通信界物理層測試標準

通信界，往往喜歡使用奇數(shù)代和偶數(shù)代的字眼兒，例如蜂窩網(wǎng)絡(luò)的奇數(shù)代1G/3G/5G，偶數(shù)代2G/4G/6G；人們往往會有很多總結(jié)和評價：奇數(shù)代如何如何做鋪墊，偶數(shù)代如何如何更成功，等等。。。在Wi-Fi中也有類似的說法，相比于蜂窩網(wǎng)10年一個更新，它更新迭代的速度差不多每10年出兩個版本。也有奇數(shù)代前進一小步，偶數(shù)代跨越一大步，等等類似的說法。

第18章ERP，從數(shù)字排位看是Wi-Fi 3，奇數(shù)代，相對來說是PHY規(guī)范最少的一章，總共只有12頁，因為實質(zhì)上的它是15、16、17章內(nèi)容的一個綜合，所以很多都可以直接借鑒和參考，但仍要注意，并不是完全意義上的拿來主義，還是有一些需要注意的差別。

01

—

速率的合集

ERP應(yīng)基于第15章使用的DSSS調(diào)制的1和2Mb/s的有效數(shù)據(jù)速率，以及基于第16章使用的DSSS和CCK的1、2、5.5和11Mb/s的有效數(shù)據(jù)速率，也就是11b的速率集合。同時，ERP又借鑒第17章，提供6、9、12、18、24、36、48和54 Mb/s的有效數(shù)據(jù)速率，也就是11a的速率集合。其中，1、2、5.5、6、11、12和24 Mb/s數(shù)據(jù)速率的能力是強制性的。

除此之外，如果不能夠支持所有的ERP速率，還有一個2類ERP（class?2?ERP）的定義要求如下，條件有點多，但首先是non-AP類設(shè)備：

如果一個非AP的STA滿足以下所有要求，并且不是ERP STA，那么它就是一個2類ERP STA：
1) STA應(yīng)工作在2.4GHz頻段，工作信道寬度為20MHz。
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，那么它應(yīng)支持HR/DSSS 5.5 Mb/s。
5) 如果STA支持ERP-OFDM 24 Mb/s，那么它應(yīng)支持ERP-OFDM 12 Mb/s。
6) 根據(jù)4）和5），每個（非DSSS）HR/DSSS、（非6Mb/s）ERP-OFDM和HT數(shù)據(jù)速率是可選的。
7) STA應(yīng)支持DSSS長preamble和短preamble的發(fā)送和接收。
8) STA應(yīng)支持短slot time。
9) 應(yīng)支持18.4.6 a)、b)中ERP-OFDM的CCA功能和19.3.19.5.4中HT的CCA功能。
10) 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。
11) 2類ERP STA應(yīng)在關(guān)聯(lián)和重新關(guān)聯(lián)期間，以及在探測請求中，表明支持或者不支持ERP強制要求的速率：1、2、5.5、11、6、12和24 Mb/s，以及支持或者不支持9、18、36、48和54 Mb/s的ERP速率集。
12) 2類ERP STA應(yīng)發(fā)送Supplemental Class 2 Capabilities的element。
13) 在所有其他方面，STA應(yīng)遵守ERP的要求。
?

02

—

調(diào)制的合集

ERP的兩種調(diào)制方式如下：

ERP-DSSS/CCK：PHY采用16章11b的調(diào)制方式，但有以下例外：

i) 必須支持16.2.2.3的short PPDU header format能力。
ii) CCA需要具備檢測所有強制性的18章sync symbols的機制。
iii) 接收機最大輸入信號電平的要求不同。
iv) 必須將發(fā)射中心頻率和符號時鐘頻率鎖定在同一參考振蕩器上。

ERP-OFDM：PHY使用第17章11a的調(diào)制方式，但有以下例外：

i) 頻率仍然按照16.3.6.2和16.3.6.3 2.4G頻段要求而不能使用17.3.8.4的5G頻段。
ii) CCA需要具備檢測到所有強制性的18章sync symbols的機制。
iii) 頻率精度要求不同。
iv) 接收機最大輸入信號電平的要求不同。
v) slot time的數(shù)值不同。
vi) 根據(jù)16.3.3的規(guī)定，SIFS（short interframe space）為10μs。

總結(jié)一下11g ERP的速率和調(diào)制組合就是：

?

ERP-DSSS: 1 and 2Mb/s
ERP-CCK: 5.5 and 11Mb/s
ERP-OFDM: 6, 9, 12, 18, 24, 36, 48, and 54Mb/s

?

后續(xù)我們還會專門來學習ERP的射頻指標，與11b和11a的區(qū)別。

03

—

11g的向后兼容問題

我們都知道Wi-Fi允許向后兼容前幾代產(chǎn)品。這是Wi-Fi技術(shù)的一個優(yōu)勢，但實際上，也正是由于這一點，使得Wi-Fi往往無法達到理想的高速率或高性能。一個ERP的Base service set能夠以任何可用的模式，包括18章以及15章、16章的PHY的組合來運行，例如，它可以是純ERP-OFDM模式的、ERP-OFDM和ERP-DSSS/CCK混合模式的，或ERP-DSSS/CCK和非ERP的混合模式的。

所以當802.11g技術(shù)在2006年首次亮相時，必須為DSSS和OFDM技術(shù)提供一種在同一2.4GHz射頻環(huán)境中共存的方法。一個ERP（11g）設(shè)備可以使用OFDM或HR-DSSS進行通信，然而舊的802.11或802.11b設(shè)備只能使用DSSS或HR-DSSS進行通信。因此，定義了一個 "保護機制"，這些保護機制（如RTS/CTS或CTS-to-self）使作為潛在干擾者的STA在一個已知的時間段內(nèi)推遲發(fā)送。當使用這些機制時，非ERP STA不會干擾ERP STA之間使用ERP PPDU的幀交換，非HT STA不會干擾HT STA之間使用HT PPDU的幀交換。當兩個11g設(shè)備使用OFDM通信時，DSSS或HR-DSSS傳輸就不會發(fā)生。由于保護機制幀使用的是強制性的第15或16章速率之一并使用強制性的第15或16章的調(diào)制波形來發(fā)送，因此當前區(qū)域中所有STA都能夠了解交換的持續(xù)時間，即使它們不能檢測出ERP-OFDM調(diào)制的信號。采用了這樣的保護機制，雖然共存和向后兼容性得到了保證，但也同時付出了代價：由于RTS/CTS管理幀的開銷甚至將11g的實際總吞吐量降低了一半以上。

上面只是11g的例子，對于其他制式的Wi-Fi也是一樣的，總之在一個更新的Wi-Fi環(huán)境中，傳統(tǒng)客戶端的存在會降低Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)的整體性能。

自802.11b/g以來，Wi-Fi已經(jīng)走過了很長一段路。2009年，802.11n（Wi-Fi 4）被引入到2.4和5GHz頻段。2013年，5GHz頻段的802.11ac（Wi-Fi 5）出現(xiàn)。然后是802.11ax（Wi-Fi 6），已經(jīng)伴隨我們四年了。每當新一代Wi-Fi推出，都需要RTS/CTS保護機制來實現(xiàn)向后兼容。雖然說802.11n/ac/ax更高的數(shù)據(jù)速率掩蓋了許多由RTS/CTS引起的開銷，但開銷仍然存在。

傳統(tǒng)客戶端以較低的數(shù)據(jù)速率傳輸，消耗了寶貴的Wi-Fi資源。這一點是很好計算的，比如一個AP以6Mbps的速度與幾個客戶端進行通信，同時以150Mbps的數(shù)據(jù)速率與一個單獨的客戶端進行通信。假設(shè)以150 Mbps傳輸一組數(shù)據(jù)幀占用的頻譜資源時間為10us，那么以6 Mbps傳輸同樣的數(shù)據(jù)幀，就需要25倍即250us。本來可以更加高效的網(wǎng)絡(luò)，就被幾個低端客戶端設(shè)備給拉垮了。低端客戶存在的數(shù)量越多，網(wǎng)絡(luò)效率就被拉跨的越嚴重。這也是實際的Wi-Fi吞吐量并無法像宣稱的那么高的原因之一。

所以說6GHz的頻譜對Wi-Fi來說確實是一個提高效率的好方式，因為Wi-Fi對6GHz來說是全新的，沒有遺留的客戶端，不需要向后兼容。當然我們不得不繼續(xù)向前看，到達Wi-Fi 7、Wi-Fi 8和Wi-Fi 9時，是否又會回到最初呢。。。