物理层速率计算

802.11的物理层速率前面我们叙述了一下802.11实际速率，即MAC层吞吐量的部分。以下我们着重介绍一下802.11的物理层速率以及其具体计算方法。在802.11中一共规定了4中基本工作模式（DSSS,FHSS,IR,以及OFDM），其中基于DSSS的802.11b以及基于OFDM的802.11a/g/n/ac都被较多的使用。本节我们分别以802.11b以及802.11g举例介绍下计算方式。DSSS（802.11b）DSSS是基于直序扩频的工作方式,其中每一个数据Bit都被映射到一个扩频序列进行发送。扩频序列是一个特殊的二元脉冲序列,其中每一个脉冲我们称之为一个码片（chip）。在这个码片内的那个1和0是不承载信息（即数据Bit）,信息是通过识别整个码片来传递的，即多个码片代表一个数据Bit。在802.11b中，采用了Barker码和CCK码这两种扩频序列。在802.11b中，码片速率（chiprate）代表每秒发送或者接收的码片数目，协议中为11Mchip/s。802.11bI符号/码片比数据速率（Mb。对IqDBPSK1/111DQPSK1/52DQPSK1/25.5BPSK1/25.5DQPSK111QPSK1/2118PSK1228PSK133如上图，符号/码片比对应特定的扩频编码方式（包含扩频序列和编码方式）。DSSS物理层的速率=调制阶数*码片速率*符号/编码比以上图的802.11b为例，调制阶数是DBPSK即为1,符号/码片比为1/11（即默认的barker码，用11位的扩频序列代表1个bit）,故1*1/11*11Mchip/s=1Mbps。OFDM（802.11g）OFDM是采用正交子载波进行工作的一种模式，即将整个数据信道分解成很多个子载波，这些子载波在数学上是正交的，比如在802.11a中，有用的数据子载波就是48个（详细的是64个子载波，其中48个是数据子载波，4个导频子载波，1个DC子载波不使用，其余的都是用来做保护的虚拟子载波，具体图例参考802.11协议精读8：再论802.11a/g的发送过程与接收过程）。在OFDM机制下，发送方发送的实际上是一个个symbol，比如一个帧就是由symbolsymbol_2symbol_3.symbol_xx，这样组成的，当子载波给定的情况下（比如802.11a就是固定48个有效子载波），那么其symbol的周期就是固定的，不会随着速率变化而变化，在802.11a中，该symbol周期就是4us。在给定symbol周期的情况下，发送速率实际上是由这个symbol上所能够携带的信息量决定的，而这个信息量又是又调制方式和编码速率决定的。802.11a/g速率调制FEC速率数据速率（Mbps）1101(13)BPSK1/261111(15)BPSK3/490101(5)QPSK:11212QPSK3/418|100116QAM1/224|1011(11)16QAM3/4360001(1)64QAM2/3480011(3)64QAM；3/454如上图，这里的调制就是对应的调制方式，FEC速率就是对应的编码速率。OFDM物理层的速率=（数据子载波数目*调制阶数*编码效率）/（symbol周期）以上图的802.11a为例，数据子载波数目为48个，调制阶数是16QAM即为4，编码速率为1/2（可以简单理解编码速率为冗余度，即将1个bit传输2次，避免错误），故48*4*（1/2）/4us=24Mbps若速率越高，那么对信号质量的要求越高（即灵敏度要求越高，参考下图，07版协议第617页）。Table17-13ReceiverperformancerequirementsIcidulntiuuCudiuglateCRJAdjacentchannelLejectiDn(dBAlternateiitljfKeiitcl&auuelrejtliDiiMiniinum兀uTrhiitv(dBin)(20MHzcbftftnelsparingXliiiimuinj5D5itivity(dBm)(10MHitiiaiiiieLsparing)MLuiruumemithin-(dEinp(5MHzckrinmelipanng)BPSK1216i2-82-S5-sBP5K*41531T-S4-S7QP5K1/2B29T9-2QPSK3f4il27-77-SO-B316QAMV2申2_7冲-77-so16QXM420-73-7664QAM016H59&(QAM34-I15-65H58-71其中Minimumsensitivity(dBm)一栏就描述的是接收方需要的接收灵敏度，该数值也高(比如-65dBm就比-82dBm要高17dB)。信号越好，传输速率才可以达到更高。