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WLAN 802.11ad物理层

关于WLAN-11ad基础知识的本教程部分涵盖以下子主题:
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本页WLAN 802.11ad教程涵盖WLAN 802.11ad物理层．它涵盖了不同的802.11ad物理层配置，如控制PHY，单载波PHY, OFDM PHY和低功耗单载波PHY。

所有物理层版本在各自的包结构中都有不同的内容。所有的报文结构都包含了共同的前缀、报头、有效载荷和TRN字段。

前言由STF(短训练场)和CEF(信道估计场)组成。它有助于AGC和频偏同步。它还有助于区分使用的PHY类型。接收机利用CE场进行信道估计和校正。

前言是用戈雷序列构造的。每个序列由双极符号(+1或-1)组成。这些不同的序文类型携带基本的构建块作为golay序列，如Ga₁₂₈和Gb₁₂₈．

序言后面跟着报头字段。对于OFDM, SC和控制PHY，该头内容是不同的。报头携带MCS，数据有效载荷的长度或校验和。它们携带着许多信息，其中最重要的是MCS(调制编码方案)。该MCS传递用于有效载荷的调制信息和编码方案。这将帮助接收器解码各自数据包/帧中携带的有效载荷。有关标题的更多信息，请参阅WLAN-11ad教程．

TRN信息是可选的，它包括波束形成相关信息。

图1提到OFDM PHY报文结构，如图所示，报头始终是QPSK调制的。由于报头的调制码速率在接收端是已知的，所以在使用已知的前传序列和接收端序列对接收的数据包进行前端同步后，先对其进行解码。基于从标头解码的MCS，对OFDM变体的802.11ad物理层接收模块进行调优，连续解码有效载荷。物理层的发射模块和接收模块如下所述。

WLAN 802.11ad OFDM物理层发射机

图:1 OFDM-802.11ad PHY Tx

扰频器：
将MAC层的二进制信息按下列多项式传递给扰频器。该模块删除输入数据中出现的长字符串1和0。这将有助于满足11ad兼容设备的相邻信道抑制规范。这将有助于更多的从1到0和0到1的转换，因此将容易在接收机的时间同步。
扰频多项式:X⁷+ X⁴＋1
发射端采用扰频器，接收端采用解扰器。请参考扰频器和解扰器电路的matlab代码．

LDPC编码器：
LDPC代表低密度奇偶校验。它是一种前向纠错编码技术。这种编码技术在不同的PHY版本中是通用的，例如Control PHY, SC PHY和OFDM PHY。它基于672位的通用码字长度，每个码字携带336、504、420或546有效负载位，分别实现不同的码率1/2、3/4、5/8或13/16。下表1中也提到了同样的情况。

码率	码字大小	数据位数
1／2	672	336
5/8	672	420
3／4	672	504
13/16	672	546

3 x重复：
此重复适用于802.11ad报头部分。同一报头数据信息在802.11ad帧中有三次可用。这有助于在接收端纠正错误。这是必需的，因为报头是帧中最关键的信息，需要在harse通道环境中进行保护。

载波调制映射/：
这个模块将位转换为复杂符号。基于MCS的各种调制方案，如SQPSK, QPSK, 16-QAM和64-QAM。

符号的形成：
这个模块负责OFDM符号的形成。802.11ad物理层版本的OFDM使用16个导频子载波、1个直流载波、336个数据子载波和159个保护子载波。这是按照图中所示的IFFT结构形成的。

传输线：
执行512点IFFT。IFFT将频域数据符号转换为时域数据符号。请参考16分IFFT在MATLAB中实现更多。

循环前缀插入：
这被称为保护间隔插入。在这最后几个样本OFDM符号插入在开始。大约25%的开销用于11ad OFDM物理层。这等于1/4的1个符号样本。换句话说，11as使用值等于1/4的循环前缀。

包的形成：
在这个模块中，11ad包被构造成前面所示的11ad OFDM包结构。802.11ad OFDM报文由序文、报头和有效载荷组成。

窗口：
窗口函数将平滑分组结构中相邻字段之间的转换。这并不适用于SC调制数据包字段以及序言部分。下面是其中一个用于加窗函数的传递函数。
W_T(t) = sin²(π/ 2 (1/2 + t / t_R) . .对- t_R/2 < t <= t_R/ 2
1 ..对- t_R/2 < t <= t - t_R/ 2
=罪²π/2(1/2- (T -T)/T_R)))……对t t_R/2 < t <= t + t_R/ 2

射频上转换：
执行必要的射频上转换。上转换将基带数据转换为射频调制数据，并通过空气传输。支持多种射频频率。它包括2.4 GHz, 5 GHz和60 GHz。

WLAN 802.11ad OFDM物理层接收机

图:2 OFDM-11ad PHY Rx

•第一次下转换和去窗口应用于在11ad OFDM PHY接收器接收的数据包。在解调和解码之前，按照下面几个步骤所述执行下一个前端同步。
•通过阈值检测检测帧的开始。在此基础上，提出了一种能区分噪声和实际无线局域网11ad数据包的算法。这也被称为粗时间偏移估计和校正。现在执行循环前缀删除。
•接下来的精细时间偏移估计和校正执行到1个样本分辨率的水平。
•接下来执行频偏估计和校正。
•执行FFT后，在频域使用前序序列(STF或CEF或两者都有)使用信道估计方法找到复杂的信道响应系数。
•现在使用OFDM包的每个符号的估计信道响应系数来执行信道均衡。
•使用信道响应进行信道均衡后，使用嵌入在OFDM符号中的导频子载波估计的相位旋转执行相位旋转。这基本上被称为相位反旋转。

•执行符号变形，从每个OFDM符号中移除导频、直流和保护子载波。
•基于MCS根据需要对数据子载波进行Demapping。可以是QPSK, 16QAM或64QAM。
•demapping完成后，LDPC解码完成。对于报头，在进行LDPC解码之前执行先去重(3X)。
•最后应用解乱来检索MAC数据。

WLAN 802.11ad控制物理层发射机

图:3控制802.11ad PHY Tx

控制PHY序言:由STF和CEF组成，按以下字段划分。
STF ={48倍Gb₁₂₈，一次-Gb₁₂₈， once -Ga₁₂₈｝
长度= 50 *128=6400 Tc
CEF = {Gu₅₁₂,全球之声₅₁₂, gb₁₂₈｝
长度= 9 *128 = 1152 Tc
在的地方,
顾₅₁₂= {gb₁₂₈,遗传算法₁₂₈, + Gb₁₂₈,遗传算法₁₂₈｝
全球之声₅₁₂= {gb₁₂₈+ Ga₁₂₈, gb₁₂₈,遗传算法₁₂₈｝

控制PHY头:由总共40位长度组成。
控制报文头=
{Reserved-1一点,
扰频器初始化-4位
数据长度字段-10位
数据包类型-1位，提到波束形成训练场用于发射机或接收机
训练长度-5位，指定是否使用波束形成训练场以及长度。
Turnaround-1bit,
Reserved-2比特,
HCS-16比特
｝

扰频器：
它与上面描述的OFDM物理层(PHY)相同。

LDPC编码器：
这与上面在OFDM PHY中描述的相同。它使用缩短的3/4 LDPC，导致1/2或更少的码率。它使用672比特的码字长度。

微分编码器：
请参考差分编码器vs解码器更多信息。

调制：
它采用π/2 BPSK调制技术。π/2移位被用来与正常的BPSK调制相比较，以避免在I/Q图中过零。本PHY版本只支持MCS0。

32 x蔓延：
本模块使用Ga进行32次展开₃₂旋转π/2。

频谱成形：
标准中未定义。

上转换：
如上所述，参考基础知识射频上转换更多信息。

包的形成：
这是根据802.11ad控制框架结构如上所示。

射频上转换：
和OFDM中提到的一样802.11广告PHY以上。

WLAN 802.11ad单载波物理层发射机

图:4 SC PHY Tx

这种11ad物理层模式可以处理从385 Mbps到4.620 Mbps的数据速率，这取决于MCS。SC和低功耗SC PHY版本基本报文结构相同，但低功耗SC模式下不使用16QAM，以节省能耗。

SC PHY层发射机由扰频器、LDPC编码器、重复块(2X)、CP插入、分组形成前的调制组成，结构如下所述。没有定义频谱整形。I/Q包经过基带处理后，使用射频载波进行调制，并通过空气传输。

支持从MCS1到MCS12的大约12种调制编码方案。这种单载波调制方案包括BPSK、QPSK或16QAM调制。它们在信道中心频率使用射频载波，符号速率约为每秒1.76 Gsymbol。

SC PHY序言:导言由技术支援基金及持续发展基金组成，详情如下:
STF ={16乘以Ga₁₂₈,遗传算法₁₂₈｝
CEF = {Gu₅₁₂,全球之声₅₁₂, gb₁₂₈｝
顾₅₁₂和问₅₁₂如上所述。

SC PHY头:SC报头字段长度为64位，详细信息如下:
SC头= {
{7比特(扰码器初始化)，
5位(MCS),
18位(数据长度)，
1位(add.PPDU),
1位(包类型)，
5比特(训练长度)，
1位(聚合),
1位(波束跟踪请求)，
4位(最后一个RSSI)，
1位(转机)
4位(保留)
16位(高碳钢)
｝