802.11a

IEEE 802.11a或标准称之为IEEE 802.11a-1999,是802.11原始标准的一个修订标准,于1999年获得批准。

802.11a的传输技术为多载波调制技术。802.11a标准是已在办公室、家庭、宾馆、机场等众多场合得到广泛应用的802.11b无线联网标准的后续标准。它工作在5GHzU-NII频带,物理层速率可达54Mb/s,传输层可达25Mbps。可提供25Mbps的无线ATM接口和10Mbps的以太网无线帧结构接口,以及TDD/TDMA的空中接口;支持语音、数据、图像业务;一个扇区可接入多个用户,每个用户可带多个用户终端。IEEE 无线网络标准,指定最大 54Mbps 的数据传输速率和 5GHz 的工作频段。

802.11a标准采用了与原始标准相同的核心协议,工作频率为5GHz,使用52个正交频分多路复用副载波,最大原始数据传输率为54Mb/s,这达到了现实网络中等吞吐量(20Mb/s)的要求。如果需要的话,数据率可降为48,36,24,18,12,9或者6Mb/s。802.11a拥有12条不相互重叠的频道,8条用于室内,4条用于点对点传输。它不能与IEEE 802.11b进行互操作,除非使用了对两种标准都采用的设备。

由于2.4GHz频带已经被到处使用,采用5GHz的频带让802.11a具有更少冲突的优点。然而,高载波频率也带来了负面效果。802.11a几乎被限制在直线范围内使用,这导致必须使用更多的接入点;同样还意味着802.11a不能传播得像802.11b那么远,因为它更容易被吸收。

尽管2003年的世界无线电通信会议让802.11a在全球的应用变得更容易,不同的国家还是有不同的规定支持。美国和日本已经出现了相关规定对802.11a进行了认可,但是在其它地区,如欧盟,管理机构却考虑使用欧洲的HIPERLAN标准,而且在2002年中期禁止在欧洲使用802.11a。在美国,2003年中期联邦通信委员会的决定可能会为802.11a提供更多的频谱。

在52个OFDM副载波中,48个用于传输数据,4个是引示副载波(pilot carrier),每一个带宽为0.3125MHz(20MHz/64),可以是二相移相键控(BPSK),四相移相键控(QPSK),16-QAM或者64-QAM。总带宽为20MHz,占用带宽为16.6MHz。符号时间为4微秒,保护间隔0.8微秒。实际产生和解码正交分量的过程都是在基带中由数字信号处理器(DSP)完成,然后由发射器将频率提升到5GHz。每一个副载波都需要用复数来表示。时域信号通过逆向快速傅里叶变换产生。接收器将信号降频至20MHz,重新采样并通过快速傅里叶变换来重新获得原始系数。使用OFDM的好处包括减少接收时的多路效应,增加了频谱效率 。

802.11a产品于2001年开始销售,比802.11b的产品还要晚,这是因为产品中5GHz的组件研制成功太慢。由于802.11b已经被广泛采用了,802.11a没有被广泛的采用。再加上802.11a的一些弱点,和一些地方的规定限制,使得它的使用范围更窄了。802.11a设备厂商为了应对这样的市场匮乏,对技术进行了改进(802.11a技术已经与802.11b在很多特性上都很相近了),并开发了可以使用不止一种802.11标准的技术。已经有了可以同时支持802.11a和b,或者a、b、g都支持,以及a、b、g、n都支持的双频无线网卡,它们可以自动根据情况选择标准。同样,也出现了移动适配器和接入设备能同时支持所有的这些标准 。

IEEE 802.11y-2008扩展了802.11a在3.7 GHz的使用。并增加了功率使距离最大能达5,000 m。截至2009年,仅被FCC批准在美国使用。

假定short guard interval是使能的,否则会速率减少10%。

802.11a是应用于无线局域网的802.11标准族中的一个标准,主要用在接入式集线器中,为无线ATM系统提供标准。使用802.11a标准的网络运行于无线频率在5.725GHz到5.850GHz之间的环境下。这个标准使用正交频分复用技术,这种技术尤其适合应用于办公室局域网。在802.11a标准中,数据速率可以达到54Mb/s,在干扰方面,它要优于802.11b标准,这是因为802.11a提供更多的可用信道,并且802.11b的使用频率和各种各样的家用器具及医疗设备的使用频率是共享的。 802.11的第二个分支被指定为802.11a。承受着风险将802.11带入了不同的频带——5.2GHzU-NII频带,并被指定高达54Mbps的数据速率。

与单个载波系统802.11b不同,802.11a运用了提高频率信道利用率的正交频率划分多路复用(OFDM)的多载波调制技术。由于802.11a运用5.2GHz射频频谱,因此它与802.11b或最初的802.11WLAN标准均不能进行互操作。

802.11a协议是IEEE 802.11工作组为5GHz ISM频段定义的WLAN物理层协议,采用OFDM方式。802.11a中定义的OFDM方式支持20MHz、10MHz和5MHz的信道带宽,其中20MHz信道带宽时,子载波数为52,数据载波为48, OFDM符号持续时间为4μs,保护间隔为0.8μs,占用带宽16.6MHz;10MHz信道带宽时,子载波数为52,数据载波为48, OFDM符号持续时间为8μs,保护间隔为1.6μs,占用带宽8.3MHz;5MHz信道带宽时,子载波数为52,数据载波为48,OFDM符号持续时间为16μs,保护间隔为3.2μs,占用带宽4.15MHz。

另外802.11a中定义的OFDM通信方式还通过自适应调制编码方式支持多种传输速率。所定义的卷积码编码器码率包括1/2、2/3和3/4,其中1/2码率为必选模式。所定义的调制方式包括BPSK、QPSK、16QAM和64QAM,其中BPSK、QPSK和16QAM为必选模式。使用BPSK、QPSK和16QAM调制方式时,卷积码编码器可选码率为1/2和3/4,使用64QAM时,卷积码编码器可选码率为2/3和3/4。通过公式:传输速率=数据载波数×调制比特数×码率/OFDM符号持续时间,可以计算出各种调制编码方式所对应的传输速率。表1列出了IEEE 802.11a中所支持的传输速率和调制编码方式以及信道带宽的对应关系。

表1 802.11a传输速率和调制编码之间的对应关系

IEEE 802.11a标准为OFDM的通信方式定义的PPDU帧格式,包括三大部分,总共10个不同的字段,具体如图1所示。

PLCP Preamble

Signal

DATA

图1 802.11a PPDU 帧格式

其中,PLCP Preamble部分为前缀,用于接收端的OFDM时间频率同步和增益校准。由12个OFDM符号组成,其中短训练序列OFDM符号重复10次,长训练序列OFDM符号重复2次。SIGNAL部分为OFDM传输的配置信息,由1个OFDM符号承载,采用BPSK调制和1/2码率的卷积码。具体的配置信息比特分割为如图2所示的5个字段,RATE字段用于表示DATA部分的传输模式,占4bit,对应8种调制方式和码率组合;Reserved字段为保留字段,占1bit,没有明确信息;Length字段用于表示承载的数据长度,占12bit,其对应的2进制无符号整数指示PPDU中承载的MPDU的长度,单位为Byte;Parity字段占1bit,用于Signal部分Parity字段之前字段比特的奇偶校验;Tail字段为拖尾比特,用于卷积码编码器的校零,占6bit,均置为0。

RATE

Reserved

Length

Parity

Tail

图2 802.11a PLCP Signal 字段

DATA部分为需要传输的数据信息,由数个OFDM符号承载,具体调制方式和码率由Signal部分的Rate字段决定。协议中DATA部分被分割为如图3所示的4个字段。其中,Service字段用于数据信息辅助解调,占16bit。前7bit被置为0,用于接收端数据解扰的同步,后9bit为保留比特,置为0待以后设置。MPDU字段为物理层需要传输的数据bit,其长度由Signal部分的Length字段决定。Tail字段为拖尾比特,用于卷积码编码器的校零,占6bit,均置为0。Pad Bits字段为填充比特,用于OFDM符号的比特填充以使得整个DATA部分的比特数能够刚好被整数个OFDM符号承载。

Service

MPDU

Tail

Pad Bits

图3 802.11a PLCP DATA 字段

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美国
日本
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