通信界物理层测试标准

通信界，往往喜欢使用奇数代和偶数代的字眼儿，例如蜂窝网络的奇数代1G/3G/5G，偶数代2G/4G/6G；人们往往会有很多总结和评价：奇数代如何如何做铺垫，偶数代如何如何更成功，等等。。。在Wi-Fi中也有类似的说法，相比于蜂窝网10年一个更新，它更新迭代的速度差不多每10年出两个版本。也有奇数代前进一小步，偶数代跨越一大步，等等类似的说法。

第18章ERP，从数字排位看是Wi-Fi 3，奇数代，相对来说是PHY规范最少的一章，总共只有12页，因为实质上的它是15、16、17章内容的一个综合，所以很多都可以直接借鉴和参考，但仍要注意，并不是完全意义上的拿来主义，还是有一些需要注意的差别。

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速率的合集

ERP应基于第15章使用的DSSS调制的1和2Mb/s的有效数据速率，以及基于第16章使用的DSSS和CCK的1、2、5.5和11Mb/s的有效数据速率，也就是11b的速率集合。同时，ERP又借鉴第17章，提供6、9、12、18、24、36、48和54 Mb/s的有效数据速率，也就是11a的速率集合。其中，1、2、5.5、6、11、12和24 Mb/s数据速率的能力是强制性的。

除此之外，如果不能够支持所有的ERP速率，还有一个2类ERP（class 2 ERP）的定义要求如下，条件有点多，但首先是non-AP类设备：

如果一个非AP的STA满足以下所有要求，并且不是ERP STA，那么它就是一个2类ERP STA：
1) STA应工作在2.4GHz频段，工作信道宽度为20MHz。
2) STA应支持DSSS 1 Mb/s和2 Mb/s的传输和接收。
3) STA应支持传输和接收ERP-OFDM 6 Mb/s。
4) 如果STA支持HR/DSSS 11 Mb/s，那么它应支持HR/DSSS 5.5 Mb/s。
5) 如果STA支持ERP-OFDM 24 Mb/s，那么它应支持ERP-OFDM 12 Mb/s。
6) 根据4）和5），每个（非DSSS）HR/DSSS、（非6Mb/s）ERP-OFDM和HT数据速率是可选的。
7) STA应支持DSSS长preamble和短preamble的发送和接收。
8) STA应支持短slot time。
9) 应支持18.4.6 a)、b)中ERP-OFDM的CCA功能和19.3.19.5.4中HT的CCA功能。
10) 第15、16、18和19章的最低接收灵敏度要求应适用于所有支持的模式。
11) 2类ERP STA应在关联和重新关联期间，以及在探测请求中，表明支持或者不支持ERP强制要求的速率：1、2、5.5、11、6、12和24 Mb/s，以及支持或者不支持9、18、36、48和54 Mb/s的ERP速率集。
12) 2类ERP STA应发送Supplemental Class 2 Capabilities的element。
13) 在所有其他方面，STA应遵守ERP的要求。
 

02

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调制的合集

ERP的两种调制方式如下：

ERP-DSSS/CCK：PHY采用16章11b的调制方式，但有以下例外：

i) 必须支持16.2.2.3的short PPDU header format能力。
ii) CCA需要具备检测所有强制性的18章sync symbols的机制。
iii) 接收机最大输入信号电平的要求不同。
iv) 必须将发射中心频率和符号时钟频率锁定在同一参考振荡器上。

ERP-OFDM：PHY使用第17章11a的调制方式，但有以下例外：

i) 频率仍然按照16.3.6.2和16.3.6.3 2.4G频段要求而不能使用17.3.8.4的5G频段。
ii) CCA需要具备检测到所有强制性的18章sync symbols的机制。
iii) 频率精度要求不同。
iv) 接收机最大输入信号电平的要求不同。
v) slot time的数值不同。
vi) 根据16.3.3的规定，SIFS（short interframe space）为10μs。

总结一下11g ERP的速率和调制组合就是：

 

ERP-DSSS: 1 and 2Mb/s
ERP-CCK: 5.5 and 11Mb/s
ERP-OFDM: 6, 9, 12, 18, 24, 36, 48, and 54Mb/s

 

后续我们还会专门来学习ERP的射频指标，与11b和11a的区别。

03

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11g的向后兼容问题

我们都知道Wi-Fi允许向后兼容前几代产品。这是Wi-Fi技术的一个优势，但实际上，也正是由于这一点，使得Wi-Fi往往无法达到理想的高速率或高性能。一个ERP的Base service set能够以任何可用的模式，包括18章以及15章、16章的PHY的组合来运行，例如，它可以是纯ERP-OFDM模式的、ERP-OFDM和ERP-DSSS/CCK混合模式的，或ERP-DSSS/CCK和非ERP的混合模式的。

所以当802.11g技术在2006年首次亮相时，必须为DSSS和OFDM技术提供一种在同一2.4GHz射频环境中共存的方法。一个ERP（11g）设备可以使用OFDM或HR-DSSS进行通信，然而旧的802.11或802.11b设备只能使用DSSS或HR-DSSS进行通信。因此，定义了一个 "保护机制"，这些保护机制（如RTS/CTS或CTS-to-self）使作为潜在干扰者的STA在一个已知的时间段内推迟发送。当使用这些机制时，非ERP STA不会干扰ERP STA之间使用ERP PPDU的帧交换，非HT STA不会干扰HT STA之间使用HT PPDU的帧交换。当两个11g设备使用OFDM通信时，DSSS或HR-DSSS传输就不会发生。由于保护机制帧使用的是强制性的第15或16章速率之一并使用强制性的第15或16章的调制波形来发送，因此当前区域中所有STA都能够了解交换的持续时间，即使它们不能检测出ERP-OFDM调制的信号。采用了这样的保护机制，虽然共存和向后兼容性得到了保证，但也同时付出了代价：由于RTS/CTS管理帧的开销甚至将11g的实际总吞吐量降低了一半以上。

上面只是11g的例子，对于其他制式的Wi-Fi也是一样的，总之在一个更新的Wi-Fi环境中，传统客户端的存在会降低Wi-Fi网络的整体性能。

自802.11b/g以来，Wi-Fi已经走过了很长一段路。2009年，802.11n（Wi-Fi 4）被引入到2.4和5GHz频段。2013年，5GHz频段的802.11ac（Wi-Fi 5）出现。然后是802.11ax（Wi-Fi 6），已经伴随我们四年了。每当新一代Wi-Fi推出，都需要RTS/CTS保护机制来实现向后兼容。虽然说802.11n/ac/ax更高的数据速率掩盖了许多由RTS/CTS引起的开销，但开销仍然存在。

传统客户端以较低的数据速率传输，消耗了宝贵的Wi-Fi资源。这一点是很好计算的，比如一个AP以6Mbps的速度与几个客户端进行通信，同时以150Mbps的数据速率与一个单独的客户端进行通信。假设以150 Mbps传输一组数据帧占用的频谱资源时间为10us，那么以6 Mbps传输同样的数据帧，就需要25倍即250us。本来可以更加高效的网络，就被几个低端客户端设备给拉垮了。低端客户存在的数量越多，网络效率就被拉跨的越严重。这也是实际的Wi-Fi吞吐量并无法像宣称的那么高的原因之一。

所以说6GHz的频谱对Wi-Fi来说确实是一个提高效率的好方式，因为Wi-Fi对6GHz来说是全新的，没有遗留的客户端，不需要向后兼容。当然我们不得不继续向前看，到达Wi-Fi 7、Wi-Fi 8和Wi-Fi 9时，是否又会回到最初呢。。。

　　

      审核编辑：彭静