802.11物理層測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)解讀

我們?cè)谝黄饋?lái)學(xué)802.11物理層測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)（WiFi 0/1/2/3/4/5/6/7)中總結(jié)過(guò)，802.11n又可稱(chēng)為Wi-Fi 4 以及HT（High-throughput）。相比于之前的11b/a/g，11n最大的進(jìn)步是有了更大的帶寬40MHz，以及MIMO的使用，使得數(shù)據(jù)速率進(jìn)一步提升。即使在十年前支持11ac（Wi-Fi 5）的設(shè)備開(kāi)始普及，也沒(méi)有影響11n的繼續(xù)使用，因?yàn)樗乃俾首阋詽M足少量用戶存在下的同時(shí)傳輸。

對(duì)于Wi-Fi 聯(lián)盟而言，為了促進(jìn)早期設(shè)備之間的互操作性，在2007 年就發(fā)布了初步的 "Draft-2.0 "規(guī)范，也稱(chēng)為 "Draft-N"。正式的 "Wi-Fi CERTIFIED n "標(biāo)準(zhǔn)于 2009 年獲得批準(zhǔn)。

01—11n PHY概述

對(duì)于HT OFDM系統(tǒng)的物理層，是在802.11的第19章中規(guī)定的。正如我們之前曾在11g的學(xué)習(xí)中提到過(guò)的一起來(lái)學(xué)802.11物理層測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)（11g ERP-1)，兼容是802.11系列物理層需要考慮的重要問(wèn)題，在19章的最開(kāi)始給出的便是11n如何與之前的11b/a/g兼容的要求：

除了19章的要求外，HT STA還應(yīng)能發(fā)送和接收符合以下要求的11a及11b/g的幀：

在17章11a中，當(dāng)HT STA在5GHz頻段以20MHz信道寬度工作時(shí)；
在16章11b和18章11g中，當(dāng)HT STA在2.4GHz頻段以20MHz信道寬度工作時(shí)；

相應(yīng)的，工作在5GHz 頻段的HT STA應(yīng)符合17章的所有規(guī)范要求；工作在2.4GHz頻段的HT STA應(yīng)符合18章的所有規(guī)范要求。

基于第17章11a定義的OFDM物理層基礎(chǔ)上，802.11n 技術(shù)帶來(lái)了多天線的使用，從而提高了距離、可靠性和速度。除了使用11a支持的20MHz帶寬，還定義了在40MHz帶寬下同時(shí)發(fā)送多達(dá)四個(gè)數(shù)據(jù)流的傳輸，理論最高數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá) 600 Mbps。

HT PHY 數(shù)據(jù)子載波采用BPSK、QPSK、16-QAM或64-QAM 進(jìn)行調(diào)制。使用前向糾錯(cuò)（FEC）編碼（卷積編碼），編碼率為 1/2、2/3、3/4 或 5/6。LDPC 編碼是可選的。

發(fā)送和接收端的其他可選功能包括400 ns（短）保護(hù)間隔（GI）、發(fā)送波束成形、HT-greenfield格式和 STBC。HT PSDU 的最大長(zhǎng)度為 65535 個(gè)字節(jié)。

此外，19章還定義了基于HT PHY 的變異（variant）PHY（"2 類(lèi) HT PHY"）。規(guī)定很多，我們把它放在本篇的最后。

02—11n PPDU

11n HT 的PPDU有三種格式，通過(guò)這三種格式我們可以清楚地了解到11n是如何與之前的11b/a/g相兼容的：

NON_HT：這種格式的數(shù)據(jù)包是根據(jù)第17章OFDM或第18章ERP規(guī)范。支持NON_HT 格式是強(qiáng)制要求。

HT 混合格式（HT_MF）：這種格式的數(shù)據(jù)包包含與第17章11a和第18章11g接收機(jī)兼容的前導(dǎo)碼。定義了非HT-STF (L-STF)、非HT-LTF (L-LTF) 和非HT 信號(hào)字段 (L-SIG)，以便它們能被17章和18章的非HT STA 解碼。數(shù)據(jù)包的其余部分不能被11a或11g STA 解碼。支持HT mixed 格式也是強(qiáng)制要求。

HT-greenfield 格式（HT_GF）：這種格式的 HT數(shù)據(jù)包不包含非 HT 兼容部分。對(duì) HT-greenfield 格式的支持是可選的。不支持接收 HT greenfield格式數(shù)據(jù)包的 HT STA 應(yīng)能檢測(cè)到 HT greenfield格式數(shù)據(jù)包是 HT 傳輸（而非NON_HT 傳輸）。在這種情況下，接收機(jī)應(yīng)解碼 HT-SIG，并確定 HT-SIG 循環(huán)冗余校驗(yàn)（CRC）是否通過(guò)。

PPDU各組成部分的解釋如下：

L-STF：Non-HT ShortTraining field；
L-LTF：Non-HT Long Training field；
L-SIG：Non-HT SIGNAL field；
HT-SIG：HT SIGNAL field；
HT-STF：HT ShortTraining field；
HT-GF-STF：HT-Greenfield ShortTraining field；
HT-LTF1：First HT LongTraining field (Data)；
HT-LTFs：Additional HT LongTraining fields (Data and Extension)；

用公式的形式寫(xiě)一下三種PPDU的幀格式組成如下：

NON_HT Frame= L-STF(2 sym) + L-LTF(2 sym) + L-SIG(1 sym, 4 us)+ Data symbols；
HT_MFFrame=L-STF(2sym)+L-LTF(2sym)+L-SIG(1sym,4us)+HT-SIG(2sym)+HT-STF(1sym)+HT-LTFs(4us per LTF)+ Data symbols；
HT-greenfield Frame= L-STF(2 sym) + HT-LTF1(2 sym)+HT-SIG(1 sym)+HT LTFs(4 us per LTF) + Data symbols；

再來(lái)看一下實(shí)際的信號(hào)波形：圖a和圖b的兩種波形分別是40MHz帶寬的HT混合格式，和HT greenfield格式，所謂的“greenfield”就是不帶有以前版本的純11n模式，頻譜上看不出太大的區(qū)別，但時(shí)域上還是有所不同的：

(a)HT 混合格式（HT_MF）：時(shí)域圖的從左到右以8us，8us，8us，4us。。?？梢钥吹礁鲗?duì)應(yīng)域的頻譜。

(b)HT-greenfield 格式（HT_GF）：時(shí)域圖的從左到右以8us，8us，4us，8us，4us。。?？梢钥吹礁鲗?duì)應(yīng)域的頻譜。

03—2類(lèi)HT PHY

非AP STA 如果滿足以下所有要求，且不屬于HT STA，則屬于2 類(lèi)HT STA：
1) STA 應(yīng)在 2.4 GHz 頻帶內(nèi)工作，信道帶寬20 MHz。
2) STA 應(yīng)支持 DSSS 1 Mb/s 和 2 Mb/s 的傳輸和接收。
3) STA 應(yīng)支持傳輸和接收 ERP-OFDM 6 Mb/s。
4) 如果 STA 支持 HR/DSSS 11 Mb/s，則應(yīng)支持 HR/DSSS 5.5 Mb/s。
5) 如果 STA 支持 ERP-OFDM 24 Mb/s，則應(yīng)支持 ERP-OFDM 12 Mb/s。
6) 如果 STA 支持任何 NSS = 1 HT-MCS > 0，則應(yīng)支持所有 NSS = 1 HT 較低 HTMCS 和所有較低 ERP 速率。
7) 除 4)、5)和 6) 所述外，每個(gè)（非 DSSS）HR/DSSS 和 ERP-OFDM 數(shù)據(jù)速率和每個(gè) HT-MCS 都是可選的。
8) STA 應(yīng)支持 DSSS 長(zhǎng)前導(dǎo)和短前導(dǎo)。
9) STA 應(yīng)支持短時(shí)隙時(shí)間。
10) 應(yīng)支持 18.4.6 a) 和 b) 中 ERP-OFDM 的 CCA 功能和 19.3.19.5.4 中 HT 的 CCA 功能。
11) 第 15、16、18 和 19 章的最低接收靈敏度要求應(yīng)適用于所有支持的模式。

12) 2 類(lèi) HT STA 應(yīng)在關(guān)聯(lián)和重新關(guān)聯(lián)期間，以及在探測(cè)請(qǐng)求中，在支持速率和 BSS 成員選擇器元素（如果適用）和擴(kuò)展支持速率和 BSS 成員選擇器元素（如果適用）中指出對(duì)以下速率的支持

1、2、5.5、11、6、12和24Mb/s（無(wú)論是否支持所有這些速率），以及
2類(lèi)HT STA支持的9、18、36、48、54 Mb/s中的所有ERP速率，且不得表示支持其他 ERP 速率。

13) 2 類(lèi) HT STA 應(yīng)在關(guān)聯(lián)和重關(guān)聯(lián)期間以及在探測(cè)請(qǐng)求中傳輸 HT Capabilities 元素，并應(yīng)在 Supported MCS Set 字段中表示對(duì) HT-MCS 0-7 的支持（無(wú)論是否支持所有 HT-MCS）。
14) 2 類(lèi) HT STA 應(yīng)傳輸 "補(bǔ)充2類(lèi)能力"（Supplemental Class 2 Capabilities）元素。
15) 在所有其他方面，STA 應(yīng)遵循 ERP 和 HT PHY 的要求。
注：如果一個(gè) BSS 的 AP 在基本速率/HT-MCS 集中只包含 STA 不支持的速率/HT-MCS，并將其用于傳輸分組尋址幀，則 2 類(lèi) HT STA 將無(wú)法在該 BSS 中運(yùn)行。