对802.11g产品的初步测试结果表明，这是一个值得期待的标准，其实现的传输距离和数据吞吐量得到很大的提高。该标准在2.4GHz频段采用正交频分多路复用技术，并且对已安装的大量802.11b设备基站具有后向兼容性。

在经过了两年多的努力之后，IEEE 802.11g草案标准已接近完成。该标准在2.4GHz频段采用正交频分多路复用(OFDM)技术，并且对大量已安装的802.11b设备基站具有后向兼容性。OFDM以前作为IEEE 802.11a标准的一部分，应用于无线局域网(WLAN)。802.11g工作于2.4GHz，其较低的工作频率对于室内WLAN环境具有更好的传输性能,与基于802.11a的设备相比,该标准传输的距离更远。

Wi-Fi技术基于已取得成功的IEEE 802.11b标准,目前最大数据速率是11Mbps，当它于1999年被采用时，FCC禁止在2.4GHz频段中使用OFDM。这个限制之后于2001年5月解除，从而为采用OFDM铺平了道路。IEEE 802.11g任务组按照在2.4GHz频段上实现高数据率原则进行标准制定，对任务组而言，面对的挑战就是如何使OFDM达到更高数据率，并且保持对己安装Wi-Fi设备的完全向后兼容性。

OFDM更适用于WLAN

事实证明，OFDM技术能在WLAN应用中提供最佳的信号波形。WLAN设备设计工程师面临的主要问题是由多路径引起的信号质量降低，在室内环境中，信号会以多个路径抵达天线，而且每个路径的距离有很大差别，有时相差可能高达百米(图1)。

从发射机到接收机的每个信号路径都具有独特的时间延迟及与之相关的相移，正因为此，使接收到的信号产生严重失真。一些信号带宽内频率相加，使信号强度增强；而有些则会抵消，在某些频率处降低信号强度，极端情况下还会形成零信号(图2)。

在室内环境中，经过延迟路径到达接收机天线的能量会从一个符号溢出至后面的符号。事实上，一些次要路径会产生相当于几个符号时间的延迟，因此前一个符号周期发送的能量会使其后几个符号失真。所以多路径会引起符号间干扰(ISI)，造成严重符号失真，而且这种信号失真即使是在一个符号周期内也会有变化。

IEEE 802.11b设备采用补码键控(CCK)波形及单载波正交相移键控(QPSK)调制技术实现11Mbps传输速率，在该传输速率下，8QPSK符号组用于形成码字(code word)，每个码字表示8比特信息。QPSK符号率为每秒11兆符号(Msps)，一个符号周期大约为91纳秒。然而，某些次要路径的延迟达到400～500纳秒，在这种情况下ISI可能使其后多达6个符号产生失真(图3)。

所幸的是，在单载波系统中设计工程师可以采用基于时域的通道均衡技术来弥补多路径效应问题，通道均衡能克服由多径引发的ISI效应。但当数据率提高时，无论是增加符号率还是使用更复杂的信号调制方式，都必须使用复杂的均衡器以保持系统性能不变。

与单载波系统不同，OFDM系统不对多径引发的ISI进行补偿，而是完全消除了这一问题。基于OFDM的无线设备在很多子载波中分配数据有效载荷，每个子载波紧密相邻(图4)。在802.11 a/g应用中有52个子载波，其中48个用于数据发送，其余4个子载波用于导频，这样在每个OFDM子载波中的数据率就大大低于一个单载波系统，可以形成相当长的符号周期。对于802.11 a/g，符号持续时间为4微秒，大约比一个CCK符号的时间长44倍。

在图5中可以看到OFDM脉冲中有一个保护间隙，这种保护间隙可看作含有冗余信息符号的一个前辍，在接收时可以丢弃而不会影响到对符号的正确解码。那么OFDM脉冲中这种保护间隙有什么作用？初初一看似乎浪费了有用的带宽，但事实上这是OFDM系统的重要特性，保护间隙的长度经过精心选择，使之长于信号通过延迟路径的最大延时。

对于802.11应用，OFDM保护间隙为800纳秒。当信号在接收机中进行数字化处理时，保护间隙的信号内容被有效去除，余下的方波长度为3,200纳秒。值得注意的是，因为保护间隙长于任何预期的延迟路径，所以脉冲中完全没有多径引发的ISI。虽然多径造成的失真依然可能存在，但这种失真仅来自于同一符号中。多径效应可以用幅移和相位纠正在每个子载波上有效补偿，对于每一个子载波而言，在整个3,200纳米符号周期内其幅度和相位都是固定的。

由于多径失真在一个符号周期内不随时间而变化，所以信号可在频域内有效地进行分析。当消除保护间隙后，OFDM符号的余下部分为3,200纳秒矩形脉冲(图6)。在频域中，可采用一个同步函数来表示，过零间隔与脉冲周期的倒数相对应，在这里是312.5kHz(1/3,200纳秒)，这也是子载波准确的频率间隔。过零点处没有来自相邻子载波的能量。所以子载波被称为“正交”，即使OFDM子载波的间隔很近，彼此之间也不会相互干扰。

使用频域方法另一个很大的优点，是可以用许多有效快速傅立叶变换(FFT)算法来进行通道补偿。当数据率和多径延迟增加(高至800纳秒)时，OFDM基带处理器中通道补偿电路的复杂性并没有增加。它与单载波的情况有很大的区别，这就解释了OFDM系统更适合高数据率WLAN应用的原因。

OFDM技术与802.11b

尽管OFDM技术有上述优点，但如果不能在实际中得到应用将毫无意义，OFDM技术对IEEE 802.11g任务组成员的吸引之处部分在于上述原因，另外该技术已经开发用于工作在5GHz的802.11a系统中。将OFDM用于2.4GHz频段的主要挑战是要保持与已有的802.11b设备兼容。

802.11 WLAN系统主要通道共享机制是载波监测多路访问/冲突防止(CSMA/CA)。实际上，CSMA/CA是一种“先听后讲”方案，由一个接入点和所有相关客户端组成的基本业务组(BSS)中的每个节点都先侦听，如果通道空闲，则每个客户机开始对一个内部倒计时定时器进行计时，当定时器到零时，节点就可以发送信号。还有一些其它特性可以保证倒计时定时器的设置是随机的，这样可以减少(但不可能消除)产生冲突的可能性。

CSMA/CA机制要能得以实现，每个无线电设备就必须能够听到与同一个接入点相关的所有其它设备(当然包括接入点本身)所发信息，但原有的802.11b设备不能有效接收到新开发使用OFDM的802.11g设备的信息。802.11g任务组通过使用请求-发送/清除-发送(RTS/CTS)机制解决这个问题，该方案已得到所有802.11设备的支持。采用RTS/CTS机制的最初意图是在设备超出与同一个接入点相连的其它设备覆盖范围时，可以减少冲突产生的影响。尽管在实际中很少使用，但这是一个强制性要求标准，必须在每个Wi-Fi设备中进行测试。鉴于802.11网络的拓扑结构，所有节点必须在接入点范围内，即使它们可能相互不在彼此的范围。这通常被称为“隐藏的节点”问题，当该状态被检测到时，将调用RTS-CTS机制以减少产生冲突的可能性。在802.11g中，当802.11g设备和旧的802.11b客户机混合运行于同样的BSS时，RTS-CTS机制能实现网络的有效运行。如图7b所示，CCK RTS-CTS在每个OFDM高速分组和OFDM ACK前面。

使用RTS/CTS时，大多数终端会接收到RTS，而所有的终端都能接收到CTS。在上面任何一种情况下，每个节点都会接收到有关其后的OFDM分组和ACK长度的信息。每个终端有一个内部定时器，称为网络分配矢量(NAV)，NAV设置为与OFDM分组交换具有相同的持续时间，它与传统载波监测并行作用，称为虚拟载波监测机制。只有当没有检测到有效信号，以及NAV定时器计时结束情况下，通道才能认为是空的；当两个条件都被满足时，终端就再次开始争夺通道的访问权。在这种工作流程下，802.11b和802.11g设备能和一个802.11g接入点工作于一个混合环境中。

同样应该指出的是每个802.11g客户机和接入点必须向后兼容，能够像一个已安装的802.11b设备一样精确地工作，从而使向802.11g标准的过渡能平滑进行。已安装的802.11b接入点仍能正常运行，并且完全可以与新的802.11g客户机共同工作。

很多事实已经表明，用RTS/CTS机制提供向后兼容性会造成额外的网络开销。虽然这个论点在有些方面有其正确之处，但从图8所显示的吞吐量计算结果可以看到，这个机制比任何其它后向兼容技术具有更高的吞吐量。另外还有一个优点，即每一个802.11g接入点能够检测已安装设备的存在。如果不存在已安装设备，就可以不使用RTS/CTS，吞吐量也会相应地提高(见图7C)。从图9中可看到在这种情况下吞吐量有了极大的提高，这些计算结果都是以三个用户终端为假设条件，并包括了产生冲突的统计概率。

本文小结

虽然IEEE 802.11g标准的成果己引起了许多争论，但目前提供的测试数据表明，该标准比任何其它WLAN技术更能实现在较远的距离内进行高数据率传输。OFDM波形和2.4GHz优良的穿透能力有效结合，可以实现在室内环境仅用一个接入点提供有效的覆盖和高传输速率，这些特点都使得IEEE 802.11g设备成为WLAN市场的有力竞争者。

在企业和公众接入应用中，802.11g和802.11a标准起到互补作用。802.11a能够在5GHz频段提供较多的通道，从而具有更好可扩展性。距离的限制可以通过安装更多接入点设备来解决，以满足企业和公众接入应用的需要，不过在家庭环境下这样做并不经济。在很多企业应用中，距离仍然是关键考虑因素，这种环境下802.11g构架将是最优选择，低成本双频段终端设备的出现意味着企业用户可以在802.11a和802.11g接入点之间无缝漫游。

虽然关于这一技术在J工作中能达到什么效果一直有许多争论，但早期的测试结果己表明，基于IEEE 802.11g标准草案的设备能实现比已有的WLAN技术更多的优点。IEEE 802.11g标准草案结合了高数据率和OFDM多径容限的特点，同时采用的2.4GHz频段具有更远传输距离，因此该标准将能实现更高的速率和更远的传输距离。

作者: Jim Zyren

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Ted Edmondson

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