5GHz频段高速物理层扩展（IEEE802.11a）协议

5GHz频段高速物理层扩展（IEEE802.11a）协议
一．WLAN的概念
WLAN是一种能在几十米到几公里范围内支持高速数据速率（如2Mb/s以上）的无线网络。可以采用微蜂窝（Microcell），微微蜂窝（Picocell）结构，也可以采用非蜂窝（如AdHoc）结构。目前无线局域网的两个典型标准是IEEE802.11系列标准和HiperLAN系列标准。
IEEE802.11系列标准指由IEEE802.11标准任务组提出的协议族，它们是IEEE802.11、IEEE802.11a、IEEE802.11b和IEEE802.11g等。IEEE802.11和IEEE802.11b用于无线以太网（Wireless Ethernet），其工作频段大多在2.4GHz上，传输速度为：IEEE802.11是1到2Mb/s；IEEE802.11b是5.5到11Mb/s，并兼容IEEE802.11速率。IEEE802.11a的工作频率在5到6GHz，它使用正交频分复用（OFDM）技术使传输速率可达到54Mb/s。IEEE802.11g工作在2.4GHz频率上，采用CCK、OFDM、PBCC（分组二进制卷积码）调制，可达到54Mb/s的速率并兼容IEEE802.11b标准。
HiperLAN是ETSI开发的标准，包括HiperLAN1,HiperLAN2，设计为用于户内无线骨干网的HiperLink，以及设计为用于固定户外应用访问有线基础设施的HiperAccess等四种标准。HiperLAN1提供了一条实现高速无线局域网连接，减少无线技术复杂性的快捷途径，并采用了在GSM蜂窝网络和蜂窝数字分组数据网（CDPD）中广为人知并广泛使用的高斯最小移频键控（GMSK）调制技术。最引人注目的HiperLAN2具有与IEEE802.11a几乎完全相同的物理层和无线ATM的媒体访问控制(MAC)层。
二． 无线局域网的协议体系
完整的网络结构包括自上而下的各个层次，但无线网络仅仅工作在OSI/RM的下三层，即通信子网层。
在IEEE802.11系列标准中，通常把相对复杂的物理层又进一步划分为物理层会聚过程子层(PLCP)子层、物理媒体依赖(PMD)子层和物理层管理子层。PLCP子层将MAC帧映射到媒体上，主要进行载波侦听的分析和针对不同的物理层形成相应格式的分组。PMD子层用于识别相关媒体传输的信号所使用的调制和编码技术，完成这些帧的发送。物理层管理子层为物理层进行信道选择和协调。
MAC层也分为MAC子层和MAC管理子层。MAC子层负责访问机制的实现和分组的拆分与重组。MAC管理子层负责ESS散步管理、电源（节能）管理，以及联结过程中的联结和重新联结等过程的管理。
此外，IEEE802.11还定义了一个站管理子层，其主要任务是协调物理层和MAC子层之间的交互作用。
三． IEEE802.11a协议
5GHz频段的WLAN系统主要是使用5.15－5.25、5.25－5.35和5.725－5.825GHz（U-NII）频段的正交频分复用（OFDM）系统，它可以提供速率为6、9、12、18、24、36、48和54Mb/s的数据通信能力。其中，必须支持6、12和24Mb/s的数据速率。系统采用BPSK或QPSK、16-QAM或64-QAM调制后的52个子载波。系统中还采用了编码率为1/2、2/3或3/4的卷积码来实现前向纠错。
1.OFDM PHY特定服务参数
MAC层的结构设计与PHY层是无关的。一些PHY层的实现为了满足特定的PMD要求而需要媒体管理状态机在MAC子层中运行，这些基于PHY层的MAC状态机位于MAC子层管理实体(MLME)子层。在特定的PMD实现过程中，MLME可能需要作为标准PHY SAP原语的一部分与PLME相互作用。这种作用过程在物理层服务原语定义的PLME参数表中定义为TXVECTOR和RXVECTOR。对于每个PMD层，这些参数列表以及它们的可能取值在特定的PHY层规范中都有定义。
（1）TXVECTOR参数
服务原语PHY_TXSTART.request的参数列表TXVECTOR的一部分。
包括长度、数据速率、服务、发射功率等级。
（2）RXVECTOR参数
服务原语PHY_RXSTART.indicate的参数列表RXVECTOR的一部分。
包括长度、接受信号强度指示、数据速率、服务。
2.OFDM PLCP子层
（1）PLCP帧格式
OFDM PLCP帧格式。它包括OFDM PLCP前导码、OFDM PLCP报头、PSDU、尾比特和填充比特。PLCP报头由速率（RATE）、长度（LENGTH）、预留比特、奇偶检验比特和服务（SERVICE）字段等几部分组成。从调制角度看，长度、速度、预留比特和奇偶比特（加上6个“0”尾比特）组成一个独立的OFDM符号，记为信号（SIGNAL）字段，该字段以可靠的BPSK调制及1/2编码率发送。PLCP报头的SERVICE字段与PSDU（再加上6个“0”尾比特和填充比特）一起，标记为数据（DATA）字段，以RATE字段中指示的数据速率发送，并且可能组成多个OFDM符号。在接受到信号字段内的尾比特后可立即解码出RATE和LENGTH字段，这两者对于解码出该分组中的DATA是必需的。
PLCP前导码字段（也称OFDM的训练结构）用于实现同步（SYNC）。它由10个短训练符号（t1－t10）和两个长训练符号（T1＆T2）组成，总的训练时间为16微秒。
SIGNAL字段位于OFDM训练符号的后面，它由TXVECTOR的RATE和LENGTH字段组成。RATE字段给出了分组的剩余部分采用的调制类型和编码速率。在SIGNAL字段中，每个OFDM符号的编码采用子载波的BPSK调制及R＝1/2的卷积编码。编码过程包括卷积编码、交织、调制映射、导频插入和OFDM调制等步骤。这些过程位于以6Mb/s速率进行数据发送的过程之后。需要说明的是，SIGNAL字段的内容不进行加扰。
SIGNAL字段由24比特构成，SIGNAL字段的比特分配如图，其中0－3的4个比特对RATE字段编码；第四比特预留；5－16比特对TXVECTOR的LENGTH字段编码，且低位先发。
PLCP的长度字段由12比特的无符号整数构成。它表示MAC层请求PHY层发送的PSDU字节数，也是低位先发。这个字段使用卷积编码器进行编码。
SERVICE字段中有16比特，标记为0－15.“0”比特首先发送。在SERVICE字段的比特分配中，最先发送的0－6比特均置为0，用于在接受端使解扰器同步；余下的9个比特为预留，也置为0。
PPDU的尾比特字段是6个0比特，用于使卷积编码器返回0状态。归零过程可以减少卷积解码器的错误概率，卷积编码的错误概率与解码的下几个比特有关，而在分组的结束位置不存在后续比特。在分组的最后6个未加扰的0比特代替6个已加扰的0比特，产生PLCP的尾比特字段。