一起来学802.11物理层测试标准（11a的OFDM调制）-电子发烧友网

前面我们总结了11b的调制：一起来学802.11物理层测试标准（11b的调制），所以16章HR/DSSS的内容就基本可以pass了，因为除了增加了一些较高速率的调制外，测试方面基本都与15章类似。17章的OFDM是针对5GHz频段的11a的，但我们知道从11a开始，之后的11g，11n，11ac，11ax。。。都一直在使用OFDM调制，所以17章是Wi-Fi OFDM的基础。

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为什么要使用OFDM

应高速数据通信的需求，OFDM技术在WiFi，4G，5G中一直在使用着。既然本篇是OFDM的基础，那就先来回顾一下OFDM的基本概念。举个例子来说，假如需要一个100kbps的数据速率传输，那么对应的bit时间为1/100000=10us，如下图所示：但由于多径的存在，接收端的信号就不会那么理想，可能会存在不同时延，不同幅度的信号成分。

如果早在二十年前，这些扰乱主信号的多径成分也许算不了什么，因为那时的人们对无线通信的速率要求不高，这种多径的占比出现基本不会影响两个bit之间的判别，我们在接收机使用一个简单的均衡器就可以恢复出理想信号。但是十年后就不同了，人们对通信速率的要求可能上升到了10Mbps，那就是1/10000000=0.1us的bit时间，可自然环境下的多径仍然没变，那么1us和2us的多径就会把信号变成这个样子：

这种混叠的情况就比较棘手了，虽然使用复杂的均衡器并不是不可以解决，但付出的代价就太大了！均衡器其实是一堆计算处理，通信系统始终在做折中（Trade-off）。如果均衡器的计算量过于庞大，过于耗时，过于耗电，那么就不可取。所以大家只能使用其他途径来解决这个问题。这就是3G时代的CDMA技术，为什么不能再继续靠单纯的增加带宽来提高速率的原因。

OFDM的出现解决了这个问题，它的过程大家都已经很熟悉，如下图所示：

在时域上，OFDM将一个串行的快速比特流分解成许多并行的慢速比特流。然后，这些平行的慢速比特流与彼此正交的正弦波相乘，再将其叠加。这个过程就是IFFT变换。通过这种串行转并行的方式，原来是在9T的时间传了9个数据bit或符号，处理之后在同样的时间也传送了同样多的数据流，只是变成了并行叠加传输，所以每个bit或符号的时间被拉长为9T。在经历了多径之后，在接收端得到最右下角的信号，由于子载波是相互正交的，所以很容易将他们彼此分离，分离之后的各个载波又可以按照低速率条件下的均衡去做简单的处理了。这就是DFT的过程。

在频域上，OFDM的处理，就像切面包片一样，通过利用正弦波子载波将可用带宽分割成许多平行的几乎平坦的通道。这种方式既方便了用户资源的分配，需要几片拿几片，或者需要几片就分几片，又方便了大家在各自拿到的面包片上采取不同的吃法，比如烤着吃还是夹奶酪吃。通过切分频谱，OFDM不仅使无线信道更容易均衡，而且使在不同的子载波上发送不同调制的信号成为可能。例如，信道条件较好的子载波可以用来发送高阶调制信号取得更高的速率。

所以总结一下OFDM的好处，大概就是：克服宽频信道中的频率选择性衰减和多径失真；允许信道估计和均衡在每个子载波独立发生；能够很好地适应MIMO和Massive MIMO系统，因为每个子载波经历的都是较为平坦的衰落；整体频谱效率提高。

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11a的OFDM

那么在802.11的11a中具体是如何使用OFDM的呢？以下是有关子载波分配和时域波形参数：

以及帧结构：

我们通过信号的时频域图来具体了解一下。其实在WiFi功率你测对了没？中，我们曾说起过Time gate这种测试的方法，这里利用同样的方法来具体看一下WiFi 11a信号的时频域特性：

1. 最初的8us：将时域信号的最初8us用时间门触发，看上面的频谱，可以看到这是short training序列，每4个子载波一发，总共有12个子载波，以相同的相位和相同的幅度传输。它很容易被接收机检测和实现最初的同步。它的作用，如上图所示，有信号检测，AGC，分集选择，粗略的频率估计，时间同步。

2. 接下来的8us，由所有52个子载波组成，同样是以相同的幅度和相位。这个信号被接收机用来细调其对信号频率和相位的估计，同时也用来设置其均衡器，以补偿信道中的任何线性失真（平坦度、多径等）。所以均衡器的基准是在这里对齐的。

3.再往后的4us，叫做signal符号，这部分的调制使用的是抗干扰性能最优的BPSK。因为它包含了很重要的信息，是要告诉接收机如何为接下来的数据符号进行自我配置。包括告知接收机接下来要传输的数据速率（6-54Mbps）是多少？以及数据所使用的调制和编码速率是什么？以及该数据帧中所包含的符号的数量。