802.11 OFDM数据包结构

news2024/11/18 13:51:48

各层数据单元

首先，来了解一下传输过程中的数据单元：

图1 数据单元解释

也就是说PSDU包含了MAC层要发送的数据，在物理层根据PLCP协议将PSDU加上PLCP前导码和报头后变为PPDU，在物理媒介上传输，从发射端传到接收端。那么接收端拿到的数据如下：

802.11a 帧结构

在发送时，PSDU前要加上PLCP前导训练序列和报头以形成PPDU。在接收端，PLCP前导和报头可以辅助解调和得到PSDU。

PLCP报头包含以下几个域：数据速率位（RATE）、保留位（Reserved）、数据包长度位（LENGTH）、奇偶校验位（Parity）和业务位（SERVICE）。在调制时，速率位、保留位、长度位、奇偶位以及值为0的6位尾比特构成一个单独的OFDM符号，用SIGNAL段表示。

信号段采用的是BPSK调制，1/2的编码速率。PLCP头的业务位以及PSDU标记为DATA域，再加上6个尾比特，以及填充比特构成数据（Data）区。其中，信号段的速率位以及长度位决定着数据的比特率，进而决定其调制方式，编码速率等一系列的参数值。

OFDM 的前导训练序列（Preamble training symbol）包括10个短训练符号(STS，用于自动增益控制、分集选择、定时捕获、粗频偏估计)和2个长训练符号(LTS，用于信道估计和细频偏估计)，如图3、图4。

图2 802.11a 帧结构

图3中可以看到进一步的划分，前导序列分为短前导序列和长前导序列。

图3 802.11a 帧结构详细版

图4中可以看到整体的结构为：10个短前导码+2个保护间隔+2个长前导码序列+1个保护序列+SIGNAL字段+1个保护间隔+数据（后面重复）

图4 OFDM 的前导训练序列

这里的 STS 与 LTS 的位置与功能就相当于 GR-OFDM 中的两个前导码 word1 与 word2。

PPDU编码中，由 SIGNAL 得到一个 OFDM 符号要经过同样的过程：卷积编码、交织、BPSK调制、插入导频、傅里叶变换、添加适当保护间隔使数据率达到6Mbit/s。GR-OFDM 中不存在卷积编码及交织的步骤。

根据发端的Rate计算每个OFDM符号所包含的数据比特位、编码速率、每个OFDM子载波中的比特数以及每个OFDM符号中经过编码的比特数。

在业务域（SERVICE）后加入 PSDU，并在尾部补0使数据段的长度达到的整数倍，调整后的比特流形成包中 Data 部分。

将调制后的复数信号按照48为单位分成若干组，每一组可以形成一个OFDM符号，并将其映射到编号为-26～-22、-20～-8、-6～-1、8～20、22～26的OFDM子载波上，编号为-21、-7、7、21的子载波用来插入导频。然后进行64点IFFT转换为时域信号，其他不用的子载波上补0。之后加循环前缀形成保护间隔GI，并采用时间截短的方法对每一个周期的OFDM符号的波形范围进行加窗处理。这里的载波调制方式与 GR-OFDM 中一致。

以含有rate和length信息的signal开始的OFDM符号流一个接一个地传入信道进行传输。并根据理想信道的中心频率，将复基带波形上变频到RF频率上。

注：802.11a中OFDM系统的参数

调制方式： BPSK、QPSK、16QAM、64QAM
采样频率： 20MHz
OFDM符号间隔： 4us（80chip）
子载波间隔∆f： 20MHz/64=0.3125MHz，1/0.3125MHz=3.2us
循环前缀/保护间隔长度： 0.8us（16chip）
编码方式：1/2卷积编码，约束长度为7，可选择打孔
前导码长度：16us（STS+LTS）
在OFDM帧结构中，Signal中的Rate决定了系统的比特速率，进而决定了调制方式等一系列参数。

802.11a OFDM 信号和物理层概述

IEEE 802.11a/g 和 HIPERLAN/2 信号是脉冲（或突发）类型信号。总信道带宽为20 MHz，占用带宽为16.6 MHz。单个OFDM符号包含52个子载波；48个是数据子载波，4个是导频子载波。不使用中心“DC”或“空”零子载波。所有数据子载波在给定突发内使用相同的调制格式。然而，调制格式可能因突发而异。可能的数据子载波调制格式有BPSK、 QPSK、 16QAM 和 64QAM 。导频子载波始终使用 BPSK 和已知的幅度和相位进行调制。每个 OFDM 子载波携带单个调制数据符号或“星座点”及其幅度和相位信息。这意味着传输突发中的每个子载波和 OFDM 符号的幅度和相位都会有所不同。

图4 802.11 OFDM 中的子载波