жүктеу/скачать 7,35 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: