在電信自由化的發展趨勢下，隨著無線通訊技術的演進，使全球無線通訊設備與服務的需求大幅成長，而世界各國也相繼投入大量人員資金致力於相關技術之研發，無非是希望增加系統傳輸速度。

從第一代的類比式行動通訊系統（1G）到第二代的數位式行動通訊系統（2G），都是以語音服務為主；2.5G是在原有的2G系統上增加數據傳輸的服務，但因為傳輸速率的限制，目前仍然無法提供如視訊會議、電影觀賞等多媒體應用服務。所以在3G系統下，除了提供高品質語音服務外，更要能夠提供即時多媒體的數據傳輸服務，但最高傳輸速率也只到2Mbps，相對於無線區域網路來說，802.11a/g的傳輸速率可達54Mbps，所以在3G還沒普及的情況下，11b已經有一定的市場普及率，因此本文先針對802.11與11b的標準做一介紹，再詳細介紹實體層架構，因為有線網路與無線網路最大的差異是實體層的不同。在無線通訊技術的不斷進步之下，相信未來的無線通訊產業會以行動數據寬頻加值服務為主。

無線區域網路系統介紹

目前市面上已有很多廠商提供了各種不同的無線區域網路解決方案，使得無線區域網路已經廣泛的使用在辦公室與家庭之中。(表一)中列舉出了很多現今仍在使用的無線區域網路共用標準。當然還有其他的標準存在，如日本的MMAC、無線ATM等等。

IEEE 802.11與11b的標準

在1990年IEEE組織中的區域網路LAN與都會區域網路MAN，就以IEEE 802系列最為有名。在其下設有各個工作小組，針對不同主題制定標準化作業，所以成立了一個標準委員會，專門用來開發802.11無線區域網路標準。在1997年首先釋放出一個可用的基本標準，此標準不但定義了區域網路系統的架構，而且還涵蓋媒體接取控制（MAC）協定和三種不同的實體層。(圖一)為不同標準成員之間的相互關係。

《圖一　802標準家族成員的關係》

在現今使用廣泛的乙太網路產品，是使用802.3的標準。所有802標準的成員都定義了各自不同的MAC層協定，和一個或多個不同的實體層。任何的家族成員都可使用相同的邏輯連接控制層（LLC）協定802.2。指定了三種不同的實體傳輸方法，第一為跳頻展頻（FHSS）模式，工作在2.4GHz的ISM（Industry Science Medicine）頻帶上；第二為直接序列展頻（DSSS）模式，也工作在2.4GHz的ISM（Industry Science Medicine）頻帶上；第三為紅外線（IR）傳輸方法。在IR與FHSS系統中，它提供基本的資料傳輸率在1～2Mbps，而在DSSS系統中，它提供更高的傳輸速率1～11Mbps。所以本文只針對DSSS系統做探討。

在802.11基本標準中定義了相同的MAC協定層和不同的實體層。為了能使共用的MAC層與各種不同實體層完全相容的做存取，因此把實體層分為兩個次階層以提供作為無線傳輸接口，一為實體層匯聚協定（PLCP）；另一為實體層媒體相依（PMD）。(圖二)為802.11標準所定義的階層。

《圖二　802.11標準所定義的階層》

定義傳輸方法

接下來將介紹在802.11標準的DSSS系統模式中，詳細的實體層基本架構。DSSS系統模式工作在2.4GHz的ISM頻帶上，除了與原有的802.11標準相容，也增加了兩種高傳輸率模式，並且把此技術增加到802.11b的標準之中。在11b的傳輸模式中，包含了四種資料傳輸率：1、2、5.5與11Mbps，對於1、2Mbps模式，已經建立在原有的802.11DSSS模式中。所有的傳輸模式是使用DSSS技術，其片碼率在11Mcps，佔據頻寬22MHz，通道間隔25MHz以確保通道不會重疊。

《圖三　DSSS訊號需要頻譜遮罩測試》

在標準中並沒有定義基頻濾波器的形式，是以頻譜遮罩測試來代替指定濾波器。其量測需設定頻譜分析儀在解析頻寬與視訊頻寬皆為100kHz條件下，滿足在(圖三)中紅色線之界線以下。

低速率的巴克碼調變（Barker Code Modulation）

對於改變資料傳輸率，必須使用不同的調變方式，如DBPSK調變方式，其傳輸率達1Mbps；DQPSK調變方式，傳輸率達2Mbps。(圖四)為兩者調變方式的相位差異表，其相位是以逆時針方向旋轉來定義。

《圖四　DBPSK（右邊）與DQPSK（左邊）的相位編碼表》

調變之後，複數符號將利用11片碼巴克序列（11-chip Barker sequence）做展頻，由左到右為＋1、－1、＋1、＋1、－1、＋1、＋1、＋1、－1、－1、－1。而巴克碼有好的自相關特性，如(圖五)所示。

《圖五　11片碼的巴克碼自相關函數》

這個特性能夠使得訊號的旁波帶能量很低，所以在接收時僅需要針對集中在中心的能量做解碼即可。這個結果能夠使系統對於多重路徑干擾有高的抗干擾能力，並且能避免與其他的DSSS訊號發生碰撞的機會。多重路徑的訊號接收會在相關函數上看到不只一個峰值的訊號，只要這些峰值不會發生在中心的部分，則它的干擾將可忽略。這個方法意謂著只要多重路徑的延遲在1到10個片碼之間（90.9ns到909ns），則不必擔心它的影響。假設一個傳遞速率為3×108m/s，其結果在路徑上的差異大約為27到272公尺。較低的值需要使用其他的量測方式來處理，如分集式天線。

假如在接收時巴克碼已經與中心峰值的頻率同步，且展頻碼沒有重疊，那麼即使在接收時有相同大小的功率發生在旁波帶，依然可忽略它。

對一個使用展頻碼長度為11的方式，會導致展頻增益為10.4dB，這意謂所有的干擾，例如微波爐的散發必須衰減此因子。這樣的展頻方法就類似在CDMA通訊系統中的一個使用者，對不同使用者在重疊時是以不同的碼做區別。

高速率的互補碼（CCK）調變與封包二進制迴旋碼（PBCC）調變

對一高速的資料傳輸速率，定義了兩種方法：互補碼（CCK）與封包二進制迴旋碼（PBCC）。在CCK調變中，是以8個片碼的形式為一CCK符號，藉以維持片碼率為11Mcps。這將產生一個符號率為1.375Msps。每個CCK碼字是以正交子集為基底，其碼是[＋1,＋1,＋1,－1,＋1,＋1,－1,＋1]和衍生為：

《公式一》

所以碼字的8個值可寫成:

《公式二》

這個形式是一個廣義的哈德曼編碼（Hadamard encoding）。其中參數j1到j4為相位值，由這四個相位值的編碼可得到5.5Mbps和11Mbps的傳輸速率。在5.5Mbps中，是以一個符號表示四個資料位元；而11Mbps中，是以一個符號表示八個資料位元。在此兩種傳輸模式，是以最低的兩個位元為一對，並編為j1，如(表二)所示，至於奇數符號的相位要旋轉180度。剩餘的三個相位可允許64種變化的CCK碼字，而且幾乎是互相正交的。

總體來說，CCK調變的展頻增益相當於11dB，但傳輸距離會低於巴克碼的展頻方式。在多重路徑干擾環境，CCK調變在5.5Mbps中能夠禁得起延遲到250ns；11Mbps中能夠禁得起延遲到100ns。

另外一個高速傳輸的調變方式為封包二進制迴旋碼（PBCC）調變，此調變方式是以碼率為1/2的迴旋碼來達到所需的編碼增益。在5.5Mbps中，是使用BPSK的調變方式來傳輸，因此一個資料位元輸入，會有兩個片碼輸出；11Mbps中，一個QPSK調變傳輸兩個位元，所以對於迴旋碼來說，一個資料位元相當於一個片碼。

實體層匯聚協定（PLCP）

對所有現存的或開發中的實體層來說，媒體存取層（MAC）都是一樣的，它定義在802.11中，而媒體層中會有一協定層來接取不同的實體層。在PLCP中定義了每一種傳輸方式的差異。基本上在11b的DSSS系統模式中，增加了PLCP前置碼（preamble）與PLCP標頭（header）在實體層業務數據信息（PSDU）前面，做為與MAC層接取的識別資訊。此兩種資訊又可分為長形式與短形式，如(圖六)、(圖七)所示。

《圖六　PLCP PPDU的長形式》

《圖七　PLCP PPDU的短形式》

前置碼部分包含了同步（SYNC）位元與開始訊框定義欄位（SFD field）位元， 在任何的訊框中都將以1Mbps的巴克展頻碼來傳送。同步欄位在長形式的PPDU中包含了128個scrambled ones；短形式的PPDU中包含了56個scrambled zeros。它是做為與接收端的訊號同步之用，SFD欄位提供一16位元碼來幫助接收端決定正確訊框開始的時間。PLCP標頭（Header）包含了48個位元資訊，用來幫助接收端解調PSDU。而訊號（SIGNAL）欄位用來指定PSDU資料傳輸率；服務（SERVICE）欄位指定了PSDU的調變形式是CCK或PBCC（在高資料傳輸模式）。長度（Length）欄位提供傳輸時間的資訊，迴圈冗餘檢驗（CRC）做為誤碼檢驗。標頭欄位一樣包含兩種形式，在長形式的標頭中是以傳輸1Mbps的DBPSK調變方式；短形式的標頭中是以傳輸2Mbps的DQPSK調變方式，兩者皆屬於巴克展頻碼。而短形式的PLCP前置碼與標頭的傳輸時間為長形式的一半。所以無線區域網路卡必須與原始的802.11DSSS系統模式相容，僅僅不能產生與解碼短形式的PLCP前置碼與標頭。

PSDU指定了四種可用的資料傳輸率，在長形式的PLCP前置碼與標頭可選用四種傳輸率，分別為1、2、5.5與11Mbps，但在短形式的PLCP前置碼與標頭中，僅能使用2、5.5與11Mbps的傳輸率。

最後把PSDU與PLCP前置碼與標頭做結合，即為一完整的傳輸封包，稱為PLCP協定數據信息（PPDU）。（作者為R&S台灣羅德史瓦茲系統應用工程師）

＜參考資料：

1. Generating Signals for Wireless LANs, Part I: IEEE 802.11b Application Note 1GP49, Rohde & Schwarz, 2002

2. ANSI/IEEE Std 802.11 [ISO/IEC 8802-11:1999(E)], Part 11: Wireless LAN MAC and PHY Specifications, LAN/MAN Standards Committee of the IEEE Computer Society, 1999 Edition

3. IEEE Std 802.11b-1999, Part 11: Wireless LAN MAC and PHY Specifications, Higher-Speed Physical Layer Extension in the 2.4 GHz Band, LAN/MAN Standards Committee of the IEEE Computer Society, 1999＞

延 伸 閱 讀	IEEE 802.11g最近獲選為無線區域網路標準草案，它使用2.4 GHz頻帶，最高可提供54 Mbps傳輸速率。相關介紹請見「IEEE 802.11g確立無線區域網路未來的新標準草案」一文。 目前雖然國際景氣低迷，但是通訊產品研發的腳步卻依然快速，為了能提高投資報酬率，廠商們都積極地欲整合數種技術於同一類產品之中。你可在「IEEE 802.11b與藍芽的共存方案」一文中得到進一步的介紹。 由於家用網路被視為無線LAN的應用範圍，其中5GHz的「IEEE802.11a」將被應用於動畫與聲音的傳輸轉送，因此國外各大廠商正式展開各種應用產品的開發。在「IEEE802.11a/b/g規格對無線LAN的影響」一文為你做了相關的評析。

最新消息

Atheros Communications日前宣佈支持IEEE新制定的802.11j標準。此標準是現有802.11標準的修正案，其規格是採用日本最新的4.9～5GHz頻譜範圍，以提供室內外無線網路的連結應用。相關介紹請見「Atheros支援最新IEEE 802.11j室內外無線網路標準 」一文。 科勝訊系統（Conexant Systems）宣佈其IEEE 802.11a/b/g雙頻帶PRISM WorldRadio MiniPCI模組參考設計，已經取得Wi-Fi多媒體WMM（Wi-Fi Multimedia）與新安全規範WPA2（Wi-Fi Protected Access 2）認證。你可在「科勝訊PRISM 802.11a/b/g WLAN解決方案取得WMM與WPA2認證」一文中得到進一步的介紹。 在三星電子、NEC、北電網絡、先鋒、Gibson Guitar、Broadcom 公司以及其他廠商的推動下，日前在美國舉行的IEEE 802會議上，決定成立住宅乙太網 路研究小組。在「IEEE 802.3委員會成立住宅乙太網路研究小組」一文為你做了相關的評析。

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