前面我們總結(jié)了11b的調(diào)制：一起來學(xué)802.11物理層測試標(biāo)準(zhǔn)（11b的調(diào)制），所以16章HR/DSSS的內(nèi)容就基本可以pass了，因?yàn)槌嗽黾恿艘恍┹^高速率的調(diào)制外，測試方面基本都與15章類似。17章的OFDM是針對5GHz頻段的11a的，但我們知道從11a開始，之后的11g，11n，11ac，11ax。。。都一直在使用OFDM調(diào)制，所以17章是Wi-Fi OFDM的基礎(chǔ)。

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為什么要使用OFDM

應(yīng)高速數(shù)據(jù)通信的需求，OFDM技術(shù)在WiFi，4G，5G中一直在使用著。既然本篇是OFDM的基礎(chǔ)，那就先來回顧一下OFDM的基本概念。舉個(gè)例子來說，假如需要一個(gè)100kbps的數(shù)據(jù)速率傳輸，那么對應(yīng)的bit時(shí)間為1/100000=10us，如下圖所示：但由于多徑的存在，接收端的信號(hào)就不會(huì)那么理想，可能會(huì)存在不同時(shí)延，不同幅度的信號(hào)成分。

如果早在二十年前，這些擾亂主信號(hào)的多徑成分也許算不了什么，因?yàn)槟菚r(shí)的人們對無線通信的速率要求不高，這種多徑的占比出現(xiàn)基本不會(huì)影響兩個(gè)bit之間的判別，我們在接收機(jī)使用一個(gè)簡單的均衡器就可以恢復(fù)出理想信號(hào)。但是十年后就不同了，人們對通信速率的要求可能上升到了10Mbps，那就是1/10000000=0.1us的bit時(shí)間，可自然環(huán)境下的多徑仍然沒變，那么1us和2us的多徑就會(huì)把信號(hào)變成這個(gè)樣子：

這種混疊的情況就比較棘手了，雖然使用復(fù)雜的均衡器并不是不可以解決，但付出的代價(jià)就太大了！均衡器其實(shí)是一堆計(jì)算處理，通信系統(tǒng)始終在做折中（Trade-off）。如果均衡器的計(jì)算量過于龐大，過于耗時(shí)，過于耗電，那么就不可取。所以大家只能使用其他途徑來解決這個(gè)問題。這就是3G時(shí)代的CDMA技術(shù)，為什么不能再繼續(xù)靠單純的增加帶寬來提高速率的原因。

OFDM的出現(xiàn)解決了這個(gè)問題，它的過程大家都已經(jīng)很熟悉，如下圖所示：

在時(shí)域上，OFDM將一個(gè)串行的快速比特流分解成許多并行的慢速比特流。然后，這些平行的慢速比特流與彼此正交的正弦波相乘，再將其疊加。這個(gè)過程就是IFFT變換。通過這種串行轉(zhuǎn)并行的方式，原來是在9T的時(shí)間傳了9個(gè)數(shù)據(jù)bit或符號(hào)，處理之后在同樣的時(shí)間也傳送了同樣多的數(shù)據(jù)流，只是變成了并行疊加傳輸，所以每個(gè)bit或符號(hào)的時(shí)間被拉長為9T。在經(jīng)歷了多徑之后，在接收端得到最右下角的信號(hào)，由于子載波是相互正交的，所以很容易將他們彼此分離，分離之后的各個(gè)載波又可以按照低速率條件下的均衡去做簡單的處理了。這就是DFT的過程。

在頻域上，OFDM的處理，就像切面包片一樣，通過利用正弦波子載波將可用帶寬分割成許多平行的幾乎平坦的通道。這種方式既方便了用戶資源的分配，需要幾片拿幾片，或者需要幾片就分幾片，又方便了大家在各自拿到的面包片上采取不同的吃法，比如烤著吃還是夾奶酪吃。通過切分頻譜，OFDM不僅使無線信道更容易均衡，而且使在不同的子載波上發(fā)送不同調(diào)制的信號(hào)成為可能。例如，信道條件較好的子載波可以用來發(fā)送高階調(diào)制信號(hào)取得更高的速率。

所以總結(jié)一下OFDM的好處，大概就是：克服寬頻信道中的頻率選擇性衰減和多徑失真；允許信道估計(jì)和均衡在每個(gè)子載波獨(dú)立發(fā)生；能夠很好地適應(yīng)MIMO和Massive MIMO系統(tǒng)，因?yàn)槊總€(gè)子載波經(jīng)歷的都是較為平坦的衰落；整體頻譜效率提高。

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11a的OFDM

那么在802.11的11a中具體是如何使用OFDM的呢？以下是有關(guān)子載波分配和時(shí)域波形參數(shù)：

以及幀結(jié)構(gòu)：

我們通過信號(hào)的時(shí)頻域圖來具體了解一下。其實(shí)在WiFi功率你測對了沒？中，我們曾說起過Time gate這種測試的方法，這里利用同樣的方法來具體看一下WiFi 11a信號(hào)的時(shí)頻域特性：

1. 最初的8us：將時(shí)域信號(hào)的最初8us用時(shí)間門觸發(fā)，看上面的頻譜，可以看到這是short training序列，每4個(gè)子載波一發(fā)，總共有12個(gè)子載波，以相同的相位和相同的幅度傳輸。它很容易被接收機(jī)檢測和實(shí)現(xiàn)最初的同步。它的作用，如上圖所示，有信號(hào)檢測，AGC，分集選擇，粗略的頻率估計(jì)，時(shí)間同步。

2. 接下來的8us，由所有52個(gè)子載波組成，同樣是以相同的幅度和相位。這個(gè)信號(hào)被接收機(jī)用來細(xì)調(diào)其對信號(hào)頻率和相位的估計(jì)，同時(shí)也用來設(shè)置其均衡器，以補(bǔ)償信道中的任何線性失真（平坦度、多徑等）。所以均衡器的基準(zhǔn)是在這里對齊的。

3.再往后的4us，叫做signal符號(hào)，這部分的調(diào)制使用的是抗干擾性能最優(yōu)的BPSK。因?yàn)樗撕苤匾男畔?，是要告訴接收機(jī)如何為接下來的數(shù)據(jù)符號(hào)進(jìn)行自我配置。包括告知接收機(jī)接下來要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)速率（6-54Mbps）是多少？以及數(shù)據(jù)所使用的調(diào)制和編碼速率是什么？以及該數(shù)據(jù)幀中所包含的符號(hào)的數(shù)量。

例如：如下表所示，這部分的最前面的四個(gè)bit；如果是1101，則表示數(shù)據(jù)速率為6Mbps@20MHzBW；如果是0011，則表示數(shù)據(jù)速率為54Mbps@20MHz BW。

4. 再往后就是真正要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)部分了：

數(shù)據(jù)部分在不同帶寬下不同調(diào)制方式下的數(shù)據(jù)速率和編碼參數(shù)如下表所示：

審核編輯 ：李倩