2024年6月2日发(作者：)
802.11g是将几种物理层规范合而为一， 802.11g的增强速率物理层(ERP)调制方式
有五种：ERP-DSSS、ERP-CCK、ERP-OFDM、DSSS-OFDM和ERP-PBCC。802.11g
和802.11b均工作在2.4GHz频段，为了后向兼容802.11b， 802.11g的物理层保留了
原有的DSSS扩频技术以及CCK调制方式。ERP-DSSS和ERP-CCK调制支持1 Mbps、2
Mbps、5.5 Mbps和11 Mbps四种速率，同时新增加了OFDM调制方式以达到更高的速
率。在802.11g中强制规定了ERP-OFDM调制下的几种速率：6Mbps、9 Mbps、12 Mbps
和24 Mbps，将18 Mbps、36 Mbps、48 Mbps和54 Mbps作为可选择的速率。
物理层兼容特性
为了兼容， 802.11g要求物理层同时支持CCK和OFDM，为此该标准做出了以下改
动：
1. 802.11g的ERP-OFDM物理层与802.11a的物理层是大致相同的。 在802.11a
中， 短帧间间隔SIFS=16us。 802.11g采用ERP-OFDM调制时，为了和802.11b设备
兼容，它依然使用802.11b中固定的SIFS=10us，但是OFDM高速编码需要更多的时间，
因此在每帧后面增加了6us的信号扩展时间。
2. 在全部设备都采用802.11g标准的网络中，竞争窗口CW的时隙为9us。在b/g
的混合网络中，为了兼容802.11b设备，时隙值是802.11b中规定的20us。
3. 在混合网络中，从占用信道的角度来看，802.11g较802.11b有优先权。当802.11g
设备只支持802.11b所支持的4种速率时，802.11g设备的竞争窗口的最小值CW
min
=31，
其余时候CW
min
=15。按照CW的变化规律来看， 在初始化时CW＝CW
min
，那么802.11g
在混合网络中竞争信道时退避时间要短一些，更有机会占用信道。
4. 802.11g的介质访问控制(MAC)层的改进。802.11g基本上完全遵循802.11b的
MAC层机制。由于802.11g与802.11b的物理层调制方式不同，所以在实际混合网络中，
当802.11g设备使用ERP-OFDM调制往信道发送OFDM信号时，802.11b设备监听到
信道有信号，但它无法确认是802.11g发送的信号正在占用信道，它会将OFDM信号当
作信道噪声，认为信道空闲，继而也往信道发送数据，从而引起冲突。为了让两者能协同
工作，IEEE提出来在802.11g MAC层中使用保护机制：CTS-to-self机制或请求发送/清
除发送(RTS/CTS)机制。RTS/CTS机制在802.11标准中已经提出，但是作为可选项使用。
如果使用其它调制方式，则不存在上述冲突问题。在整个802.11g标准中， 并没有强制
要求使用保护机制。如果在混合网络中，处于中心管理地位的AP探测到802.11g设备的
存在对802.11b设备的影响很小，还可以不使用RTS/CTS机制。
802.11g ERP-DSSS/CCK
一、ERP-DSSS/CCK情况下802.11g和802.11b的几点不同：
PHY使用 同802.11b相同，以下情况除外：
1) 短PLCP PPDU头格式能力的支持是必备的。
2) CCA 具有可检测所有必备的同步符号的机制。
3) 最大输入信号电平是－20 dBm。
（18.4.8.2 Receiver maximum input level
The receiver shall provide a maximum FER of 8×10–2 at a PSDU length of 1024
octets for a maximum input level of –10 dBm measured at the antenna. This FER
shall be specified for 11 Mbit/s CCK modulation.）
4) 将发射中心频率和符号时钟频率锁定到同一参考振荡器是必备的。
（在SERVICE字段定义)
二、先熟悉几个特殊名词：
MSDU：MAC Service Data Unit，MAC层业务数据单元
这是最原始的待发数据信息；
MPDU：MAC Protocol Data Unit，MAC层协议数据单元
将MSDU按一定帧结构包装后的待发数据信息；
PSDU：PLCP Service Data Unit，PLCP子层业务数据单元
实际就是从MAC层传来的MPDU信息；
PPDU：PLCP Protocol Data Unit，PLCP子层协议数据单元
将PSDU按照特定的帧格式进行数据封装后的数据包，这也是最终将经由物理介质发
送出去的数据封装。
PLCP子层将MAC层传来的数据MPDU转换为PSDU，然后，加上PLCP
头（PLCP Header）信息和前导码（Preamble Code）就构成了PPDU数据帧结构。
802.11g对短前导码和头信息的支持是强制标准。
三、短PPDU格式帧结构
短PPDU格式如下图所示：
前导码
同步码（SYNC）为56位经过扰码的“0”（扰码种子码为“0011011”最左边的数
先进入延时器）， 它被用于唤醒接收设备，使其与接收信号同步。
起始帧界定符（SFD）长16位，其码值是（”1111”最右边开始发
送） 用于通知接收机，在SFD结束后紧接着就开始传送与物理介质相关的一些参数。
PLCP头信息（PLCP Header）
信令（SIGNAL）字段长8位，只有三个值：14h、37h、6Eh，分别指定传输速率为
2Mbps、5.5Mbps、11Mbps，接收机将按此调整自己的接收速率。
业务（SERVICE）字段长8位，它指定使用何种调制码（CCK还是PBCC）
长度（LENGTH）字段长16位，用于指示发送后面的PSDU需用多长时间（单位为
微秒）。
CRC校验字段长16位，用于检验收到的信令、业务和长度字段是否正确。
PSDU
它的传输速率在TXVECTOR中的DATARATE中设置。
短PPDU帧结构的前导码传输速率为1Mbps（DBPSK调制），整个PLCP头部信息的
传输速率为2Mbps，PSDU数据传输速率为2Mbps、5.5Mbps、11Mbps。
四、DSSS的几种调制方式
1Mbps和2Mbps调制时， PN码扩频序列为11chip-Barker序列：+1, –1, +1, +1,
–1, +1, +1, +1, –1, –1, –1，最左边开始发送。
1 、1Mbps时采用DBPSK调制
编码表：
DBPSK不是利用载波相位的绝对数值传送数字信息，而是用前后码元的相对载波相位
值传送数字信息。
与2PSK的波形不同，DBPSK波形的同一相位并不对应相同的数字信息符号，而前后
码元的相对相位才唯一确定信息符号。这说明解调DBPSK信号时，并不依赖于某一固定
的载波相位参考值，只要前后码元的相对相位关系不破坏，则鉴别这个相位关系就可正确
恢复数字信息。这就避免了2PSK方式中的“倒π”现象发生。
2、2Mbps时采用DQPSK调制
编码表：
五、数据包的收发过程
PPDU数据包的发送过程
当数据按上述帧格式封装好后，就可以进入PPDU数据包发送过程了。IEEE定义了一
系列指令（Primitives），用这些指令对MAC层管理体（MLME）和PHY层管理体（PLME）
进行控制，即通过修改、更新管理信息库MIB实现MAC层和PHY层的动作，从而实现
PPDU数据包的发送和接收。下图是PPDU包的发送过程。
MAC层通过发送一个“请求开始发送”指令（带参数TXVECTOR）
来启动PPDU的发送。除DATARATE（数据传输速率）和LENGTH（数据长度）两个参数
外，其它象PREAMBLE_TYPE（前导码类型）和MODULATION（调制类型）等参数也与
（带参数TXVECTOR）指令一起，经由物理层业务访问点（PHY-SAP）
被设定。物理层的PLCP子层在收到MAC层的发送请求后，就向PMD子层发出“天线选
择请求”指令（PMD_）、“发送速率请求”指令（PMD_）和“发
射功率请求”指令（PMD_）对PHY进行配置。
配置好PHY后，PLCP子层立即向PMD子层发出“请求开始发送”指令
（PMD_t），同时PHY实体（PLME）开始对PLCP前导码（Preamble）
进行编码并发送。发射功率上升所需的时间应该包括在PLCP的同步（SYNC）字段中。一
旦PLCP前导码发送完毕，数据将在MAC层和PHY层之间通过一系列“数据发送请求”
指令（PHY_）和“数据发送确认”指令（PHY_m）完成频繁的
数据交换。
从PSDU数据包中第一个数据符号发送开始，数据传输速率及调制方式就有可能根据
PLCP头信息的定义而发生改变。随着MAC层的数据字节不断流入，PHY层持续按8位
一组地按由低到高的顺序把PSDU数据包发送出去。
发送过程也可以被MAC层用指令PHY_t提前终止。只有在PSDU最
后一个字节被发送出去后，发送才算正常结束。PPDU数据包发送结束后，PHY管理实体
就立即进入接收状态。
PPDU数据包接收过程
讨论PPDU的接收时，就必须介绍一个重要概念CCA（Clear Channel Assessment）：
空闲信道评估，它的作用是PHY根据某种条件来判断当前无线介质是处于忙还是空闲状
态，并向MAC通报。高速PHY至少应该按照下面三个条件中的一个来进行信道状态评估：
－CCA模式1：根据接收端能量是否高于一个阈值进行判断。如果检测到超过ED（能
量检测，Energy Detection）阈值的任何能量，CCA都将报告介质当前状态为忙。
－CCA模式2：定时检测载波。CCA启动一个3.65ms长的定时器，在该定时范围内，
如果检测到高速PHY信号，就认为信道忙。如果定时结束仍未检测到高速PHY信号，就
认为信道空闲。3.65ms是一个5.5Mbps速率的PSDU数据帧可能持续的最长时间。
－CCA模式3：上述两种模式的混合。当天线接收到一个超过预设电平阈值ED的高
速PPDU帧时，认为当前介质为忙。
当接收机收到一个PPDU时，必须根据收到的SFD字段来判断当前数据包是长PPDU
还是短PPDU。如果是长PPDU，就以1Mbps速率按BPSK编码方式对长PLCP头信息进
行解调，否则以2Mbps速率按QPSK编码方式对短PLCP头信息进行解调。接收机将按
照PLCP头信息中的信令（SIGNAL）字段和业务（SERVICE）字段确定PSDU数据的速
率和采用的调制方式。
下图是PPDU数据包的接收过程。
为了接收数据，必须禁止PHY_t指令的使用，以保证PHY管理实体
处于接收状态。此外，通过PLME（物理层管理实体）将站点的物理层PHY设置到合适的
信道并指定恰当的CCA规则。其他接收参数，如接收信号强度指示（RSSI）、信号质量（SQ）
及数据速率（DATARATE）可经由物理层业务访问点（PHY-SAP）获取。
当接收到发射能量后，按选定的CCA规则，随着RSSI强度指示逐渐达到预设阈值
（ED_THRESHOLD），PMD子层将向PLCP子层发出PMD_ED指令，意思是通知PLCP，
介质上的能量已到达可接收水平，并且/或者在锁定发射信号的编码方式后，PMD继续向
PLCP发出一个PMD_CS指令，即通知PLCP已检测到信号载波。在正确接收发射信号的
PLCP头信息之前，这些当前已被PHY探知的接收条件都将被PLCP子层用
PHY_te（BUSY）指令通报MAC。 PMD子层还将用PMD_SQ和PMD_RSSI
指令刷新通报给MAC的SQ（接收信号质量）和RSSI（接收信号的强度）参数。
在发出PHY_te消息后，PHY实体就将开始搜索发射信号的SFD字段。一
旦检测到SFD字段，就立即启动CRC-16冗余校验处理，然后开始接收PLCP的信令
（SIGNAL）、业务（SERVICE）和长度（LENGTH）字段。如果CRC校验出错，PHY接
收机将返回接收空闲状态（RX IDLE State），CCA状态也回到空闲。
如果PLCP头信息接收成功（并且信令字段的内容完全可识别，且被当前接收机支持），
接收机PLCP子层就向MAC发出一个带接收参数的请求开始接收指令
PHY_te(RXVECTOR)，通知MAC准备开始接收数据。此后，PHY不断将
收到的PSDU的bit按8位一组重组后，通过与MAC之间不断交换一系列的
PHY_te（DATA）指令完成数据向MAC的传递。当接收完PSDU的最后一位
后，接收机返回空闲态，PHY向MAC发出一个接收完成指令PHY_te，通
知MAC接收信息已完成，最后向MAC发出一个信道空闲指示PHY_te(IDLE)。
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