IEEEStd802

IEEEStd802.11™Part11:WirelessLANMediumAccessControl(MAC)andPhysicalLayer(PHY)Specifications--Edgar_Huang/201308Part.1背景介紹1.1背景介紹1.2802.11networkstandards1.3CSMA/CDvs.CSMA/CA1.4DSSSvs.FHSS1.5CCK补码键控1.6DFSandTPC1.7Channellist1.8IBSS/BSS/ESS1.1.1背景介紹1997年美國電機電子協會IEEE(instituteofElectricalandElectronicsEngineer)公告IEEE802.11無線區域網路標準，在這個規範中，共定義了三種不同的實體屆介面(MediumAddressControl;MAC):直接序列展頻(DirectSequenceSpreadSpectrum;DSSS)跳頻展頻(FrequencyHoppingSpreadSpectrum;FHSS)紅外線(lnfrared)技術1999年更進一步提出IEEE802.11的延伸規格:IEEE802.11a(5GHz，OFDM，最高速率54Mbps，因5G頻道數量稀少，被採用的進程緩慢)IEEE802.11b(2.4GHz，使用補碼鍵控CCK對DSSS增強，最高速率11Mbit/s，國際上普遍允許2.4G用於商用，因而獲得巨大的市場成功，而IR和FHSSPHY的市場則沒有成長起來）1.1.2背景介紹2001年FCC允許在2.4G頻帶上使用OFDM。2003年IEEE制定802.11g標準修訂，將OFDM包含到2.4G頻帶，此外兼容802.11b設備。802.11g設備獲得了巨大的市場成功2003年IEEE制定802.11h，之後FCC和ETSI在5G頻帶上允許額外的400MHz無需授權的頻譜用於商用，為802.11n廣泛運行于40MHz模式鋪平了道路。2009年IEEE制定802.11n標準修訂，改進無綫網絡速率的不足。802.11n增加了對於MIMO的標準，使用多個發射和接收天線來允許更高的資料傳輸率，並使用了Alamouti於1998年提出的空時分組碼（Space-timeblockcode，STBC）來增加傳輸範圍。802.11n標準頻寬（20MHz），使用4xMIMO時速度最高可達300Mbit/s。802.11n雙倍頻寬（40MHz），使用4xMIMO時速度最高可達600Mbit/s。1.1.3背景介紹IEEE802.11ac，是一個正在發展中的802.11無線區域網路（WLAN）通訊標準，它透過5GHz頻帶進行通訊。理論上，它能夠提供最少1Gbps頻寬進行多站式無線區域網通訊，或是最少500Mbps的單一連線傳輸頻寬。Extendedchannelbinding,Mandatory80MHzchannelbandwidthforSTAs(vs.40MHzmaximumin802.11n),160MHzavailableoptionallyMoreMIMOspatialstreams,Supportforuptoeightspatialstreams(vs.fourin802.11n)Multi-userMIMO(MU-MIMO),MultipleSTAs,eachwithoneormoreantennas,transmitorreceiveindependentdatastreamssimultaneously,“SpaceDivisionMultipleAccess”(SDMA):streamsnotseparatedbyfrequency,butinsteadresolvedspatially,analogousto11n-styleMIMODownlinkMU-MIMO(onetransmittingdevice,multiplereceivingdevices)includedasanoptionalmodeModulation,256-QAM,rate3/4and5/6,addedasoptionalmodes(vs.64-QAM,rate5/6maximumin802.11n)Otherelements/featuresBeamformingwithstandardizedsoundingandfeedbackforcompatibilitybetweenvendors(non-standardin802.11nmadeithardforbeamformingtoworkeffectivelybetweendifferentvendorproducts)MACmodifications(mostlytosupportabovechanges)Coexistencemechanismsfor20/40/80/160MHzchannels,11acand11a/ndevices1.2802.11networkstandards802.11protocolReleaseFreq.(GHz)Bandwidth(MHz)Datarateperstream(Mbit/s)MIMOstreamsModulation—Jun-972.4201,21DSSS,FHSSaSep-995206,9,12,18,24,36,48,541OFDMbSep-992.4201,2,5.5,111DSSSgJun-032.4206,9,12,18,24,36,48,541OFDM,DSSSnOct-092.4/5207.2,14.4,21.7,28.9,43.3,57.8,65,72.24OFDM4015,30,45,60,90,120,135,150ac(DRAFT)Dec-12520upto87.6840upto20080upto433.3160upto866.7ad~Feb20142.4/5/60upto70001.3CSMA/CDvs.CSMA/CACSMA/CD(CarrierSenseMultipleAccesswithCollisionDetection)CSMA/CA(CarrierSenseMultipleAccess、withCollisionAvoidance)有綫局域網上的碰撞可以由電信號檢測出來，因此近乎實時。無限局域網上的碰撞是在整個幀發送完以後沒有得到遠端的確認，或其他形式響應的情況下才能被推斷出來，因而所帶來的性能損失要大很多。DIFSContentionWindowSlottimeDeferAccessBackoff-WindowNextFrameSelectSlotandDecrementBackoffaslongasmediumisidle.SIFSPIFSDIFSFreeaccesswhenmediumisfreelongerthanDIFSBusyMediumSIFS(ShortInterframeSpace)PIFS(PointCoordinationlnterframeSpace)DlFS(DistributionCoordinationlnterframeSpace)1.4.1DSSSvs.FHSSDirectSequenceSpreadSpectrumDSSS提供一個可靠的無線連結，其基本原理是將要發送的基頻(BaseBand)訊號轉換成能量降低，但是頻寬更寬的展頻(SpreadingSignal)訊號再傅送出去。IEEE802.11的直接序列展頻是利用11-chip的展頻碼(SpreadingCode)，又稱為虛擬噪音碼PseudoNoiseCode:PNCode)將原始訊號展開，這個展頻碼有一個特性，當原始訊號經過二次展頻碼的處理後，會還原為原始訊號。抗干扰能力强,防竊聽較強的抗多径干扰能力系统带宽太大，进入接收机前端的干扰信号增多1.4.2DSSSvs.FHSSFrequencyHoppingSpreadSpectrum跳頻展頻(FrequencyHoppingSpreadSpectrum)的技術是在同步且同時的狀況下，無線連結的兩端利用相互協議的無線電波形式來傳遞訊號，這種形式為載波在不同頻道間跳躍的模式。跳頻技術是利用一個很寬的頻段來傅遞資料，雖然細分成數十個小頻道，但由於訊號在頻道上跳躍的速度很快，感覺上，好像是使用整個2.4GHz的頻段。因為這樣的架構，當受到環境的干擾，只會造成某個頻帶可能無法傳輸，發射端會針對無法傅遞的部分重送資料，如此雖會減低部分的傳輸速率，但是不太容易造成完全的斷訊。IEEE802.11同時規範了全球跳頻順序的形式(HoppingSequences)，這主要目的是在建立一個FHSS的無線網路時，溝通的二方必須使用相同的跳躍模式(Pattern)才能夠互通。規範的跳頻模式是為了降低在傳輸時無線電波問的相互干擾(Interference)。1.5CCK补码键控ComplementaryCodeKeying802.11b仍使用DSSS但採用CCK(ComplementaryCodeKeying)調變技術，CCK並非使用固定的展頻碼，是根據所要傳送的訊號，使用不同的展頻碼，因此能提升資料傳輸速率。1.6DynamicFrequencySelection(DFS)andTransmitPowerControl(TPC)DFSdynamicallyinstructsatransmittertoswitchtoanotherchannelwheneveraparticularcondition(suchasthepresenceofaradarsignal)ismet.Priortotransmitting,adevice'sDFSmechanismmonitorsitsavailableoperatingspectrum,listeningforaradarsignal.Ifasignalisdetected,thechannelassociatedwiththeradarsignalwillbevacatedorflaggedasunavailableforusebythetransmitter.Thetransmittingdevicewillcontinuouslymonitortheenvironmentforthepresenceofradar,bothpriortoandduringoperation.Portionsofthe5GHzbandareallocatedtoradarsystems;thisallowsWLANstoavoidinterferencewithincumbentradarusersininstanceswheretheyarecolocated.Suchfeaturescansimplifyenterpriseinstallations,becausethedevicesthemselvescanautomaticallyoptimizetheirchannelreusepatterns.TPCtechnologyhasbeenusedinthecellulartelephoneindustryformanyyears.Settingthetransmitpoweroftheaccesspointandtheclientadaptercanbeusefultoallowfordifferentcoverageareasizesand,inthecaseoftheclient,toconservebatterylife.Indevicesthathavetheabilitytosetpowerlevels,thesettingsareusuallystaticandindependentofeachother