802.11g

IEEE802.11工作組近年來開始定義新的物理層標準IEEE802.11g。與以前的IEEE802.11協定標準相比，IEEE802.11g草案有以下兩個特點：在2．4GHz頻段使用正交頻分復用（OFDM）調製技術，使數據傳輸速率提高到20Mbit/s以上；能夠與IEEE802.11b的Wi-Fi系統互聯互通，可共存於同一AP的網路里，從而保障了後向兼容性。這樣原有的WLAN系統可以平滑地向高速WLAN過渡，延長了IEEE802．11b產品的使用壽命，降低了用戶的投資。2003年7月IEEE802.11工作組批准了IEEE802.11g草案，該標準成為人們關注的新焦點。

基本介紹

• 中文名：802.11g
• 調製技術：DSSS等
• 性質：計算機區域網路絡
• 特點：成為人們關注的新焦點

關鍵技術

隨著WLAN技術的套用日漸廣泛，用戶對數據傳輸速率的要求越來越高。但是在室內這個較為複雜的電磁環境中，多徑效應、頻率選擇性衰落和其它干擾源的存在使得無線信道中高速數據傳輸的實現比有線信道困難，因此WLAN需要採用合適的調製技術。

IEEE802．11WLAN是一種能支持較高數據傳輸速率（1～54Mbit/s），採用微蜂窩、微微蜂窩結構，自主管理的計算機區域網路絡。其關鍵技術大致有3種，直序列擴頻調製技術(DSSS:Direct Sequence Spread Spectrum)及補碼鍵控(CCK：Complementary Code Keying)技術、包二進制卷積(PBCC：Packet Binary Convolutional Code)和正交頻分復用技術OFDM：Orthogonal Frequency Division Multiplexing。每種技術皆有其特點，目前擴頻調製技術正成為主流，而OFDM技術由於其優越的傳輸性能成為人們關注的新焦點。

調製技術

DSSS

基於DSSS的調製技術有3種。最初IEEE802．11標準制定在1Mbit/s數據速率下採用差分二相相移鍵控(DBPSK:DifferentialBinary Phase Shift Keying)。如果要提供2 Mbit/s的數據速率，可採用差分正交相移鍵控(DQPSK: Differential Quadrature Phase Shift Keying)，這種方法每次處理兩個比特碼元，成為雙比特。第三種是基於CCK的QPSK，是IEEE802.11b標準採用的基本數據調製方式。它採用了補碼序列與直序列擴頻技術，是一種單載波調製技術，通過相移鍵控（PSK）方式傳輸數據，傳輸速率分為1，2，5．5和11 Mbit/s。CCK通過與接收端的Rake接收機配合使用，能夠在高效率傳輸數據的同時有效克服多徑效應。IEEE802.11b通過使用CCK調製技術來提高數據傳輸速率，最高可達11 Mbit/s。但是當傳輸速率超過11 Mbit/s，CCK為了對抗多徑干擾，需要更複雜的均衡及調製，實現起來非常困難。因此，IEEE802.11工作組為了推動WLAN的發展，又引入了新的調製技術。

PBCC

PBCC調製技術是由德州儀器（TI）公司提出的，已作為IEEE802.11g的可選項被採納。PBCC也是單載波調製，但與CCK不同，它採用了更多複雜的信號星座圖。PBCC採用8PSK，而CCK使用BPSK/QPSK；另外PBCC使用了卷積碼，而CCK使用區塊碼。因此，它們的解調過程是十分不同的。PBCC可以完成更高速率的數據傳輸，其傳輸速率為11，22，33Mbit/s。

OFDM

OFDM技術其實是多載波調製(MCM:Multi-CarrierModulation)的一種。其主要思想是：將信道分成許多正交子信道，在每個子信道上進行窄帶調製和傳輸，這樣減少了子信道之間的相互干擾。每個子信道上的信號頻寬小於信道的相關頻寬，因此每個子信道上的頻率選擇性衰落是平坦的，大大消除了符號間干擾。

由於在OFDM系統中各個子信道的載波相互正交，於是它們的頻譜是相互重疊的，這樣不但減少了子載波間的相互干擾，同時還提高了頻譜利用率。在各個子信道中的這種正交調製和解調可以採用反向快速傅立葉變換（IFFT）和快速傅立葉變換（FFT）方法來實現，隨著大規模積體電路技術與DSP技術的發展，IFFT和FFT都是非常容易實現的。FFT的引入，大大降低了OFDM實現的複雜性，提升了系統的性能。

無線數據業務一般都存在非對稱性，即下行鏈路中傳輸的數據量要遠遠大於上行鏈路中的數據傳輸量。因此無論從用戶高速數據傳輸業務的需求，還是從無線通信自身來考慮，都希望物理層支持非對稱高速數據傳輸，而OFDM很容易通過使用不同數量的子信道來實現上行和下行鏈路中不同的傳輸速率。

由於無線信道存在頻率選擇性，所有的子信道不會同時處於比較深的衰落情況中，因此可以通過動態比特分配以及動態子信道分配的方法，充分利用信噪比高的子信道，從而提升系統性能。由於窄帶干擾只能影響一小部分子載波，因此OFDM系統在某種程度上能抵抗這種干擾。

OFDM技術有非常廣闊的發展前景，已成為第四代移動通信的核心技術。IEEE802.11a/g標準為了支持高速數據傳輸都採用了OFDM調製技術。目前，OFDM結合時空編碼、分集、干擾〔包括碼間干擾（ISI）和信道間干擾（ICI）〕抑制以及智慧型天線技術，最大程度提高了物理層的可靠性。如再結合自適應調製、自適應編碼以及動態子載波分配、動態比特分配算法等技術，可以使其性能得到進一步最佳化。

其他相關

協定幀結構

從網路邏輯結構上來看，IEEE802．11隻定義了物理層及MAC子層。MAC層提供對共享無線介質的競爭使用和無競爭使用，具有無線介質訪問、網路連線、數據驗證和保密等功能。

物理層為數據鏈路層提供物理連線，實現比特流的透明傳輸，所傳數據單位為比特。物理層定義了通信設備與接口硬體的機械、電氣功能和過程的特性，用以建立、維持和釋放物理連線。　物理層由三部分組成：物理層管理層、物理層會聚協定（PLCP）和物理介質依賴子層（PMD）。

IEEE802.11g的物理幀結構分為前導信號（Preamble）、信頭Header和負載Payload。Preamble主要用於確定移動台和接入點之間何時傳送和接收數據，傳輸進行時告知其它移動台以免衝突，同時傳送同步信號及幀間隔。Preamble完成，接收方才開始接收數據。Header在Preamble之後?用來傳輸一些重要的數據比如負載長度、傳輸速率、服務等信息。由於數據率及要傳送位元組的數量不同，Payload的包長變化很大，可以十分短也可以十分長。

在一幀信號的傳輸過程中，Preamble和Header所占的傳輸時間越多，Payload用的傳輸時間就越少，傳輸的效率越低。

綜合上述3種調製技術的特點，IEEE802.11g採用了OFDM等關鍵技術來保障其優越的性能，分別對Preamble，Header，Payload進行調製，這種幀結構稱為OFDM/OFDM方式。

另外，IEEE802.11g草案標準規定了可選項與必選項，為了保障與IEEE802.11b兼容也可採用CCK/OFDM和CCK/PBCC的可選調製方式。因此，OFDM調製為必選項保障傳輸速率達到54Mbit/s；採用CCK調製作為必選保障後向兼容性；CCK/PBCC與CCK/OFDM作為可選項。IEEE802.11g的幀結構比較見。

OFDM/OFDM

Preamble，Header和Payload都使用OFDM進行調製傳輸，其傳輸速率可達54Mbit/s。OFDM的一個優點在於它的Preamble比較短，CCK調製信號的幀頭是72μs，而OFDM調製信號的幀頭僅為16μs。幀頭是一個信號的重要組成部分，幀頭占有時間的減少，提高了信號傳送數據的能力。OFDM允許較短的Header給更多的時間用於傳輸數據，具有較高的傳輸效率。因此，對於11Mbit/s的傳輸速率，CCK調製是一個好的選擇，但要繼續提升速率必須使用OFDM調製技術。它的最高傳輸速率可達54Mbit/s。IEEE802.11g協定中的OFDM?OFDM方式也可以和Wi-Fi共存，不過它需使用RTS/CTS協定來解決衝突問題。

CCK/OFDM

它是一種混合調製方式，是IEEE802.11g的可選項。其Header和Preamble用CCK調製方式傳輸，OFDM技術傳送負載。由於OFDM技術和CCK技術是分離的，因此在Preamble和Payload之間要有CCK和OFDM的轉換。

IEEE802.11g用CCK/OFDM技術來保障與IEEE802.11b共存。IEEE802.11b不能解調OFDM格式的數據，所以難免會發生數據傳輸衝突，IEEE802.11g使用CCK技術傳輸Header和Preamble就可以使IEEE802．11b兼容，使其可以接收IEEE802.11g的Header從而避免衝突。這樣保障了與IEEE802.11bWi-Fi設備的後向兼容性，但由於Preamble/Header使用CCK調製，增大了開銷，傳輸速率比OFDM/OFDM方式的有所下降。

CCK/PBCC

CCK/PBCC和CCK/OFDM一樣，PBCC也是混合波形，包頭使用CCK調製而負載使用PBCC調製方式，這樣它可以工作於高速率上並與IEEE802.11b兼容。PBCC調製技術最高數據傳輸速率是33Mbit/s，比OFDM或CCK/OFDM的傳送速率低。

性能分析

IEEE 802.11g在2003年7月被通過。IEEE802.11g與IEEE802.11b的兼容性，與同頻設備的共存能力及OFDM技術自身的問題將成為研究熱點。

IEEE802.11g的兼容性

IEEE802.11g兼容性指的是IEEE802.11g設備能和IEEE802.11b設備在同一個AP節點網路里互聯互通。IEEE802.11g的一個最大特點就是要保障與IEEE802.11bWi-Fi系統兼容。IEEE802.11g可以接收OFDM和CCK數據，但傳統的Wi-Fi系統只能接收CCK信息，這就產生了一個問題，即在兩者共存的環境中如何解決由於IEEE802.11b不能解調OFDM格式信息幀頭所帶來的衝突問題。而為了解決上述問題，IEEE802.11g採用了RTS/CTS技術。

最初，IEEE802.11引入RTS/CTS機制是為了解決隱蔽站問題，即傳送站檢測不到另一個站在傳送數據，因而在接收站發生碰撞的情況。

IEEE802.11b與IEEE802.11g混合工作的情況與隱蔽站問題非常相似，IEEE802.11b設備無法接收OFDM格式的IEEE802.11g的信息幀頭，因此可以採用RTS/CTS機制來解決。