802.11a OFDM symbol

好久没更新了，前段时间是在工作组的空间内更新一些内容，比较杂乱，有一些有价值的内容还是整理的博客上。

这里整理的主要是802.11a的symbol的结构，因为这一块除了一些外文书和协议本身有写，总结的倒不多，而且也没有补充图示，所以这里补充下（画图花了不少时间，如果转载的话还请注明下转自偶这，辛苦辛苦，如有错误，还请指出）。Written by Edward Xu（http://blog.csdn.net/rs_network）

在802.11系列协议中，除了最早的802.11b和802.11这两个版本有支持DSSS/FHSS（实际上802.11b仅有DSSS模式）模式外，其他除了为了保留对802.11b的终端的兼容性，即802.11g（采用不同调制的，RTS/CTS模式进行兼容），其他都是基于OFDM的形式进行设计。而一旦OFDM就会拉扯到频域和时域的对应关系，所以帧结构就会有一些让人混乱的感觉，所以这里选择802.11a作为一个例子，802.11g和802.11a的结构基本相同，而802.11n/802.11ac则是引入MIMO了之后，有不少区别，所以后续再进行些补充。

在802.11a中，物理层的帧组成单位还是bit，不过实际过程中，其实际上是由OFDM symbol组成的。其主要区别在于，bit是一个个传输的，而OFDM symbol是一组一组传输的，每一个OFDM symbol的传输，一共可以传递48个bit（这里不考虑编码效率）。之所以是48个我们就需要从OFDM symbol的结构进行解释：

在OFDM传输中，发送方通过IFFT生成一个64点的OFDM symbol，IFFT的输入变量是64个并行的bit，实际上就是对应到64个子载波的，而这64个子载波即对应第一张图，子载波的结构，IFFT对应64点，也就是一次转换长度为64的并行数据，至64bit长的序列，中间如果子载波不使用则补零。在802.11a中，实际子载波数目有52个，其中4个作为导频，48个作为数据子载波。子载波的间隔是312.5kHz（实际上这个值是等于20MHz/64，其中20MHz是信道带宽，而64是64个FFT/IFFT采样点），从而312.5KHz*53≈16.66MHz（即【1.875MHz~18.4375MHz】）。PS：（由于这里还包含了一个DC偏置，即最中间的那个子载波是作为DC偏置放那的，没有当数据子载波去使用，所以这里的范围是到18.4375MHz，而不是18.125MHz）。而一个完整的信道是20MHz，大致是64个子载波（多余的部分是保护间隔，即左边的序号最低的6个子载波，以及最高的5个，之所以其不对称，是因为右边的一个保护子载波在DC的时候实际上已经用过了）。而为什么子载波间隔是312.5kHz是由于WLAN的覆盖范围决定的，如果覆盖范围越大，那么信号的时延扩展就越大，相干带宽就越小，从而子载波间隔就变小，如LTE的子载波一般是15kHz。而WIFI的覆盖范围适中，所以其带宽设置为312.5kHz。

通过IFFT变换后（接收方接收后进行FFT变换，这里主要是结构，所以仅仅关注一边），在时域上，这是一个长64个样本点的序列。由于802.11a的带宽是20MHz，换言之，就是每0.05us发送一个样本点，所以发送完64个样本点的时间就是64*0.05=3.2us【这里也有一个没有理解的部分是为什么很多称之为一般CP模式。通常3.2us的OFDM symbol被称为一般CP模式，但是这里没有CP复制长度即达到3.2us了，所以不大清楚其表述】。在时域上还有另外一种，则是被称为扩展CP模式（实际上这个模式才包含了CP），CP的添加实际上降低的同步需求，对于一些移动以及大范围的场景比较实用（即数据帧只要在CP时间内达到即算是同步）。其做法是首先在每一个发送数据包头部添加0.8us的GI（保护间隔），为了防止ISI（Inter-Symbol Interference，符号间干扰）的发生（至于细节这里暂不加以叙述），然后把数据包的末尾0.8us，搬移至保护间隔部分，即是CP（循环前缀，由于是从后面往前面搬，则类似于循环移位），CP主要是防止ICI（Inter-Channel Interference，载波间干扰），其是由于OFDM解调时，需要满足完整周期的特性（细节这里也暂且省略下）。所以这里添加完CP之后的序列，总时间长度是4us。