電腦網路與連結技術：第十五章 無線區域網路 上一頁    下一頁

15-7  IEEE 802.11 實體層

內容：

IEEE 802.11 在實體層方面，規範了三種傳輸方式：

(a) 跳頻展頻（Frequency Hopping Spread Spectrum, FHSS）

(b) 直接序列展頻（Direct Sequence Spread Spectrum, DSSS）

(c) 紅外線（Infrared, IR）

這裡值得注意的是，雖然展頻傳輸有如同軍方通訊的保密功能，然而在無線網路上最主要的功能是希望在共享頻段上提供一個傳輸通道；但在同一 BBS（Basic Service Set）內也只能供一部工作站使用該傳輸通道，超過兩部工作站使用該頻段則會發生碰撞的現象。亦即，同一 BBS 內所使用的『虛擬隨機亂序列』（PNS）都是相同，任何工作站都依此 PNS 來接收或傳遞訊號，因此，便有需要制定 CSMA/CA 協定來協調工作站之間的競爭行為。在 IEEE 802.11 規格中，FHSS 和 DSSS 都是使用 2.4 GHz 的 ISAM 頻道，以下針對各種傳輸規範加以介紹：（運作原理請參考 15-2 節說明）

15-7-1 跳頻展頻規範

『跳頻展頻』技術是在同步的情況下，通訊雙方利用相互協議的無線電波訊號來傳遞，而此訊號被載入在不同頻道之間跳越。在美國 FCC 的規定下，跳頻可使用的頻段為 2400 ~ 2483.5 MHz，必須使用 75 個以上的跳躍頻道（Channel），每一個頻道的頻寬為 1 MHz，發射功率不可大於 1 W，若加上天線不可超過 4 W；歐洲地區 ETS 規定，可使用頻段為 2400 ~ 2483.5 MHz，至少需有 20 個跳頻頻道，發射功率不可大於 100 mW；日本地區則使用 2471 ~ 2497 MHz 頻段，至少分為 10 個頻道。跳越相隔兩個頻道所需的『間隔時間』（Dwell Time）最大值為 400 ms，而在 IEEE 802.11 中規定的間隔時間為 250 ms，亦即每秒至少跳越 4 次。

IEEE 802.11 FHSS 是使用 GFSK（Gaussian Frequency Shift Key）的調變技術，基本頻寬為 1 Mbps（2 level GFSK），同時 IEEE 802.11 也規範進階規格，採用 4 level GFSK，傳輸速率可達 2 Mbps。

『跳頻技術』是利用一個很寬的頻段來傳輸資料，雖然細分成許多小頻道，但傳輸訊號時在這些頻道之間跳躍的速度非常快，就好像使用了整個頻段，因此稱之為『展頻』。IEEE 802.11 同時也規範了全球『跳頻順序』（Hopping Sequence）的形式，這主要目的是在建立一個 FHSS 無線網路時，溝通雙方必須使用相同的跳躍模式（Pattern），才能互相溝通，也同時降低無線電波之間的相互干擾（Interference），以下列出歐美和日本的跳躍模式：

(a) 北美與大部份歐洲地區：

Set1：0, 3, 6, 9, 12, 15, 18, 21, 24, 27, 30, 33, 36, 39, 42, 45, 48, 51, 54, 60, 63, 66, 69, 72, 75

Set2：1, 4, 7, 10, 13, 16, 19, 22, 25, 28, 31, 34, 37, 40, 43, 46, 49, 52, 56, 58, 61, 64, 67, 70, 73, 76

Set3：2, 5, 8, 11, 14, 17, 20, 23, 26, 29, 32, 35, 38, 41, 44, 47, 50, 53, 57, 59, 62, 65, 68, 71, 74, 77

(b) 日本：

Set1：6, 9, 12, 15

Set2：7, 10, 13, 16

Set3：8, 11, 14, 17

15-7-2 直接序列展頻規範

『直接序列展頻』（Direct Sequence Spread Spectrum, DSSS）的基本原理，是將要傳送的基頻（Base Band）訊號轉換為能量較低、而頻寬更寬的展頻訊號傳送出去。IEEE 802.11 是利用 11-chips 的『虛擬雜訊序列』（Pseudo Noise Sequence, PNS）將原始訊號展開，這種展頻碼有一個重要的特性，就是原始資料經過二次展頻處理後，會還原為原訊號。

11-chips 的數位結構為『+1 –1 +1 +1 –1 +1 +1 +1 –1 –1 -1』，原始訊號首先經由展頻碼將其展開為 11 倍的訊號（如圖 15-6 所示），這展頻後的訊號透過天線被發送出去，當接收端收到該訊號後，再利用相同的展頻碼將這訊號還原回原來訊號。在標準規範中，傳輸速率為 1 Mbps（BPSK 編碼）（可經由不同編碼技術來提高傳輸速率），經過 11-chips 展頻後的頻寬為 22 MHz，亦即使用 DSSS 傳輸技術的頻寬需要 22 MHz；但又考慮同頻及鄰頻之間的干擾情形，還需要增加頻寬來間隔。因此，將 2.4 GHz 的頻帶以每頻道為 5 MHz 劃分為 14 個小頻道，而每一區域所使用 DSSS 傳輸頻段佔有 5 個小頻道，也就是傳輸頻寬與頻道間隔（Channel Spacing，此處為 5 MHz）共佔了 30 MHz 頻寬。這樣的結果減低了 DSSS 的使用率，也就是在同一個範圍內只能存在三個無線網路群組，當有更多群組欲加入時，便會產生互相干擾而減低傳輸效率。依照特地區環境不同，所採用的頻段也會有所不同，如下：

(a) 北美（FCC/CA）：

1（2.412 GHz）, 2（2.417）, 3（2.422）, 4（2.427）, 5（2.432）, 6（2.437）, 7（2.442）, 8（2.447）, 9（2.252）, 10（2.457）, 11（2.462）

(b) 歐洲（ETSI）與日本（Telec）：

1（2.412 GHz）, 2（2.417）, 3（2.422）, 4（2.427）, 5（2.432）, 6（2.437）, 7（2.442）, 8（2.447）, 9（2.252）, 10（2.457）, 11（2.462）, 12（2.462）, 13（2.472）

15-7-3 紅外線規範

IEEE 802.11 規範中，『紅外線』（Infrared, IR）是採用『散射式』（Defuse, DF）的傳輸技術，這種傳輸模式並不要求發射端與接收端必須在同一線上（Line of Sight），但也侷限於某一區域，並沒有『游牧』 的功能。紅外線涵蓋的範圍很小，大約是 10 公尺左右，傳輸速率為 1 ~ 2 Mbps。IEEE 802.11 所規範的 IR 波長範圍是 850 ~ 950 nm，調變模式為 PPM（Pulse Position Modulation），最大輸出功率為 2 W。在 1 Mbps DF/IR 的標準中是採用 16-PPM（PPM with 16 Position）的調變技術；而在 2 Mbps DF/IR 的標準中是採用 4-PPM（PPM with 4 Positions）調變技術（編碼原理請參考 15-2-5 節介紹）。

 

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