在电信自由化的发展趋势下，随着无线通信技术的演进，使全球无线通信设备与服务的需求大幅成长，而世界各国也相继投入大量人员资金致力于相关技术之研发，无非是希望增加系统传输速度。

从第一代的模拟式行动通讯系统（1G）到第二代的数字式行动通讯系统（2G），都是以语音服务为主；2.5G是在原有的2G系统上增加数据传输的服务，但因为传输速率的限制，目前仍然无法提供如视频会议、电影观赏等多媒体应用服务。所以在3G系统下，除了提供高质量语音服务外，更要能够提供实时多媒体的数据传输服务，但最高传输速率也只到2Mbps，相对于无线局域网络来说，802.11a/g的传输速率可达54Mbps，所以在3G还没普及的情况下，11b已经有一定的市场普及率，因此本文先针对802.11与11b的标准做一介绍，再详细介绍物理层架构，因为有线网络与无线网络最大的差异是物理层的不同。在无线通信技术的不断进步之下，相信未来的无线通信产业会以行动数据宽带加值服务为主。

无线局域网络系统介绍

目前市面上已有很多厂商提供了各种不同的无线局域网络解决方案，使得无线局域网络已经广泛的使用在办公室与家庭之中。(表一)中列举出了很多现今仍在使用的无线局域网络共享标准。当然还有其他的标准存在，如日本的MMAC、无线ATM等等。

IEEE 802.11与11b的标准

在1990年IEEE组织中的局域网络LAN与都会局域网络MAN，就以IEEE 802系列最为有名。在其下设有各个工作小组，针对不同主题制定标准化作业，所以成立了一个标准委员会，专门用来开发802.11无线局域网络标准。在1997年首先释放出一个可用的基本标准，此标准不但定义了局域网络系统的架构，而且还涵盖媒体接取控制（MAC）协议和三种不同的物理层。(图一)为不同标准成员之间的相互关系。

《图一 802标准家族成员的关系》

在现今使用广泛的以太网络产品，是使用802.3的标准。所有802标准的成员都定义了各自不同的MAC层协议，和一个或多个不同的物理层。任何的家族成员都可使用相同的逻辑连接控制层（LLC）协议802.2。指定了三种不同的实体传输方法，第一为跳频展频（FHSS）模式，工作在2.4GHz的ISM（Industry Science Medicine）频带上；第二为直接序列展频（DSSS）模式，也工作在2.4GHz的ISM（Industry Science Medicine）频带上；第三为红外线（IR）传输方法。在IR与FHSS系统中，它提供基本的数据传输率在1～2Mbps，而在DSSS系统中，它提供更高的传输速率1～11Mbps。所以本文只针对DSSS系统做探讨。

在802.11基本标准中定义了相同的MAC协议层和不同的物理层。为了能使共享的MAC层与各种不同物理层完全兼容的做存取，因此把物理层分为两个次阶层以提供作为无线传输接口，一为物理层汇聚协议（PLCP）；另一为物理层媒体相依（PMD）。(图二)为802.11标准所定义的阶层。

《图二 802.11标准所定义的阶层》

定义传输方法

接下来将介绍在802.11标准的DSSS系统模式中，详细的物理层基本架构。DSSS系统模式工作在2.4GHz的ISM频带上，除了与原有的802.11标准兼容，也增加了两种高传输率模式，并且把此技术增加到802.11b的标准之中。在11b的传输模式中，包含了四种数据传输率：1、2、5.5与11Mbps，对于1、2Mbps模式，已经建立在原有的802.11DSSS模式中。所有的传输模式是使用DSSS技术，其片码率在11Mcps，占据带宽22MHz，信道间隔25MHz以确保信道不会重迭。

《图三 DSSS讯号需要频谱屏蔽测试》

在标准中并没有定义基频滤波器的形式，是以频谱屏蔽测试来代替指定滤波器。其量测需设定频谱分析仪在解析带宽与视讯带宽皆为100kHz条件下，满足在(图三)中红色线之界线以下。

低速率的巴克码调变（Barker Code Modulation）

对于改变数据传输率，必须使用不同的调变方式，如DBPSK调变方式，其传输率达1Mbps；DQPSK调变方式，传输率达2Mbps。(图四)为两者调变方式的相位差异表，其相位是以逆时针方向旋转来定义。

《图四 DBPSK（右边）与DQPSK（左边）的相位编码表》

调变之后，复数符号将利用11片码巴克序列（11-chip Barker sequence）做展频，由左到右为＋1、－1、＋1、＋1、－1、＋1、＋1、＋1、－1、－1、－1。而巴克码有好的自相关特性，如(图五)所示。

《图五 11片码的巴克码自相关函数》

这个特性能够使得讯号的旁波带能量很低，所以在接收时仅需要针对集中在中心的能量做译码即可。这个结果能够使系统对于多重路径干扰有高的抗干扰能力，并且能避免与其他的DSSS讯号发生碰撞的机会。多重路径的讯号接收会在相关函数上看到不只一个峰值的讯号，只要这些峰值不会发生在中心的部分，则它的干扰将可忽略。这个方法意谓着只要多重路径的延迟在1到10个片码之间（90.9ns到909ns），则不必担心它的影响。假设一个传递速率为3×108m/s，其结果在路径上的差异大约为27到272公尺。较低的值需要使用其他的量测方式来处理，如分集式天线。

假如在接收时巴克码已经与中心峰值的频率同步，且展频码没有重迭，那么即使在接收时有相同大小的功率发生在旁波带，依然可忽略它。

对一个使用展频码长度为11的方式，会导致展频增益为10.4dB，这意谓所有的干扰，例如微波炉的散发必须衰减此因子。这样的展频方法就类似在CDMA通讯系统中的一个用户，对不同用户在重迭时是以不同的码做区别。

高速率的互补码（CCK）调变与封包二进制回旋码（PBCC）调变

对一高速的数据传输速率，定义了两种方法：互补码（CCK）与封包二进制回旋码（PBCC）。在CCK调变中，是以8个片码的形式为一CCK符号，藉以维持片码率为11Mcps。这将产生一个符号率为1.375Msps。每个CCK码字是以正交子集为基底，其码是[＋1,＋1,＋1,－1,＋1,＋1,－1,＋1]和衍生为：

《公式一》

所以码字的8个值可写成:

《公式五》

这个形式是一个广义的哈德曼编码（Hadamard encoding）。其中参数j1到j4为相位值，由这四个相位值的编码可得到5.5Mbps和11Mbps的传输速率。在5.5Mbps中，是以一个符号表示四个数据位；而11Mbps中，是以一个符号表示八个数据位。在此两种传输模式，是以最低的两个位为一对，并编为j1，如(表二)所示，至于奇数符号的相位要旋转180度。剩余的三个相位可允许64种变化的CCK码字，而且几乎是互相正交的。

总体来说，CCK调变的展频增益相当于11dB，但传输距离会低于巴克码的展频方式。在多重路径干扰环境，CCK调变在5.5Mbps中能够禁得起延迟到250ns；11Mbps中能够禁得起延迟到100ns。

另外一个高速传输的调变方式为封包二进制回旋码（PBCC）调变，此调变方式是以码率为1/2的回旋码来达到所需的编码增益。在5.5Mbps中，是使用BPSK的调变方式来传输，因此一个数据位输入，会有两个片码输出；11Mbps中，一个QPSK调变传输两个位，所以对于回旋码来说，一个数据位相当于一个片码。

物理层汇聚协议（PLCP）

对所有现存的或开发中的物理层来说，媒体存取层（MAC）都是一样的，它定义在802.11中，而媒体层中会有一协议层来接取不同的物理层。在PLCP中定义了每一种传输方式的差异。基本上在11b的DSSS系统模式中，增加了PLCP前置码（preamble）与PLCP标头（header）在物理层业务数据信息（PSDU）前面，做为与MAC层接取的识别信息。此两种信息又可分为长形式与短形式，如(图六)、(图七)所示。

《图六 PLCP PPDU的长形式》

《图七 PLCP PPDU的短形式》

前置码部分包含了同步（SYNC）位与开始讯框定义字段（SFD field）位， 在任何的讯框中都将以1Mbps的巴克展频码来传送。同步字段在长形式的PPDU中包含了128个scrambled ones；短形式的PPDU中包含了56个scrambled zeros。它是做为与接收端的讯号同步之用，SFD字段提供一16位码来帮助接收端决定正确讯框开始的时间。PLCP标头（Header）包含了48个位信息，用来帮助接收端解调PSDU。而讯号（SIGNAL）字段用来指定PSDU数据传输率；服务（SERVICE）字段指定了PSDU的调变形式是CCK或PBCC（在高数据传输模式）。长度（Length）字段提供传输时间的信息，循环冗余检验（CRC）做为误码检验。标头字段一样包含两种形式，在长形式的标头中是以传输1Mbps的DBPSK调变方式；短形式的标头中是以传输2Mbps的DQPSK调变方式，两者皆属于巴克展频码。而短形式的PLCP前置码与标头的传输时间为长形式的一半。所以无线局域网络卡必须与原始的802.11DSSS系统模式兼容，仅仅不能产生与译码短形式的PLCP前置码与标头。

PSDU指定了四种可用的数据传输率，在长形式的PLCP前置码与标头可选用四种传输率，分别为1、2、5.5与11Mbps，但在短形式的PLCP前置码与标头中，仅能使用2、5.5与11Mbps的传输率。

最后把PSDU与PLCP前置码与标头做结合，即为一完整的传输封包，称为PLCP协议数据信息（PPDU）。（作者为R&S台湾罗德史瓦兹系统应用工程师）

＜参考数据：

1. Generating Signals for Wireless LANs, Part I: IEEE 802.11b Application Note 1GP49, Rohde & Schwarz, 2002

2. ANSI/IEEE Std 802.11 [ISO/IEC 8802-11:1999(E)], Part 11: Wireless LAN MAC and PHY Specifications, LAN/MAN Standards Committee of the IEEE Computer Society, 1999 Edition

3. IEEE Std 802.11b-1999, Part 11: Wireless LAN MAC and PHY Specifications, Higher-Speed Physical Layer Extension in the 2.4 GHz Band, LAN/MAN Standards Committee of the IEEE Computer Society, 1999＞

延 伸 阅 读	IEEE 802.11g最近获选为无线局域网络标准草案，它使用2.4 GHz频带，最高可提供54 Mbps传输速率。相关介绍请见「IEEE 802.11g确立无线局域网络未来的新标准草案」一文。 目前虽然国际景气低迷，但是通讯产品研发的脚步却依然快速，为了能提高投资报酬率，厂商们都积极地欲整合数种技术于同一类产品之中。你可在「IEEE 802.11b与蓝芽的共存方案」一文中得到进一步的介绍。 由于家庭网络被视为无线LAN的应用范围，其中5GHz的「IEEE802.11a」将被应用于动画与声音的传输转送，因此国外各大厂商正式展开各种应用产品的开发。在「IEEE802.11a/b/g规格对无线LAN的影响」一文为你做了相关的评析。

最新消息

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