このタイプのネットワークの需要が途方もないペースで増加しているため、Wi-Fi接続の人気は日々高まっています。スマートフォン、タブレット、ラップトップ、オールインワン、テレビ、コンピューター-すべての機器がワイヤレスインターネット接続をサポートしています。これがなければ、現代人の生活を想像することはすでに不可能です。

データ伝送技術は、新技術のリリースとともに発展しています

ニーズに合ったネットワークを選択するには、現在存在するすべてのWi-Fi標準について学ぶ必要があります。 Wi-Fi Allianceは、20を超える接続テクノロジーを開発しており、そのうち4つが現在最も人気があります。802.11b、802.11a、802.11g、802.11nです。メーカーの最新の発見は802.11acの変更であり、そのパフォーマンスは最新のアダプターの特性よりも数倍高くなっています。

これは、上級認定のワイヤレステクノロジーであり、広く利用できます。デバイスには非常に控えめなパラメータがあります。

情報転送速度-11Mbps;
周波数範囲-2.4GHz;
アクションの半径（ボリュームパーティションがない場合）は最大50メートルです。

この規格は、ノイズ耐性が低く、帯域幅が狭いことに注意してください。したがって、このWi-Fi接続の魅力的な価格にもかかわらず、その技術コンポーネントは、より新しいモデルよりもはるかに遅れています。

802.11a標準

このテクノロジーは、以前の標準の改良版です。開発者は、デバイスの帯域幅とそのクロック周波数に焦点を合わせています。このような変更のおかげで、この変更では、ネットワーク信号の品質に他のデバイスの影響はありません。

周波数範囲-5GHz;
範囲-30メートルまで。

ただし、802.11a規格のすべての利点は、接続半径の縮小と（802.11bと比較して）高い価格という欠点によって等しく相殺されます。

802.11g標準

更新された変更は、一般的な802.11bテクノロジをサポートし、それとは異なり、接続速度がかなり速いため、今日のワイヤレスネットワーク標準のリーダーになります。

情報転送速度-54Mbps;
周波数範囲-2.4GHz;
範囲-最大50メートル。

ご覧のとおり、クロック速度は2.4 GHzに低下していますが、ネットワークカバレッジは802.11bに特徴的な以前のインジケータに戻っています。さらに、アダプターの価格がより手頃な価格になりました。これは、機器を選択する際の大きな利点です。

802.11n標準

この変更は長い間市場に出回っており、印象的なパラメータを持っているという事実にもかかわらず、メーカーはまだそれを改善するために取り組んでいます。以前の規格と互換性がないため、人気は低いです。

情報転送速度-理論的には最大480Mbit / sですが、実際には半分になります。
周波数範囲-2.4または5GHz;
範囲-100メートルまで。

この規格はまだ発展途上であるため、デバイスの製造元が異なるという理由だけで、802.11nをサポートする機器と競合する可能性があるという特徴があります。

その他の基準

一般的なテクノロジーに加えて、Wi-Fi Allianceは、より特殊なアプリケーション向けに他の標準を開発しました。サービス機能を実行するこのような変更には、次のものがあります。

802.11d-さまざまなメーカーの互換性のあるワイヤレス通信デバイスを作成し、それらを全国レベルのデータ伝送の機能に適合させます。
802.11e-送信されたメディアファイルの品質を決定します。
802.11f-さまざまなメーカーのさまざまなアクセスポイントを管理し、さまざまなネットワークで同じように作業できるようにします。

802.11h-気象機器や軍事レーダーの影響下での信号品質の低下を防ぎます。
802.11i-ユーザーの個人情報の保護の改善版。
802.11k-特定のネットワークの負荷を監視し、ユーザーを他のアクセスポイントに再配布します。
802.11m-標準802.11のすべての修正が含まれています。
802.11p-1 kmの範囲にあり、時速200kmまでの速度で移動するWi-Fiデバイスの性質を決定します。
802.11r-ローミング中のワイヤレスネットワークを自動的に検出し、モバイルデバイスをそれに接続します。
802.11s-完全に接続された接続を整理します。各スマートフォンまたはタブレットをルーターまたは接続ポイントにすることができます。
802.11t-このネットワークは、802.11標準全体をテストし、テスト方法とその結果を発行し、機器の動作に関する要件を提示します。
802.11u-この変更は、Hotspot2.0の開発からすべての人に知られています。ワイヤレスネットワークと外部ネットワークの相互作用を保証します。
802.11v-このテクノロジーでは、802.11の変更を改善するためのソリューションが作成されています。
802.11y-周波数3.65〜3.70GHzをリンクする未完成のテクノロジー。
802.11w-この規格は、情報転送へのアクセスの保護を強化する方法を見つけています。

序章

Wi-Fiテクノロジーは小面積のワイヤレス展開に理想的ですが、WiMAXおよび3G規格は長距離アクセスを提供し、1〜6マイルのカバレッジを提供するため、住宅、集落、輸送などのインフラストラクチャへのアクセスを提供します。高速無線通信のためのITU仕様。このタイプのワイヤレス接続は、GSM、TDMA、およびCDMAと互換性があります。 3G世代は、音声とデータの長距離ワイヤレスアクセスを提供します。

3Gは、PDA、PDA、携帯電話などのモバイルデバイスに最適な代替手段です。超広帯域アクセス-UWB（Ultra Wide Band）は、短距離で高いデータ転送速度（最大400 Mbps）を提供できるWPANクラスのワイヤレスネットワークプロジェクトです。超広帯域アクセスの最も興味深いアプリケーションの中には、ワイヤレスUSB（wUSB）規格があります。これにより、コンピューター周辺機器と家庭用電化製品の相互作用が根本的に新しいレベルになります。

共存する3G、UWB、Wi-Fi、およびWiMAXテクノロジーにより、いつでもどこでも接続が必要なデータ交換が可能になります。その間、無線技術の新しい機会を見越して光ファイバーネットワークの導入を遅らせる傾向がありました。技術者たちは、ブロードバンド無線通信を普及させる無線通信機器の開発に力を注いでいます。

デバイスのパフォーマンスを向上させ、それに応じてインターフェイスの帯域幅を向上させる傾向が常にあるため、WLAN標準が絶えず開発され、新世代のWLANが登場しています。

これらの傾向に対応して、次世代WLAN規格の開発を行うためにIEEE TGn（IEEE TGn）が設立されました。 IEEE TGnの調査結果によると、IEEE 802.11n規格の開発が進行中であり、そのデータ転送速度は100Mbpsを超えます。

そして、非常に重要なことに、802.11nテクノロジーは、エンタープライズプロダクションネットワークやモバイルプラットフォーム、家電製品など、これまでのすべての主要なプラットフォームをサポートしています。新しい標準の基盤となる2つの柱である高帯域幅とMIMO（多入力多出力、多入力、多出力）テクノロジーは、この世代のWLANの高性能要件を満たしています。同時に、アクセス制御層（MAC）の再構築なしでは、高性能は不可能です。この標準の進化についてさらに詳しく見ていきましょう。

表1。

IEEE802.11n規格の開発

IEEE 802.11（WLAN）規格は、ポータブルおよびモバイルデバイス用の高速IEEE 802.3（Ethernet）規格を補完するテクノロジーとして採用されています。アプリケーションが成功する理由は、比較的低コストでデータレートの向上をサポートするためです。 IEEE 802.11、IEEE 802.11b、およびIEEE 802.11a / g規格は、それぞれ2 Mbps、s、11 Mbps、および54Mbpsのデータレートを提供します。

IEEEワーキンググループは802.1にいくつかの変更を加え、新しい仕様802.11nを呼び出しました。標準の開発における主な要件は、より高いパフォーマンスとより高いデータ転送速度を実現することです。 IEEE 802.11b /に注意してください。 11a /。 11gは、さまざまな物理層（PHY）上に高速データ転送層を提供します。

IEEE 802.11n規格は、より高いPHY層と増加したメディアアクセス制御（MAC）層の速度で高性能を実現することです。 IEEE 802.11n標準開発プロセスには、次の3つの段階があります。

ステージ1-準備ステージ（2002年1月から9月まで）。
ステージ2-パフォーマンスを向上させる機会の調査（2002年9月から2003年9月までのIEEE 802.11 HTSG作業）。
ステージ3-IEEE802.11n規格の開発。この分野でのタスクフォース（TGn）の作業は、2003年9月に開始され、2007年3月に終了する予定です。

IEEE 802規格に基づくデータ送信量の増加に関する最初の正式な会議（フェーズ1）は、2002年1月にテキサス州ダラス（米国）で開催されました。この会議で、ジョーンズ氏は、データレートを上げるための高い要件（IEEE802.11標準では100Mbps以上）を提示し、変調方式、コーディング手法、空間の概要方式などの実装の技術的側面について説明しました。多重化（MIMO）を行い、IEEE802.11a標準と比較して帯域幅を2倍にする必要があることを発表しました。シドニーでは、2002年5月に開催されたIEEE 802寄稿者が、IEEE802.11プロトコルのパフォーマンスに理論上の上限があることを証明しました。

設計決定の第2段階では、標準を開発するための5つの基準が確立されました。

幅広い市場の可能性： つまり、幅広いアプリケーション、複数のユーザー、およびバランスの取れたコストの可能性です。
互換性： 互換性には、既存の802.11標準と同様に、SAPインターフェイスMACを保持する必要があります。新しい規格は、既存の802.11規格と互換性のある形式と構造で定義する必要があります。
特徴的なアイデンティティ： 各IEEE802規格には、別のIEEE802規格との一連の違いがあります。
技術的実現可能性： プロジェクトの第1段階と第2段階の調査では、標準の技術的な実現可能性が示されました。さらに、信頼性の高いWLANソリューションは現在すでに存在しています。
経済的便宜： 経済的実現可能性には、既知のコスト要因の相関関係が含まれ、標準の実装のための合理的なコスト要件を策定し、コストの全体的なレベルを見積もります。

IEEE 802.11n（TGN）タスクフォース（フェーズ3）の最初の正式な会議は、2003年9月にシンガポールで開催されました。その結果、IEEE 802.11n規格は2007年3月に完全に公開される予定でした。わかったように、IEEE 802.11nパラメータは、MAC層のパフォーマンスの向上とPHYの再構築という2つの要素を提供するはずです。

PHYレベルの再構築ですべてが多かれ少なかれ明確である場合（主な要件は帯域幅を増やすことです）、MACレベルではすべてがそれほど単純ではありません。メッセージの再構築、つまりコーディングに伴うサービスフィールドの合理的な削減は、正規化と呼ばれます。メッセージを正規化することで、データ転送のパフォーマンス（TUL-スループットの上限）を向上させます。 TULの存在は、オーバーヘッドを削減せずに（つまり、正規化を実行せずに）データレートが増加するため、データレートが無限に高い場合でもパフォーマンスが大幅に制限されることを示しています。言い換えると、IEEE 802.11規格では、前述の高性能要件を達成するためにオーバーヘッドを削減する必要があります。

パフォーマンス-TUL-は次のように定義されます。

TUL = 8Ldata / 2Tp + Tphy + Tdifs + Tsifs +（CWmin-1）Tslot / 2。

データの正規化は、データ転送速度とパフォーマンスの違いを判断するのに役立ちます。たとえば、ペイロードサイズが100バイトの場合、正規化されたスループットは180Mbpsで1になります。ペイロードサイズが1500バイトの場合、正規化されたスループットは180 Mbpsで70％に達します（図1）。

米。 1. a）IEEE802.11仕様のMTおよびTULのプロット。 b）データレートとペイロードサイズに応じた正規化されたオーバーヘッド

MT-最大スループット。

LDATA-バイト単位の有用な情報。

Tp、Tphy-PHY物理層ヘッダープリアンブルのサービスビット。

Tslot、Tsifs、Tdifs-タイムスロット：短い（SIFS）、差別化された（DIFS）。

IEEE 802.11標準のデータレートを上げるもう1つの方法は、MACフレーム圧縮の概念です。ループ圧縮メカニズム（MSC）には、多くの利点があります。まず、長いサイクルを送信することで、短いサイクルを送信するよりも高いパフォーマンスを実現できます。これらのメカニズムを使用することにより、システムはより長いサイクルを送信することにより、より良いパフォーマンスを達成できます。もう1つの重要な利点は、これらのメカニズムによってオーバーヘッドを削減できることです。これらのメカニズムがない場合、各サイクルの送信には個別のヘッダーが必要です。逆に、これらのメカニズムでは、異なるサイクルの複数のヘッダーの代わりに、1つだけが使用されます。最後に、これらのメカニズムを使用すると、平均遅延を減らすことができます。それ以外の場合、2番目以降のサイクルははるかに遅い時間に送信されます。これらのメカニズムにより、情報ははるかに高速に転送されます。 1つの問題が発生します-圧縮されたサイクルの全長をどの値にする必要がありますか。 1つ明らかなことは、圧縮されたサイクルの数がしきい値を超えてはならないということです。しきい値との交差点では、メッセージの信頼性を保証できません。同様に、圧縮されたサイクルの合計の長さは、メッセージの断片化のしきい値以下の別のしきい値よりも短くする必要があります。

これらのメカニズムの目的は、巨大な圧縮サイクルを構築することではなく、合理的な妥協案を選択することです。サイクルが大きすぎると、パフォーマンスが低下する可能性があります。また、圧縮されたサイクルは断片化メカニズムを予約しません。実際、提案されたメカニズムでは、圧縮されたサイクルの全長が断片化のしきい値よりも短い必要があります。したがって、元々は以前の断片化メカニズムによって生成された非圧縮サイクルが得られます。一方、全長が断片化のしきい値よりも短いため、圧縮されたサイクルは断片化されません。

そのため、IEEE 802.11n規格は、より高いデータレートを提供するために引き続き改善されています。 MAC層の非効率性の根本的な問題としてオーバーヘッドビットを強調します。「額の」データ転送速度を単純に上げるだけでは、問題の解決には絶対に役立ちません。データレートが高い場合やフレームサイズが小さすぎる場合は、ヘッダーが非常に大きいことを忘れないでください。したがって、MACレベルをアップグレードするための新しい効果的な方法が必要です。サイクル圧縮を使用してサービスビットを削減するために、MACレベルを改善するためのいくつかのオプションが提案されています。この問題のすべての側面とその見通しを調査した結果、サイクル圧縮スキームを使用してパフォーマンスの上限が策定されました。 MIMOテクノロジーは、次世代のワイヤレスネットワークの基盤として特別な考慮に値します。 MIMOを使用すると、次のことが可能になります。

使用するデータストリームの数を増やすことによる高速データ転送。
複数のデータストリーム間の接続を確立する機能を提供します。
その結果、SISOシステムと比較してデータ転送速度の向上に貢献します。

MIMOテクノロジーは非常に興味深く、多面的であるため、その考察はこの記事の範囲を超えています。

Wi-Fiプラス

WLAN市場は、現代の電子機器におけるマルチメディア機能の爆発的な増加に牽引されて成長しています。 ABIによると、2005年3月の時点で、2008年には約1億5000万の802.11nWLANチップセットが販売される予定です。 Metalinkは現在、世界で802.11n標準の実装において誰もが認めるリーダーです。同社は、802.11n規格の要件に従ってWLAN Plusチップセットを開発および製造しました（図2）。

米。 2. WLANPlusチップセット

製造元は、WLANPlusチップセットを次のようなアプリケーションのワイヤレスデバイスの基盤として位置付けています。

建物や構造物の自動化。
個々の医療診断機器;
産業自動化、プロセス制御および監視。
アクセスと照明制御;
パソコンおよび周辺機器;
家電;
IPテレフォニー。

WLAN Plusテクノロジーは高性能を提供し、その独自の技術的機能のおかげで、他の電子部品メーカーのハードウェアでは利用できない多くのアプリケーションを備えています。 802.11nチップセットを使用する1つの可能な例を図1に示します。 3.3。

米。 3.802.11nチップセットの使用例

WLANPlusの主な機能

WLAN Plusは、完全な2チップアーキテクチャであり、MIMOテクノロジを備えたPHY物理層アクセスチップ（MtW8150）とMAC層チップMtW8170です。 WLANPlusチップセットの主な機能を以下に示します。

2x2または2x3MIMOテクノロジーをサポートして、高性能とサービス品質を確保します。
PHYチップの動作周波数範囲は、最大243Mbpsのデータ転送速度で4.9〜5.6GHzです。
動作周波数の範囲を広げる可能性。
802.11a準拠および802.11b / gサポート。
追加のセキュリティスキーム（WPA2、802.11i）のサポート。
（WMM）（Wireless Multi-Media）802.11eのサポート。
PCI、イーサネット、およびその他のインターフェイスの組み込みサポート。

無線トランシーバーMtW8150、そのブロック図を図1に示します。 4は、MIMOをサポートするスタンドアロンRFICチップです。これは、MetalinkのWLANPlusソリューションのコア要素です。マイクロ回路には局部発振器（LO-局部発振器、局部発振器）が組み込まれていることに注意してください。これは、MtW8150マイクロ回路だけでなく、他の回路要素のクロッキングにも使用できます。 MtW8150は直接周波数変換を使用し、ベースバンドに調整された外部SAWフィルターを必要とします。 RF RSSI検出器により、デバイスの正確な自動制御（AGC）と、クラス最高の干渉除去が可能になります。 MtW8150チップの製造では、製造プロセスがSiGe基板上で使用されます。マイクロ回路は、わずか11x11 mmの寸法のTAPP（Thin Array Plastic Package）プラスチックケースに入れられます。定格動作電圧は3.0Vであり、セルフパワーの携帯機器で問題なくマイクロ回路を使用することができます。 MtW8150は、IEEE 802.11nMIMOテクノロジーに準拠するように設計された2つのフルRFチャネルを使用します。さらに、MtW8150チップは、AGCとRSSIの2つのトランシーバーを構成に実装していることに注意してください。

米。 4.MtW8150の機能図

WLANPlusアーキテクチャ

チップセットアーキテクチャの主な機能（図5）は次のとおりです。

シングルチップでの世界初の2×2MIMOサポート。
IEEE802.11nおよびIEEE802.11a規格の互換性を確保。
QAM64までのEVM変調のサポート。
クラス最高のスペクトル特性。
空間多重化を使用して、同じ周波数チャネルで2つの独立したデータストリームを送信または受信します。
2つの完全で独立したRF回路。
IEEE802.11a互換性のための20MHzチャネル。
チップセットの複数の回路間で1つの局部発振器LOの周波数を共有します。
実際の動作での高ビットMIMO（4x4など）のサポート。
受信アンテナスイッチングのサポート。
SNRの変化に合わせて調整するためのチャネル内の動的データ分離。
Tx / Rxキャリブレーションのフィードバック。
高速でシンプルなパラレルインターフェース。
受信と送信の高速切り替え。
ベースバンドコントローラーとのシンプルなインターフェース。
RF回路ごとに個別の制御。
独立した電力制御。
BPSK、QPSK、16-QAMおよび64-QAMのサポート。

米。 5. WLANPlusアーキテクチャ

このキットを使用すると、IEEE 802.11デバイスの開発者は、WLAN実装の問題に集中するのではなく、独自のアプリケーションの開発に集中できます。これにより、プロジェクトコストを大幅に削減し、市場投入までの時間を短縮できます。

評価キット

評価キット（図6）を使用すると、ユーザーは機器をテストし、Metalink WLAN PlusMIMOテクノロジーの機能を評価できます。 WLAN Plus評価キットを使用すると、次のことができます。

MetalinkMtW8170およびMtW8150チップセットの機能の評価。
チップセットの特性を考慮した、WLAN用のアプリケーションの開発。
最小限のコストで製品を迅速に市場に投入する機会を提供します。

米。 6.評価キットの外観

このキットは、mPCIボードとコントロールボードの2つのボードで構成されています。制御ボードはmPCIと組み合わせて使用され、WLAN PlusMIMOモジュールとの追加のインターフェイスオプションを提供します。コントロールボードには、他のデバイスに接続するためのmPCIスロット、イーサネット、およびUSB2.0インターフェイスコネクタが含まれています。 mPCIボードには、Metalink WLANPlus MIMOチップセット、MtW8170、ベースバンドコントローラー、およびMtW8150無線トランシーバーが含まれています。 MIMO 2x2および2x3構成がサポートされており、mPCIインターフェイスを使用すると、mPCIインターフェイスを備えた任意のデバイスに接続できます。

ソフトウェアサポート

WLAN Plus評価キットには、WindowsXPおよびLinuxオペレーティングシステム用のソフトウェアが付属しています。 WLANPlusチップセットのソフトウェア構造を図1に示します。 7.結論として、ソフトウェアアーキテクチャは、現在WLANシステムでサポートされていない構成を将来的に改善および追加できるようになっていることに注意してください。この側面は、アプリケーションのスケーリングの観点から非常に関連しているように思われます。これは、電子機器の要件が急速に増大している今日の状況で特に重要です。

米。 7. WLANPlusによる構造

ワイヤレスネットワークの普及、ホットスポットインフラストラクチャの開発、統合ワイヤレスソリューション（Intel Centrino）を備えたモバイルテクノロジーの出現により、エンドユーザー（企業のお客様は言うまでもなく）はワイヤレスソリューションにますます注目するようになりました。このようなソリューションは、主にモバイルおよび固定ワイヤレスローカルエリアネットワークを展開する手段として、またインターネットへのオンラインアクセスの手段として考えられています。

ただし、ネットワーク管理者以外のエンドユーザーは通常、ネットワークに精通していないため、ワイヤレスソリューションを購入する際、特に現在提供されているさまざまな製品では、正しい選択を行うことが困難です。無線技術の急速な発展により、ある規格に慣れる時間がないユーザーは、さらに高速の伝送速度で別の規格に切り替えることを余儀なくされています。もちろん、これはIEEE 802.11として知られるワイヤレス通信プロトコルのファミリーに関するものであり、802.11、802.11b、802.11b +、802.11a、802.11g、802.11g +プロトコルが含まれ、新しい標準がすでに間近に迫っています- 802.11n。そして、802.11e、802.11i、802.11hなどのセキュリティプロトコルやQoSをこの大規模なファミリに追加すると、これを理解するのはまったく簡単ではないことが明らかになります。

ワイヤレス通信の世界に参加したいが、どこから始めればよいかわからない人の生活を楽にするために、読者がワイヤレスプロトコルの802.11ファミリとの主な違いを理解できる短いガイドをまとめることにしました。ワイヤレスネットワークの基本原則を理解します。

802.11プロトコルファミリの物理層

802.11ファミリの標準の主な違いは、情報のエンコード方法と、その結果として生じる受信/送信速度の違いにあります。すべてのワイヤレスプロトコルはスペクトラム拡散（SS）テクノロジーに基づいています。これは、最初は狭帯域（スペクトル幅の観点から）の有用な情報信号が、送信中にそのスペクトルがスペクトルよりもはるかに広くなるように変換されることを意味します。元の信号、つまり、周波数範囲にわたってスミアされたような信号スペクトル。信号スペクトルの広がりと同時に、信号のスペクトルエネルギー密度の再分布が発生します。信号エネルギーもスペクトル全体に「スミア」されます。その結果、変換された信号の最大電力は、元の信号の電力よりもはるかに低くなります。同時に、有用な情報信号のレベルは文字通り自然ノイズのレベルと比較することができ、その結果、信号はある意味で「見えない」ようになります。つまり、自然ノイズのレベルで失われるだけです。

ヨーロッパおよび米国でのライセンスなしの使用（802.11ファミリのプロトコルが機能するのはこのスペクトル範囲内）には、2400〜2483.4 MHzの無線範囲が割り当てられ、産業、科学、および医学（産業、科学、および医学、ISM）およびISM範囲と呼ばれる）、および5725〜5875 MHzですが、送信機の電力は厳密に規制されており、ヨーロッパでは100 mW（ETSI制限）、米国では1 W（FCC）に制限されています。制限）。スペクトラム拡散技術は、このような過酷な条件での無線帯域の共有を整理するために使用されます。 802.11b / gプロトコルは、直接シーケンススペクトラム拡散（DSSS）テクノロジーを使用します。

IEEE802.11標準

ワイヤレス通信プロトコルのファミリ全体の基盤として機能した最初のワイヤレスネットワーク標準は、IEEE802.11でした。現在、このプロトコルのみに基づくソリューションはありませんが、802.11bおよび802.11gプロトコルのサブセットとして含まれているという理由だけで、別の議論に値します。

802.11規格では、2400〜24835 MHzの周波数範囲と、1および2Mbpsの伝送速度の使用が規定されています。データは、11チップのバーカーコードを使用したDSSS方式を使用してエンコードされます。 1 Mbit / sの情報レートでは、バーカーシーケンスの個々のチップの繰り返しレートは11〜106チップ/秒であり、そのような信号の帯域幅は22MHzです。

正弦波キャリア信号（キャリア信号の情報コンテンツに必要なプロセス）を変調するには、相対バイナリ位相変調（Differential Binary Phase Shift Key、DBPSK）を使用します。

IEEE 802.11（基本アクセスレート）規格では1 Mbpsの情報レートが必須ですが、2 Mbps（拡張アクセスレート）はオプションです。このレートでデータを送信するために、11チップのバーカーコードを使用するDSSSテクノロジーが使用されますが、搬送波の変調には、相対直交位相変調（差動直交位相シフトキー）が使用されます。

2 Mbpsの情報レートでは、バーカーシーケンスの個々のチップの繰り返しレートは同じままです。つまり、11〜106チップ/秒であるため、送信信号のスペクトルの幅は変化しません。

IEEE802.11b標準

1999年7月に採用されたIEEE802.11bプロトコルは、基本的な802.11プロトコルの一種の拡張であり、1および2 Mbpsの速度に加えて、5.5および11Mbpsの速度を提供します。 5.5および11Mbpsの速度での動作では、ノイズのようなバーカーシーケンスの代わりに、いわゆる8チップCCKシーケンス（相補コードキーイング、CCK）を使用してスペクトルを広げます。

CCKコードを使用すると、11 Mbpsのレートでシンボルあたり8ビット、5.5Mbpsのレートでシンボルあたり4ビットをエンコードできます。どちらの場合も、シンボルレートは1秒あたり1.385X106シンボルです（11/8 = 5.5 / 4 = 1.385）。

CCKシーケンスの要素を決定するフェーズの値は、入力情報ビットのシーケンスによって異なります。 11 Mbpsの伝送速度では、CCKシーケンスを一意に決定するために、8ビット（4ディビット）の入力データの知識が必要です。入力データの最初のディビットは、前のデータに対する文字全体の位相シフトを決定し、残りの6ビットはCCKシーケンス自体を指定するために使用されます。 6ビットのデータは64の異なる組み合わせを持つことができるため、IEEE 802.11bプロトコルは64の可能な8ビットCKKシーケンスの1つを使用して各文字をエンコードします。これにより、6ビットを1つの送信文字にエンコードできます。各シンボルは、最初のディビットの値に応じて前のシンボルに対してさらに位相シフトされ、位相シフトは4つの値を取ることができるため、各シンボルに8つの情報ビットがエンコードされます。

CCKシーケンス

CCKシーケンスは、ゼロ以外のサイクリックシフトに対する自己相関関数の合計が常にゼロであるという事実によって特徴付けられます。

IEEE 802.11b規格は、異なる位相の要素を含む複雑な相補シーケンスを扱います。このシーケンスの各要素は、1、-1、j、-j、1 + j、1-j、-1 + j、-1-jの8つの値のセットからの複素数です。信号の複雑な表現は、位相変調された信号を表現するための便利な数学的ツールにすぎません。したがって、1に等しいシーケンス値は、ジェネレータ信号と同相の信号（つまり、位相シフトがない）に対応し、-1に等しいシーケンス値は、位相のずれた信号（位相シフト）に対応します。 p）などに等しい。

CCKシーケンスと以前に検討されたバーカーコードの主な違いは、論理的な0または1のいずれかをエンコードできる厳密に定義されたシーケンスではなく、シーケンスのセット全体があることです。また、シーケンスの各要素は、フェーズの値に応じて8つの値のいずれかを取ることができるため、十分な数の異なるCCKシーケンスを組み合わせることができます。これにより、1つの送信シンボルに複数の情報ビットをエンコードできるため、情報の送信速度が向上します。

5.5 Mbit / sの伝送速度では、4ビットがすでに1つのシンボルにエンコードされており、これが情報速度の半分を決定します。このレートでは、同じルールに従って形成された、すでに考慮されているCCKシーケンスが使用されます。唯一の違いは、使用されるCCKシーケンスの数とそれらを選択するためのルールです。

CCKシーケンスのすべてのメンバーを指定するには、4つの入力情報ビット、つまり2つのディビットが使用されます。前と同じように、最初のディビットはシンボル全体の位相シフトの値を設定し、2番目のディビットは4つの可能なCCKシーケンスの1つを選択するために使用されます。各シンボルが前のシンボルに対して4つの可能な値の1つによって位相がさらにシフトされることを考慮に入れると、これにより4つの情報ビットを1つのシンボルにエンコードできます。

802.11bプロトコルで可能な5.5および11Mbpsの伝送速度を考慮すると、CCKシーケンスを使用してデータを11 Mbpsの速度で伝送できるのに、なぜ5.5Mbpsの速度が必要なのかという問題はこれまで無視してきました。理論的には、これは真実ですが、干渉環境が考慮されていない場合に限ります。実際の状況では、伝送チャネルのノイズ、したがってノイズと信号レベルの比率は、高い情報レートでの伝送（つまり、1つのシンボルに多くの情報ビットがエンコードされている場合）が不可能になる可能性があります。彼らの誤った認識に。数学的な詳細に立ち入ることなく、通信チャネルのノイズレベルが高いほど、情報伝送速度が低くなることに注意してください。同時に、受信機と送信機が干渉環境を正しく分析し、許容可能な伝送速度を選択することが重要です。

CCKシーケンスに加えて、802.11bプロトコルは、オプションで、5.5および11Mbpsの伝送速度で代替のコーディング方法を提供します-パケット畳み込みコーディングPBCC。そして、802.11b +プロトコル（802.11bプロトコルの拡張）の基礎を形成したのはこのエンコーディングモードでした。実際には、802.11b +プロトコル自体は公式には存在しませんが、この拡張機能はかつて多くのワイヤレスデバイスメーカーによってサポートされていました。 802.11b +プロトコルは、PBCCテクノロジーを使用して22Mbpsの別のデータレートを提供します。

バイナリパケット畳み込み符号化PBCC

畳み込み符号化（Packet Binary Convolutional Coding、PBCC）の考え方は次のとおりです。情報ビットの入力シーケンスは、各入力ビットが複数の出力ビットに対応するように畳み込みエンコーダで変換されます。つまり、畳み込みエンコーダは、元のシーケンスに特定の冗長情報を追加します。たとえば、各入力ビットが2つの出力ビットに対応する場合、r = 1/2のレートの畳み込み符号化について説明します。

畳み込みエンコーダの主な利点は、それらが形成するシーケンスのノイズ耐性です。事実、コーディングの冗長性により、受信エラーが発生した場合でも、元のビットシーケンスを正確に復元できます。

畳み込みエンコーダで生成されたディビットは、その後送信シンボルとして使用されますが、このディビットは最初に位相変調され、伝送速度に応じて、バイナリ、直交、さらには8位置の位相変調も可能です。

ご覧のとおり、PBCCテクノロジーは非常にシンプルです。 DSSSテクノロジー（バーカーコード、CCKシーケンス）とは異なり、ノイズのようなシーケンスを使用するため、ここではスペクトル拡大テクノロジーは使用されませんが、この場合、標準の22MHzまでのスペクトル拡大も提供されます。この目的のために、可能なQPSKおよびBPSK信号コンスタレーションのバリエーションが使用されます。

PBCC法では、出力信号のスペクトルを広げるために、2つの信号コンスタレーションQPSKとBPSKが使用されます。

5.5 Mbpsでは、レート1/2畳み込みエンコーダーによって生成されたディビットはBPSKバイナリ位相変調を使用し、11MbpsではQPSK直交位相変調を使用します。同時に、11 Mbpsのレートでは、各シンボルに1つの入力ビットがエンコードされ、ビットレートはシンボルレートに対応します。5.5Mbpsのレートでは、ビットレートはシンボルレートの半分になります（この場合の各入力ビットは、2つの出力文字に対応します）。したがって、5.5Mbpsと11Mbpsの両方で、シンボルレートは1秒あたり11X106シンボルです。

22 Mbpsの速度の場合、すでに検討したPBCCスキームと比較すると、データ伝送には2つの違いがあります。まず、位相8位置位相変調（8-PSK）が使用されます。つまり、信号位相は8つの異なる値を取ることができ、1つのシンボルに3ビットをエンコードできます。次に、畳み込みエンコーダに加えて、次の理由でパンクチャエンコーダ（Puncture）が回路に追加されました。2に等しい畳み込みエンコーダの冗長性（入力ビットごとに2つの出力ビットがあります）が非常に高く、干渉環境の特定の条件下では不要であるため、たとえば、2つの入力ビットごとに3つの出力ビットに対応するように冗長性を減らすことができます。もちろん、この目的のために、畳み込み符号化率が2/3の適切な畳み込みエンコーダを開発することは可能ですが、回路に特別なパンクチャドエンコーダを追加すると、余分なビットが破壊されるだけです。

断続平衡説の動作原理を扱ったので、802.11b +プロトコルでの22Mbpsの速度でのPBCCエンコーディングの考察に戻りましょう。

畳み込みエンコーダー（r = 1/2）は、22Mbpsの速度でデータを受信します。畳み込みエンコーダーに冗長性が追加された後、44 Mbpsのビットレートのビットがパンクチャドエンコーダーに入ります。このエンコーダーでは、4つの入力ビットごとに3つの出力ビットが存在するように冗長性が低減されます。したがって、ドット付きエンコーダーの後、ストリームレートはすでに33 Mbit / sになります（情報ではなく、追加された冗長ビットを考慮した合計レート）。結果のシーケンスは8PSK位相変調器に送信され、3ビットごとに1つのシンボルにパックされます。この場合、伝送速度は1秒あたり11〜106シンボルになり、情報速度は22Mbpsになります。

802.11b / b +規格の伝送速度とコーディングタイプの関係を表に示します。一。

* 22 Mbpsの速度は、802.11b +プロトコルにのみ適用されます。

IEEE802.11g標準

802.11g規格は、802.11b規格を論理的に発展させたものであり、同じ周波数範囲でより高速なデータ伝送を伴います。さらに、802.11gは802.11bと完全に互換性があります。つまり、802.11gデバイスは802.11bデバイスをサポートする必要があります。 802.11gの最大転送速度は54Mbpsです。

802.11gの開発では、直交周波数分割OFDM方式とPBCCバイナリバーストコーディング方式の2つの競合するテクノロジが検討され、オプションで802.11b標準に実装されました。その結果、802.11g標準は妥協案に基づいています。基本的なものとしてOFDMおよびCCKテクノロジーが使用され、オプションでPBCCテクノロジーの使用が提供されます。

802.11gプロトコルでは、PBCCコーディングテクノロジーをオプションで（必ずしもそうとは限りませんが）5.5の速度で使用できます。十一; 22および33Mbps。一般に、規格自体では、1のボーレートが必須です。 2; 5.5; 6; 十一; 12および24Mbps、および33、36、48、および54Mbpsのより高い転送速度はオプションです。さらに、異なる変調技術で同じ伝送速度を実現できます。たとえば、24 Mbpsの伝送速度は、マルチ周波数OFDMコーディングとハイブリッドCCK-OFDMコーディング技術の両方で実現できます。

まだ言及していないのは、ハイブリッドコーディング手法だけです。この用語の本質を理解するために、送信されるデータパケットには、サービス情報とデータフィールドを含むヘッダー/プリアンブルが含まれていることに注意してください。 CCK形式のパケットとは、フレームのヘッダーとデータがCCK形式で送信されることを意味します。同様に、OFDM技術を使用する場合、フレームヘッダーとデータはOFDMコーディングを使用して送信されます。 CCK-OFDM技術では、フレームヘッダーはCCKコードを使用してエンコードされますが、フレームデータ自体はマルチ周波数OFDMコーディングを使用して送信されます。したがって、CCK-OFDMテクノロジーは、CCKとOFDMの一種のハイブリッドです。ただし、ハイブリッド技術はCCK-OFDM技術だけではありません。PBCCパケットコーディングを使用する場合、フレームヘッダーはCCKコードを使用して送信され、フレームデータはPBCCを使用してエンコードされます。

IEEE802.11a標準

上記の802.11bおよび802.11g規格は、2.4 GHzの周波数範囲（2.4〜2.4835 GHz）を指しますが、802.11a規格は、すでに高い周波数範囲（5.15〜5.350 GHzおよび5.725〜5.825 GHz）の使用を想定しています。）。米国では、この範囲は、ライセンスのない国の情報インフラストラクチャ（Unlicensed National Information Infrastructure、UNII）の範囲と呼ばれます。

FCC規則に従って、UNII周波数範囲は3つの100 MHzサブバンドに分割されます。これらのサブバンドは、最大放射電力の制限が異なります。低帯域（5.15〜5.25 GHz）はわずか50 mW、中帯域（5.25〜5.35 GHz）は250 mW、高帯域（5.725〜5.825 GHz）は最大1ワットです。全幅300MHzの3つの周波数サブバンドを使用すると、802.11a標準が802.11ファミリの標準の中で最も広くなり、周波数範囲全体を12の20 MHz幅のチャネルに分割できます。そのうちの8つは200MHzにあります。範囲は5.15〜5.35 GHzで、他の4つは100メガヘルツの範囲で5.725〜5.825GHzです。同時に、最高の送信電力を提供する4つの高周波数チャネルは、主に屋外での信号送信に使用されます。

802.11aプロトコルは、周波数直交分割多重方式（OFDM）技術に基づいています。チャネル分離には、64個の周波数サブチャネルのウィンドウを持つ逆フーリエ変換が使用されます。 802.11a規格で定義されている12チャネルのそれぞれの幅は20MHzであるため、各直交周波数サブチャネルの幅は312.5kHzです。ただし、64個の直交サブチャネルのうち52個のみが使用され、そのうち48個はデータの送信（データトーン）に使用され、残りはサービス情報の送信（パイロットトーン）に使用されます。

周波数直交多重方式（OFDM）

マルチパス干渉の結果は、受信信号の歪みです。マルチパス干渉はどのタイプの信号にも固有ですが、干渉の結果として一部の周波数が同相で追加され、信号が増加する一方で、他の周波数は信号の増加につながるため、広帯域信号に特に悪影響を及ぼします。逆に、位相がずれているため、信号は特定の周波数で減衰します。マルチパス干渉に関しては、2つの極端なケースが区別されます。最初のケースでは、異なる信号間の最大遅延は1つのシンボルの持続時間を超えず、干渉は1つの送信されたシンボル内で発生します。 2番目のケースでは、異なる信号間の最大遅延が1つのシンボルの持続時間よりも大きく、干渉の結果として、異なるシンボルを表す信号が追加され、いわゆるシンボル間干渉（Inter Symbol Interference、ISI）が発生します。。

OFDMテクノロジーでは、各周波数サブチャネルでデータレートを高くしすぎないようにすることができます。これにより、符号間干渉を効果的に抑制するための前提条件が作成されます。

周波数分割では、個々のチャネルの幅は、一方では個々のチャネル内の信号の歪みを最小限に抑えるのに十分な幅であり、他方では必要な伝送速度を提供するのに十分な幅である必要があります。さらに、サブチャネルに分割されているチャネルの帯域幅全体を経済的に使用するために、チャネルを確保するために、チャネル間干渉を回避しながら、周波数サブチャネルを可能な限り密に配置することが望ましい。互いに完全に独立しています。上記の要件を満たす周波数チャネルは、直交と呼ばれます。すべての周波数サブチャネルのキャリア信号（または、これらの信号を記述する関数）は互いに直交しています。また、周波数サブチャネル自体は部分的にオーバーラップする可能性がありますが、搬送波信号の直交性により、チャネルの相互の周波数独立性が保証され、その結果、チャネル間干渉がなくなります。

OFDMの重要な利点の1つは、高いビットレートと効果的なマルチパス抵抗の組み合わせです。より正確には、OFDMテクノロジー自体はマルチパス伝搬を排除しませんが、シンボル間干渉の影響を排除するための前提条件を作成します。事実、OFDMテクノロジーの不可欠な部分は、ガードインターバル（ガードインターバル、GI）です。これは、シンボルの先頭に付加された、シンボルの末尾の周期的な繰り返しです。ガードインターバルは冗長な情報であり、この意味で有用な（情報）伝送速度を低下させますが、それはシンボル間干渉の発生に対する保護として機能します。この冗長な情報は、送信機で送信されたシンボルに追加され、シンボルが受信機で受信されたときに破棄されます。

ガードインターバルの存在は、個々のシンボル間に時間ギャップを作成し、ガードインターバルの持続時間がマルチパス伝搬のために最大信号遅延時間を超える場合、シンボル間干渉は発生しません。

変調技術に関しては、802.11aプロトコルは802.11gと大差ありません。低ビットレートでは、BPSKとQPSKが使用され、高ビットレートでは、16-QAMと64-QAMが使用されます。さらに、802.11aプロトコルは、畳み込み符号化を使用してノイズ耐性を向上させます。畳み込み符号化の速度は異なる可能性があるため、同じタイプの変調を使用すると、伝送速度が異なります。

OFDM方式では、1つのシンボルの持続時間とガードインターバルは4 µsであるため、パルス繰り返し周波数は250kHzになります。各サブチャネルで1ビットがエンコードされ、合計で48のサブチャネルがあることを考慮すると、合計伝送速度は250 kHzS48チャネル= 12MHzになります。畳み込みエンコーダのレートが1/2の場合、データビットレートは6Mbpsになります。畳み込み符号化レートが3/4の場合、情報ビットレートは9Mbpsになります。合計で、802.11aプロトコルは、使用される速度、変調タイプ、および畳み込み符号化レートが互いに異なる8つの異なる伝送モードの使用を提供します（表2）。同時に、802.11aプロトコル自体では、6、12、および24 Mbpsの速度のみが必須であり、残りはすべてオプションであることを強調します。

802.11ネットワークの共有メカニズム

これまで、802.11ファミリのさまざまな無線通信プロトコルを考慮して、信号の送受信中に信号をエンコード/デコードおよび変調/復調する方法を決定する物理（PHY）層に集中してきました。ただし、メディア共有の規制などの問題は、MAC層（メディアアクセス制御）と呼ばれるメディアアクセス層で、より高いレベルで定義されます。無線ネットワークの複数のノードがデータ伝送媒体を同時に共有するためのルールが確立されるのは、MACレベルです。

規制規則の存在の必要性は非常に明白です。ルールを遵守せずに、ワイヤレスネットワークの各ノードが無線でデータを送信し始めたらどうなるか想像してみてください。いくつかのそのような信号の干渉の結果として、送信された情報が意図されたノードはそれを受信できないだけでなく、この情報がそれらに宛てられたものであることも一般に理解します。そのため、データ伝送媒体への集合的なアクセスを決定する厳格な規制規則の存在が必要です。このような集合的アクセスの規則は、すべての道路利用者による道路の共有を規制する道路の規則と比喩的に比較することができます。

802.11 MAC層は、分散調整機能（DCF）とポイント調整機能（PCF）の2種類のメディア共有を定義します。

DCF分散調整機能

一見、データ伝送メディアの共有は難しくないように見えます。必要なのは、メディアが空いているとき、つまりどのノードもデータを送信していないときにのみ、すべてのノードがデータを送信するようにすることです。ただし、このようなメカニズムでは、2つ以上のノードが同時にデータ伝送媒体にアクセスしようとして、媒体が空いていると判断して同時伝送を開始する可能性があるため、必然的に衝突が発生します。そのため、衝突の可能性を減らし、同時にすべてのネットワークノードのデータ伝送媒体への平等なアクセスを保証できるアルゴリズムを開発する必要があります。

データ伝送媒体へのこのような平等なアクセスを整理するためのオプションの1つは、キャリア検出と衝突回避メカニズム（Carrier Senseマルチアクセス/衝突回避、CSMA / CA）を使用したマルチアクセスの方法に基づく分散調整機能（DCF）です。）。このような組織では、各ノードは、送信を開始する前に、メディアをリッスンし、キャリア信号を検出しようとします。メディアが空いている場合にのみ、データ送信を開始できます。

ただし、すでに述べたように、この場合、衝突の可能性が高く、そのような状況の可能性を減らすために、衝突回避メカニズム（CA）が使用されます。このメカニズムの本質は次のとおりです。ネットワーク内の各ノードは、送信を開始する前にメディアが空いていることを確認して、一定時間待機します。この間隔はランダムであり、必須のDIFS間隔（DCFフレーム間スペース）とランダムに選択されたカウントダウン間隔（バックオフ時間）の2つのコンポーネントで構成されます。その結果、各ネットワークノードは送信を開始する前にランダムな時間待機します。これにより、2つのネットワークノードが同じ時間待機する確率が非常に低いため、当然、衝突の可能性が大幅に減少します。

すべてのネットワークノードのデータ伝送媒体への平等なアクセスを保証するために、それに応じてカウントダウン期間の期間を選択するためのアルゴリズムを定義する必要があります。この間隔はランダムですが、いくつかの離散時間間隔のセットから選択されます。つまり、タイムスロット（SlotTime）と呼ばれる整数の基本時間間隔に等しくなります。カウントダウン間隔を選択するために、各ネットワークノードはいわゆるコンテンションウィンドウ（CW）を形成します。これは、ステーションが送信する前に待機したタイムスロットの数を決定するために使用されます。最小ウィンドウサイズは31タイムスロットで、最大ウィンドウサイズは1023タイムスロットです。

ホストがデータ伝送媒体にアクセスしようとすると、必須のDIFS待機期間の後、カウントダウン手順が開始されます。つまり、タイムスロットカウンターのカウントダウンは、選択されたウィンドウ値から開始されます。待機期間全体でメディアが空いたままの場合、ノードは送信を開始します。

送信が成功すると、ウィンドウが再び形成されます。待機時間中に別のネットワークノードによって送信が開始された場合、カウントダウンカウンターの値が停止し、データ送信が延期されます。環境が解放された後、このノードはカウントダウン手順を再開しますが、ウィンドウサイズは小さくなり、カウントダウンカウンターの前の値によって決定されます。したがって、タイムアウト値は低くなります。この場合、ビジー環境のためにノードが送信を延期する回数が多いほど、次にデータ伝送媒体にアクセスする可能性が高くなることは明らかです。

データ伝送媒体への複数のアクセスを実装するために考慮されたアルゴリズムは、媒体へのすべてのネットワークノードの平等なアクセスを保証します。ただし、このアプローチでは、衝突の可能性は依然として存在します。生成されるウィンドウの最大サイズを大きくすることで衝突の可能性を減らすことができることは明らかですが、これにより伝送遅延時間が長くなり、ネットワークパフォーマンスが低下します。したがって、衝突を最小限に抑えるために、DCF法では次のアルゴリズムが使用されます。フレームの受信が成功するたびに、受信側は、応答受信（ACK（ACKnowledgement）フレーム）を送信することにより、SIFS（Short Interframe Space）の短い期間の後に受信が成功したことを確認します。データ送信中に衝突が発生した場合、送信側は受信に成功したことを示すACKフレームを受信せず、送信ノードのウィンドウサイズはほぼ2倍になります。したがって、最初の送信でウィンドウサイズが31スロットの場合、2回目の送信試行ではすでに63、3回目は127、4回目は255、5回目は511、その後のすべての試行では1023になります。スロット。その結果、衝突の数が増えるにつれてウィンドウサイズが動的に増加し、一方では時間遅延を減らし、他方では衝突の可能性を減らすことができます。

データ伝送媒体への集合的アクセスを規制するために検討されているメカニズムには、1つのボトルネックがあります。これはいわゆる隠れた結び目の問題です。自然の障害物が存在するため、2つのネットワークノードが互いに直接聞くことができない可能性があります。このようなノードは非表示と呼ばれます。隠れノードの問題を解決するために、DCF関数はオプションでRTS / CTSアルゴリズムを使用する可能性を提供します。

RTS / CTSアルゴリズム

RTS / CTSアルゴリズムに従って、各ネットワークノードは、データを送信する前に、まずRTS（Ready-To-Send）と呼ばれる特別な短いメッセージを送信し、このノードがデータを送信する準備ができていることを示します。このようなRTSメッセージには、今後の送信の継続時間と受信者に関する情報が含まれ、ネットワーク内のすべてのノードで利用できます（もちろん、送信者から隠されている場合を除く）。これにより、他のノードは、アドバタイズされたメッセージ期間に等しい時間送信を遅らせることができます。 RTS信号を受信した受信局は、CTS（Clear-To-Send）信号を送信して応答し、局が情報を受信する準備ができていることを示します。その後、送信局はデータパケットを送信し、受信局はエラーのない受信を確認するACKフレームを送信する必要があります。

ここで、ネットワークがA、B、C、Dの4つのノードで構成されている状況を考えてみましょう（図1）。ノードCがノードAのみの範囲内にあり、ノードAがノードCおよびBの範囲内にあり、ノードBがノードAおよびDの範囲内にあり、ノードDがノードBのみの範囲内にある、つまりネットワーク内に非表示ノード：ノードCはノードBとDから非表示になり、ノードAはノードDから非表示になります。

このようなネットワークでは、RTS / CTSアルゴリズムにより、衝突の問題に対処できます。これは、DCFで複数のアクセスを編成するための基本的な方法では解決できません。ノードAがノードBにデータを送信しようとします。これを行うために、RTS信号を送信します。RTS信号は、ノードBに加えて、ノードCも受信しますが、ノードDは受信しません。この信号を受信すると、ノードCはブロックされます。つまり、信号の送信の試行が一時停止されます。ノードAとBの間の送信が完了するまで、Bは受信したRTS信号に応答して、ノードAとDが受信するCTSフレームを送信します。この信号を受信したノードDも、この信号を受信している間、ブロックします。ノードAおよびB。

ただし、RTS / CTSアルゴリズムには独自の落とし穴があり、特定の状況では、データ伝送媒体の使用効率が低下します。たとえば、ノードの誤ったブロックの影響を伝播する可能性があり、最終的にはネットワークの昏迷につながる可能性があります。

たとえば、図に示すネットワークについて考えてみます。 2.ノードBがRTSフレームを送信して、ノードAにデータを送信しようとします。ノードCもこのフレームを受信するため、ノードAとBの間の送信中は後者がブロックされます。ノードDはノードCにデータを送信しようとして、RTSフレームを送信しますが、ノードCはブロックされるため、受信しません。応答を受信し、ウィンドウを拡大してカウントダウン手順を開始します。同時に、ノードDによって送信されたRTSフレームはノードEによっても受信されます。これは、ノードDからノードCへのデータ転送セッションが続くと誤って想定してブロックされます。ただし、ノードDとCの間には実際の送信がないため、これは誤ったロックであり、ノードの誤ったブロックというこのような現象は、ネットワーク全体の短期的な昏迷につながる可能性があります。

PCF中央調整機能

上記のDCF分散調整メカニズムは802.11プロトコルのベースであり、アドホックモードで動作するワイヤレスネットワークとインフラストラクチャモードで動作するネットワーク、つまりインフラストラクチャにアクセスポイント（アクセスポイント、 AP）。

ただし、インフラストラクチャモードのネットワークの場合、集中調整機能（ポイント調整機能、PCF）と呼ばれる、多元接続を調整するためのわずかに異なるメカニズムの方が自然です。 PCFメカニズムはオプションであり、アクセスポイントを備えたネットワークにのみ適用されることに注意してください。 PCFメカニズムを使用する場合、アクセスポイントはインタラクションコーディネーションセンター（ポイントコーディネーター、PC）です。コーディネーションセンターは、特定のポーリングアルゴリズムに基づいて、またはネットワークノードの優先順位に基づいて、データ伝送媒体への他のすべてのネットワークノードの集合的なアクセスを管理する責任があります。コーディネーションセンターは、リストに含まれるすべてのネットワークノードをポーリングし、このポーリングに基づいて、すべてのネットワークノード間のデータ転送を整理します。このアプローチは、DCFメカニズムの場合のように、メディアへの競合するアクセスを完全に排除し、衝突が発生することを不可能にすることに注意する必要があります。

一元化された調整の機能は、分散された調整の機能をキャンセルするのではなく、それを上に重ねることによってそれを補完します。一定期間、PCFメカニズムが実装され、次にDCFが実装され、その後すべてが再び繰り返されます。

PCFモードとDCFモードをインターリーブできるようにするには、コーディネーションセンターの機能を実行し、PCFモードを実装するアクセスポイントがデータ伝送媒体に優先的にアクセスできる必要があります。これは、メディアへの同時アクセスを使用して（DCF法のように）実行できますが、コーディネーションセンターがDIFSよりも小さいタイムアウト間隔を使用できるようにします。この場合、コーディネーションセンターがメディアにアクセスしようとすると、現在の送信の終了を待機し、放送中の「無音」を検出した後、最小待機モードが決定されるため、最初に取得します。メディアへのアクセス。

IEEE 802.11（Wi-Fi）

独立した基本サービスエリア（独立した基本セット、IBSS）、
基本サービスエリア（基本サービスセット、BSS）、
拡張サービスエリア（拡張サービスセット、ESS）。

独立したベースサービスエリアは、802.11規格に従って動作し、相互に直接通信するステーションのグループです。 IBSSは、アドホックネットワークまたはアドホックネットワークとも呼ばれます。イチジクに図6.8は、802.11ワイヤレスネットワークインターフェイスカード（NIC）を備えた3つのステーションがどのようにIBSSを形成し、相互に直接通信できるかを示しています。

米。 6.8。一時的な（アドホック）ネットワーク

基本的なサービスエリアの技術は、特別なステーションの存在を前提としています。 アクセスポイント AP（アクセスポイント）。アクセスポイントは、すべてのBSSの中央通信ポイントです。クライアントステーションは相互に直接通信しません。代わりに、アクセスポイントにメッセージを送信し、すでに宛先ステーションに情報パケットを送信しています。アクセスポイントには、BSSが有線ネットワークに接続されるアップリンクポートがあります（たとえば、インターネットアクセス用のイーサネットアップリンク）。したがって、BSSはインフラストラクチャを備えたネットワークと呼ばれます。イチジクに 6.9は、典型的なBSSインフラストラクチャを示しています。

米。 6.9。インフラストラクチャを備えた無線LAN

複数のBSSインフラストラクチャは、それらのアップリンクインターフェイスを介して接続できます。 802.11が有効な場合、アップリンクインターフェイスはBSSをディストリビューションシステム（DS）に接続します。配電システムを介して相互接続された複数のBSSは、拡張サービスエリア（ESS）を形成します。配電システムへのアップリンクは、有線接続を使用する必要はありません。 802.11規格の仕様により、このチャネルをワイヤレスチャネルとして構築できます。しかし、より一般的には、配電システムへのアップリンクは有線イーサネットリンクです。イチジクに 6.10は、ESSの実際の実装例です。

インターネットにアクセスできるBSSまたはESSでカバーされるエリアは、ホットスポットと呼ばれます。「ホットスポット」は、ホテル、空港、レストラン、学生寮、そして通りに作られています。 2004年末現在、世界で約5万の「ホットスポット」が稼働しており、その利用者数は
5000万人。 WLANサービスの急速な普及と多数のハードウェアメーカーは、さまざまな企業が提供するハードウェアとソフトウェアの互換性を必要としています。この目的のために、WECA（ワイヤレスイーサネット互換性アライアンス）組織が1999年に設立され、すぐにWi-Fiアライアンスに変わりました。これには、802.11機器の開発者とメーカー、ネットワークオペレーター、および専門家が含まれます。アライアンスの主な目標は、さまざまな企業によって製造されたWi-Fiデバイスの相互作用を保証するために、製造された機器の認証です。

米。 6.10。拡張ESS無線LANサービスエリア

802.11b標準機器は、2.4 ... .2.483GHzの範囲で動作します。前述のように、この範囲はライセンスがなく、他の多くのシステムやデバイスがその中で動作します。 802.11bネットワークでの干渉の影響を減らすために、2つの方法が提案されています。 1つ目は、Bluetooth規格と同様に、次の各フレームの送信中に周波数をジャンプすることです。ただし、実際には、通常、別の方法が使用されます。情報シンボルにスクランブリングコードを入力することにより、スペクトルを直接拡散します。

802.11bのクラシックバージョンでは、情報は1 MSym / sの速度でシンボルとして送信されます。 2-PSK変調の場合、フレーム内のデータ転送速度は1 Mbpsであり、4-PSKの場合は2Mbpsです。スペクトルの直接拡散を使用する場合、各シンボルは11チップのmチップシーケンス（バーカーコード）で埋められます。 +1, -1, +1, +1, -1, +1, +1, +1, -1, -1, -1 。無線チャネルのチップレートは11Mchip / sで、無線チャネル幅は22MHzです。 2.4 GHz帯域では、13の無線チャネルの中心周波数が固定されています：2412、2417、2422、2427、2432、2437、2442、2447、2452、2457、2462、2467、および2472MHz。受信時に、信号は相関処理にかけられます。これにより、チャネルのコード分割を使用するセルラー通信規格のように、干渉の影響が大幅に減少します。

ブロードバンドチャネルを使用すると、高い信号対雑音比（15〜17 dB）で、データ転送速度を上げることができます。この場合、スクランブリングは中止され、データは4PSK変調で11MSym / sのシンボルレートで送信されます。伝送時の通信品質を向上させるために、補完コードCCK（Complementary Code Keying）で冗長コーディングを使用しています。フレームあたりのデータレートは11または5.5Mbpsです。

802.11bデバイスの最大送信電力は、ヨーロッパでは100mW、米国では1Wです。

802.11aデバイスは、5GHzの3つのサブバンドで動作します。サブバンド5.15 .... 5.25 GHzでは、送信電力は50 mWに制限され、サブバンド5.25 ...では。 5.35 GHz-250 mW、およびサブバンド5.725 .... 5.825 GHz-
1W。これらの範囲では、幅20MHzの12チャネルが割り当てられます。

802.11bと比較した802.11a標準の利点は、フレームあたりのデータレートが6Mbpsから54Mbpsに向上することです。これを行うために、802.11a標準はOFDM変調を使用します：直交周波数分割多重方式-直交周波数分割多重方式。この方法は、高いデータレートでのシンボル間干渉を排除するために使用されます。典型的な例を見てみましょう。

シンボルレートがB = 40 Msymv / sの無線チャネルを介した送信があるとします。シングルキャリア周波数で送信する場合、シンボル持続時間はsです。大きな部屋（駅、空港、ショッピングセンター-図6.11）でこのような信号を送信する状況を想像してみてください。

図6.11。マルチパス信号の伝播

前方ビームと後方ビームが1シンボルの遅延で到着するためには、それらのパス間の差はわずかmである必要があります。このような遅延は、かなり広い部屋でも観察できます。シンボル間干渉の問題を取り除くには、シンボルの長さを10倍、さらに100倍長くする必要があります。次に、750 mのパス差でシンボル間干渉が顕著になります。ここから、OFDMの基礎となる考え方に従います。高速データストリームを多数の個別のストリーム（数十！）に分割し、各サブストリームを独自の周波数で送信します（サブキャリア）、シンボル長を単位ミリ秒に増やします。

一般化されたシンボルは、送信されたシンボルの合計です。 N Sサブキャリア。すべてのサブキャリアは、2-PSK、4-PSK、8-PSK、16-QAM、または64-QAMなどのさまざまなタイプの変調を使用できます。 OFDM信号のタイミング図を図1に示します。 6.12、ここで番号私個々のサブキャリアにはラベルが付けられています。

米。 6.12。 OFDM信号構造

シンボルは、継続時間の一時停止によって互いに特別に分離されます T p、マルチパス信号の場合、隣接するシンボルが互いに「クロール」しないようにします。

での合計OFDM信号は、次のように表すことができます。

, (6.1)

ここで、は1つの送信信号の複素振幅です。

ts-個々のキャラクターの開始時間、

Ts–シンボル期間。

OFDM信号のスペクトルパターンを図1に示します。 6.13。

米。 6.13。 OFDM信号のスペクトル

受信時に隣接するサブキャリアで送信される信号を区別できるようにするには、すべての信号が相互に直交している必要があります。この条件は、隣接するサブキャリア間の距離がである場合に実行可能です。

802.11a規格では、48のサブキャリアが情報の送信に使用されます（合計52）。シンボル期間 Ts= 3.2 µs、一時停止期間 Tp= 0.8 µs。隣接する周波数間の距離 MHz。サブキャリアごとに2PM変調、データレート（ガードコーディングなし）

マルチポジション変調方式に切り替える場合

Mbps、

Mbps

干渉状況に応じて、802.11a規格は適応変調およびコーディング方式の使用を規定しています。規格の主な特徴を表に示します。 6.4。

表6.4

転送速度Mbps	変調	コードレート	サブキャリアあたりのシンボル数	OFDMシンボル内のシンボルの数	OFDMシンボルのビット数
	2-FM	1/2
	2-FM	3/4
	4-FM	1/2
	4-FM	3/4
	16-KAM	1/2
	16-KAM	3/4
	64-KAM	2/3
	64-KAM	3/4

802.11g規格は、2.4….2.483GHz帯域の802.11aおよびb規格の機能を組み合わせたものです。規格の主な特徴を表に示します。 6.5。 CCKとOFDMに加えて、この規格では、冗長バイナリパケット畳み込み符号化PBCC（パケットバイナリ畳み込み符号化）をさまざまな速度で使用しています。

表6.5

速度、Mbps	符号化方式
必要な	オプション
	バーカーシーケンス
	バーカーシーケンス
5,5	CCK	PBCC
	OFDM	CCK-OFDM
		OFDM、CCK-OFDM
	CCK	PBCC
	OFDM	CCK-OFDM
		OFDM、CCK-OFDM
		PBCC
	OFDM	CCK-OFDM
		PBCC
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加入者局のネットワークへのアクセスと802.11ネットワークでのフレーム送信の可能性は、座標関数を使用して実行されます。使用する 分散座標関数 DCF（分散調整機能）すべてのステーションは同じ優先順位を持ち、ロールバックタイマー付きのレースに基づいてチャネルを占有します。 DCFの動作原理を図1に示します。 6.14。

米。 6.14。 DCFモードでのステーションの操作

作業局は無線チャネルをリッスンし、無線チャネルが解放されるまで待ちます（キャリア送信が停止します）。イチジクに 6.14、ステーション3が最初に送信し、ステーション1、2、および5が送信の準備が整います。ステーション3のフレームが完了すると、必須のフレーム間ギャップDIFS（34 ....50μs）が続き、その後、ステーションは次の準備が整います。パケットを送信してレースを開始します。各ステーションは競技タイマーを開始します。ここで、乱数は競技ウィンドウ内に設定されます：0…..7、0…63、さらに最大127、255、511、1023。競技が開始された瞬間から、読み取り値タイマーの数は、9〜20 µsのクロック速度で始まります。タイマーをリセットする最初のステーションがチャネルを占有します（図6.14のステーション2）。残りは、次の試合までタイマーの内容（ロールバック）を覚えています。送信中に、2つのステーションが同時にタイマーをゼロにリセットすると衝突が発生する可能性があります（図6.14のステーション4と5）。これにより、コンテンションウィンドウが拡張され、フレームが再送信されます。

実際のDCFベースのアクセスアルゴリズムは、より安全な手順を使用します（図6.15）。競合に勝ったステーションは、短い要求パケットをRTS受信機に送信します- 送信リクエスト、受信者がCTSを受信する準備ができていることの確認を受け取ります- 送信するためにクリア。これに続いて、情報フレームが送信されます。ループは、ACKフレームの確認応答（または非確認応答）パケットを終了します。これは、TCP / IPプロトコルを使用してファイルを交換する方法です。

米。 6.15。 DCFに基づくネットワークアクセス手順

送信サイクルでは、フレームRTS-CTS-データ-ACKは、短いフレーム間間隔SIFS（10 ...16μs）で区切られます。交換に参加していないステーションは、RTSおよびCTSフレームに含まれている送信サイクルの期間に関する情報に従って、NAVベクトル（ネットワーク割り当てベクトル）を設定します。 NAVは、ステーションが「スリープ」モードにあり、NAVが0になるまで競合に参加しないタイマー読み取り時間です。

考慮されるアクセス方法は、インターネットからファイルを読み取るときに使用されます。ただし、許容される信号遅延が厳密に制限されているストリーミングビデオ、さらにはIPテレフォニーは許可されません。新しいIEEE802.11e標準は、優先度の順に並べられたWi-Fiネットワークの4つのクラスのトラフィックのサポートを提供します。

音声-長距離レベルでの伝送品質を備えた電話、

ビデオ-テレビ送信、

ベストエフォート-インターネットファイルを読む、

背景-優先度の低いファイル転送。

この分類は、第3世代のモバイル通信ネットワークのサービスクラスに対応しており、モバイルネットワークとWi-Fiネットワークの相互作用を整理できます。 802.11e標準の実装は、アクセスポイントを備えたネットワークでのみ可能です。 点座標関数 PCF（ポイント調整機能）。図1は、PCFベースのネットワークの動作原理を示しています。 6.16。

転送プロセスはAPによって決定されます。送信時間はスーパーフレームに分割され、その期間はAPによって適応的に設定され、送信中に変更できます。各スーパーフレームの開始時に、APはビーコンフレームを送信します。スーパーフレームの期間、情報フレームの最大サイズ、および競合のない期間を設定します。このとき、アクセスポイントとステーション間の情報交換は、APをポーリングするだけで行われます（ステーション自体がチャネルを占有することはできません）。ポーリングフレームの送信と同時に、APはステーションに情報フレームを送信することもできます。競合のない期間の終了は、CF-Endフレームを送信することによってAPによってマークされます。その後、APを含むステーションは、競合に基づいてチャネルを占有します。このアクセス方法を使用すると、電話やストリーミングトラフィックに必要な、一定の速度でのデータパケットの転送を整理できます。

米。 6.16。 PCFに基づくデータ転送

PCFポイント座標関数はQoSパラメータを完全には提供しないと言わなければなりません。必要なサービス品質をサポートするために、特別な標準802.11eが開発されました。これは、802.1D標準グループから派生し、優先度レベルを定義するACアクセスカテゴリの概念を紹介します。アクセスには、音声（音声）、ビデオ（ビデオ）、ベストアテンプト（ベストエフォート）、バックグラウンド（バックグラウンド）の4つのカテゴリがあります（表6.6）。各カテゴリは、対応するデータ型に関連付けられています。

表6.6

アクセスカテゴリ	説明	802.1Dコンプライアンス
ボイス	最高の優先順位。低遅延でVoIP通話を発信できます。	7, 6
ビデオ	データ送信よりも優先されます。 1つの802.11aまたは802.11gチャネルは、1つのHDTVストリームまたは4つのSDTVストリームをサポートできます。遅延は小さく、一定です	5, 4
最大限の努力	QoSをサポートしないアプリケーショントラフィック。大きな遅れ	0, 3
バックグラウンド	ファイル転送、プリンター印刷ジョブ、および特定の遅延や帯域幅の要件を必要としないその他のプロセスの優先度の低いトラフィック	2, 1

802.11e規格は、サービス品質のための新しいタイプのメディアアクセスを定義しています- ハイブリッド座標関数 (ハイブリッド調整機能、HCF）。 HCFは、2つのメディアアクセスメカニズムを定義しています。

・コンテンツベースのチャネルlアクセス。

・制御されたチャネルアクセス。

コンテンションベースのチャネルアクセスは、拡張分散チャネルアクセスに対応します（ 強化された分散チャネルアクセス、EDCA）および制御されたチャネルアクセスは、HCF制御されたチャネルアクセスに対応します（ HCF制御チャネルアクセス、HCCA）。 802.11eでは、スーパーフレーム内の動作には、コンテンション期間（CP）とコンテンションフリー期間（CFP）の2つのフェーズがあります。 EDCAはCPでのみ使用され、HCCAは両方の期間で使用されます。 HCFは、PCF法とDCF法を組み合わせたものであるため、ハイブリッドと呼ばれます。 MACアーキテクチャ変換の結果を図1に示します。 6.17。

米。 6.17MACアーキテクチャ

QoSをサポートする基本サービスセット内のすべてのステーションの中央コーディネーターとして機能するステーション（ BSS、QBSSをサポートするQoS）、ハイブリッドコーディネーターと呼ばれます（ ハイブリッドコーディネーター）。ポイントコーディネータと同様に、アクセスポイント内に配置されています。 QoSをサポートするクライアントステーションはQSTAと呼ばれます。

メディアへのアクセスを許可された802.11eステーションは、規格で指定されているよりも長い無線リソースを使用してはなりません。この新しい導入は転送可能性と呼ばれます（ 送信の機会、TXOP）。 TXOPは、ステーションがパケットの送信を許可される間隔です。開始時間と期間によって定義されます。コンテンションベースのメディアアクセスに存在するTXOPは、EDCA-TXOPと呼ばれます。同様に、制御されたメディアアクセスに存在するTXOPは、HCCA-TXOPと呼ばれます。 EDCA-TXOPの期間は、TXOPlimitパラメータによって制限されます。このパラメータの値は、特定のビーコンフレームフィールド情報要素を介して継続的に送信されます。

この規格のもう1つの改善点は、ビーコンフレームを送信する時間になると、ステーションが送信できないことです。これにより、予想されるビーコン遅延が減少し、特にビーコンフレームの後にオプションのCFPが使用されている場合に、ハイブリッドコーディネーターが環境をより適切に制御できるようになります。

新しい規格では、ステーションはアクセスポイントと通信せずにQBSSの別のステーションに直接パケットを送信できます。古い標準では、インフラストラクチャを備えたネットワーク内で、ステーション間のすべてのデータ交換パケットはアクセスポイントのみを通過していました。

EDCAのQoSサポートは、アクセスカテゴリや一連の独立したロールバックオブジェクトなどの概念の使用を提供します（ バックオフエンティティ）。各802.11eステーションは、複数の同時フォールバックオブジェクトを持つことができ、これらのオブジェクトには、特定のアクセスカテゴリパラメータのセットに従って異なる優先順位が割り当てられます（ EDCAパラメータセット）。上記のように、アクセスにはそれぞれ4つのカテゴリがあり、各ステーションには4つのロールバックオブジェクトがあります（図6.18）。 EDCAパラメータセットは、個々のフレーム間ギャップ、コンテンションウィンドウ、およびその他のパラメータを定義することにより、メディアアクセスを優先します。

米。 6.18。 1つのステーションでのアクセスの4つのカテゴリ

各アクセスカテゴリには、独自のフレーム間間隔があります（ アービトレーションフレーム間スペース、AIFS）、DIFSに似ていますが、期間が異なります。また、競合ウィンドウのサイズは、トラフィックの優先度に応じて変化します。

6. 5. IEEE 802.16-WiMAX

WiMAX-マイクロ波アクセスの世界的な相互運用性

表6.7

WiMAX規格の主な特徴

表6.8

非営利団体WiMAX（World Interoperability for Microwave Access-世界中のマイクロ波周波数でのネットワークアクセス機器の相互作用）は、ワイヤレスエリアネットワークのIEEE802.16仕様に基づいてブロードバンドネットワークにアクセスするためのワイヤレス機器の開発を促進するために設立されました。互換性と相互運用性のためのそのような機器の認証、および市場投入までの時間を短縮します。

802.16規格は、2〜11 GHzおよび10〜66 GHzの範囲での動作を規定しています（図6.1）。 10〜66 GHzの範囲では、ポイント間の直接の可視性の場合にのみ無線通信が可能です。この範囲では、直接キャリア変調が使用されます（シングルキャリアモード）。

2〜11 GHzの範囲では、無線インターフェイスの仕様により、マルチパス伝搬の条件および見通し内（NLOS-見通し外）での無線通信の問題を解決できます。）。 WMAN-SC2無線インターフェースは、シングルキャリア変調、WMAN無線インターフェース-OFDM-直交周波数変調（OFDM-直交周波数分割多重方式）を使用し、256ポイントから最大2048ポイントの高速フーリエ変換を行います。固定およびモバイルWiMAXプロファイルの認定周波数範囲を図1に示します。

固定WiMAXプロファイル– 3.5 GHz（FDD）：3.5; 7; （256）

3.5 GHz（TDD）：3.5; 7; （256）

5.8 GHz（TDD）：10（256）

モバイルWiMAXプロファイル--2.3-2.4 GHz：5（512）; 10（1024）; 8.75（1024）;

すべてのTDD 2.305〜2.320 GHz：3.5（512）; 5（512）

2.345〜2.360 GHz：10（1024）

2.496-2.69 GHz：5（512）; 10（1024）

3.3〜3.4 GHz：5（512）; 7（1024）; 10（1024）

3.4-3.8 GHz：5（512）

3.4-3.6 GHz：7（1024）

3.6-3.8 GHz：10（1024）

示されたものに加えて、5.7GHz帯域でチャネルを割り当てることが可能です。
1.710〜1.755：2.110〜2.155GHz。

802.16標準は、次のインターフェイスを使用します。

1. WirelessMAN-SC（10〜66 GHz）

2. WirelessMAN-SCa（2〜11 GHz、ライセンス帯域）

3. WirelessMAN-OFDM（2〜11 GHz、ライセンス帯域）

6.WirelessMAN-OFDMA-直交周波数分割多元接続

（2〜11 GHz、ライセンス帯域）

5. WirelessHUMAN（2〜11 GHz、ライセンスのない帯域）

インターフェイス3および5は、メッシュ機能を提供します。これは、トラフィック送信を高速化するための完全なトポロジを備えたネットワークです。

逆フーリエ変換はOFDM波形を決定します。有用なシンボル持続時間はTbです。ガードインターバルと呼ばれるシンボル周期の最後の部分Tgは、直交信号成分のマルチパス伝搬の影響を排除するために使用されます（図6.19）。

米。 6.19。 1つの周波数でのシンボル形式

周波数領域では、信号はスペクトル特性によって特徴付けられます（図6.20）。データを送信するためのサブキャリア、パイロット信号が含まれ、ガードインターバルは帯域の端に配置されています。

米。 6.20。周波数領域での信号の説明

OFDMシンボルは、次のパラメータによって特徴付けられます。

BWは公称チャネル帯域幅です。

Nused-使用されたサブキャリアの数。

Nはサンプリングレートです。このパラメータは、BWおよびNusedと組み合わせて、サブキャリア間隔とシンボル期間を決定します。このパラメータに必要な値は、表6.6に定義されています。

Gは、有効時間に対するガードインターバル（プレフィックス）の期間の比率です。この値は、1 / 4、1 / 8、1 / 16、1 / 32Tbにすることができます。

NFFT：フーリエ変換点の数、

バーストレート：Fs = floor（n * BW / 0.008）* 0.008（BW-帯域幅（MHz））、

-Δf：サブキャリア間隔、次のように定義：Fs / NFFT、

Tb = 1 / ∆f –シンボル変換期間、

Tg = G * Tb –ガードインターバル（CP）の持続時間、

Ts = Tb + Tg – OFDMシンボル期間、

Ts / NFFT-サンプリング間隔。

802.16a規格のOFDMチャネルの主なパラメータを表に示します。 6.9。

表6.9。

チャネルの帯域幅に応じたシンボルの持続時間は、表に示されています。 6.10。

表6.10

802.16-2004標準の変調方式とコーディング方式を表にまとめています。 6.11。

表6.11

変調の種類とコードレートに応じた伝送速度の値を表に示します。 6.12、および表のさまざまな変調およびコーディング方式の受信機入力での信号対雑音比の要件。 6.13。

表6.12

MHz帯域	転送速度Mbps
QPSK、1/2	QPSK、3/4	16-QAM、1/2	16-QAM、3/4	64-QAM、2/3	64-QAM、3/4
1,75	1,04	2,18	2,91	4,36	5,94	6,55
3,5	2,08	4,37	5,82	8,73	11,88	13,09
7,0	4,15	8,73	11,64	17,45	23,75	26,18
10,0	8,31	12,47	16,63	24,94	33,25	37,4
20,0	16,62	24,94	33,25	49,87	66,49	74,81

表6.13

物理層データは、フレームの連続シーケンスとして送信されます。各フレームの持続時間は固定されているため（2（2.5）... 20 ms）、その情報容量はシンボルレートと変調方式によって異なります。フレームは、プリアンブル、制御セクション、および一連のデータパケットで構成されます。 IEEE802.16ネットワークはデュプレックスです。アップリンクとダウンリンクの周波数FDDと時間TDDの両方の分離が可能です。

チャネルの時間二重化により、フレームはダウンストリームとアップストリームのサブフレームに分割され（アップストリームチャネルとダウンストリームチャネルの帯域幅のニーズに応じて、動作中にそれらの比率を柔軟に変更できます）、特別なガードインターバルで区切られます。周波数二重化では、アップリンクとダウンリンクは2つのキャリアで送信されます（図6.21）。

米。 6.21。 TDDおよびFDDのフレーム構造

ダウンリンクでは、基地局からの情報が一連のパケットとして送信されます。パケットごとに、変調方式とデータコーディングスキームを指定できます。伝送速度と信頼性のどちらかを選択してください。 TDM-パケットはすべての加入者ステーションに同時に送信され、各加入者ステーションは情報フロー全体を受信して「その」パケットを選択します。加入者局が1つのパケットを別のパケットと区別できるようにするために、ダウンリンク（DL-MAP）およびアップリンク（UL-MAP）チャネルマップが制御セクションで送信されます（図6.22）。

図6.22。ダウンリンク構造。

ダウンリンクマップは、フレーム期間、フレーム番号、ダウンリンクサブフレーム内のパケット数、および各パケットの開始点とプロファイルタイプを指定します。開始点は、いわゆる物理スロットでカウントされます。各物理スロットは、4つの変調シンボルに等しくなります。

パケットプロファイルは、変調方式、FECコーディングタイプ（コーディングスキームのパラメータを含む）、および特定のステーションの受信チャネルにおける信号対雑音比の値の範囲を含む、そのパラメータのリストです。このプロファイルを適用できます。基地局は、プロファイルのリストを特別な制御メッセージ（DCD / UCDダウンリンクおよびアップリンク記述子）の形式で定期的にブロードキャストします。各プロファイルには、ダウンリンクマップで使用される番号が割り当てられます。

加入者局は、時分割チャネルTDMA（時分割多元接続）のメカニズムを介して伝送媒体にアクセスできます。これを行うために、AUの昇順サブフレームで、基地局は特別な時間間隔（スロット）を予約します（図6.23）。スピーカー間のスロットの割り当てに関する情報は、各フレームでブロードキャストされるアップリンクマップUL-MAPに記録されます。 UL-MAP（機能的にはDL-MAPと同様）は、サブフレームにあるスロットの数、各スロットの開始点と接続ID、およびすべてのパケットのプロファイルのタイプを示します。現在のフレームのUL-MAPメッセージは、このフレームまたは後続のフレームのいずれかを参照できます。アップリンクの変調レート（シンボルレート）は、ダウンリンクの変調レートと同じである必要があります。ダウンリンクTDMパケットとは異なり、アップリンクの各パケットはプリアンブルで始まることに注意してください。これは、16または32QPSK文字の長さの同期シーケンスです。

米。 6.23。アップリンク構造

TDDを使用したフレーム構造の例を図1に示します。 6.24。

米。 6.24。 TDDを使用したOFDMフレーム構造の例

アップリンクでは、特定のSSに対してBSによって割り当てられたスロットに加えて、SSがネットワークへの初期登録またはチャネル帯域幅の変更を要求するためのメッセージを送信できる間隔があります（DAMAによるオンデマンドチャネルのプロビジョニング） -デマンドアサインマルチアクセス）。

IEEE 802.16標準の物理層は、BSとSS間のデータストリームの直接配信を提供します。これらのデータ構造の形成、およびシステム操作の管理に関連するすべてのタスクは、MAC（メディアアクセス制御）レベルで解決されます。 IEEE 802.16標準機器は、さまざまなアプリケーション（サービス）のトランスポート環境を形成します。

WiMAXネットワークは、信頼性と遅延の要件が異なる4種類のトラフィックをサポートします。

UGS-一方的な助成金サービス-テレフォニー（E1）およびVoIPの信号およびストリームのリアルタイム送信。許容遅延は、BER = 10 -6 ... 10-6で一方向に5〜10ミリ秒未満です。

rtPS-リアルタイムポーリングサービス-可変長パケット（MPEGビデオ）を使用したリアルタイムストリーム。

nrtPS-非リアルタイムポーリングサービス-ブロードバンドモードでファイルを転送する際の可変長ストリームのサポート。

BE-ベストエフォート-残りのトラフィック。

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ieee 802.11n通信規格の簡単な説明。 Wi-Fi、標準