Разработка интегрированной сети доступа на базе технологий Ethernet и Wi-Fi

Признаком свободного состояния среды является передача по ней символа Idle, соответствующего избыточного кода, а не отсутствие сигналов, как в стандартах Ethernet 10 Мбит/с.

Физический уровень включает три элемента:

· уровень согласования (reconciliation sublayer);

· независимый от среды интерфейс (Media Independent Interface, МII);

· в устройство физического уровня (Physical layer device, PHY).

Уровень согласования нужен для того, чтобы уровень MAC, рассчитанный на интерфейс АUI, смог работать с физическим уровнем через интерфейс МII.

Устройство физического уровня (PHY) состоит, в свою очередь, из нескольких подуровней (см. рис. 10):

· подуровня логического кодирование данных, преобразующего поступающие от уровня MAC байты в символы кода 4В/5В или 8В/6Т (оба кода используются в технологии Fast Ethernet);

· подуровней физического присоединения и подуровня зависимости от физической среды (PMD), которые обеспечивают формирование сигналов в соответствии с методом физического кодирования, например NRZI или MLT-3;

· подуровня автопереговоров, который позволяет двум взаимодействующим портам автоматически выбрать наиболее эффективный режим работы, например, полудуплексный или полнодуплексный.

Интерфейс МII поддерживает независимый от физической среды способ обмена данными между подуровнем MAC и подуровнем PHY. Этот интерфейс аналогичен по назначению интерфейсу AUI классического Ethernet за исключением того, что интерфейс АUI располагался между подуровнем физического кодирования сигнала (для любых вариантов кабеля использовался одинаковый метод физического кодирования - манчестерский код) и подуровнем физического присоединения к среде, а интерфейс MII располагается между подуровнем MAC и подуровнями кодирования сигнала, которых в стандарте Fast Ethernet три - FX, ТХ и Т4. [1]

1.3.3.1 Работа в полнодуплексном режиме

Как известно, CSMA/CD - это методология, на которой основаны полудуплексный Ethernet и Fast Ethernet.

Работа в полнодуплексном режиме позволяет передавать и принимать сигналы одновременно, благодаря чему более полно используются возможности среды передачи. Однако требования, предъявляемые к станциям, работающим в полнодуплексном режиме, существенно меняются.

Полнодуплексный режим применим только к устройствам, соединенным по схеме "точка-точка". В домен коллизий может входить только одно другое устройство. Станции, подключенные к концентраторам (хабам), повторителям и т.п., не могут функционировать в полнодуплексном режиме. Станции, непосредственно соединенные одна с другой (connected back-to-back), способны работать в полнодуплексном режиме.

Полнодуплексный режим работы позволяет технологиям Ethernet избежать ограничений на расстояние передачи, характерных для полудуплексного режима. Преимущества от увеличения расстояния можно реализовать только с помощью волоконно-оптического интерфейса (используемого в технологии 100BASE-FX), поскольку ограничения, накладываемые на максимальное расстояние при использовании кабелей на основе витых пар, обусловлены физическими свойствами среды передачи, а не диаметром сети, который ограничен интервалов Ethernet или Fast Ethernet.

Полнодуплексные устройства не могут работать совместно с полудуплексными. Главная проблема сетей с разнородной средой передачи состоит в возникновении "ошибок дуплексного рассогласования" (duplex mismatch errors). Эти ошибки появляются при соединении полудуплексной и полнодуплексных станций. В результате возникает множество ошибок при передаче пакетов, таких как запоздалая коллизия и утерянные пакеты.

Полнодуплексные устройства начинают передавать данные, как только могут сделать это, не контролируя наличие несущей в среде передачи. Если полудуплексное устройство передает в это время информацию, возникает коллизия, которую полнодуплексное устройстве не обнаруживает. Поэтому так важно сличать режимы работы входящих в сеть устройств, для чего используется функция автопереговоров, о которой будет рассказано ниже. [3]

1.3.3.2 100Base-FX

Эта спецификация определяет работу протокола Fast Ethernet по многомодовому оптоволокну в полудуплексном и полнодуплексном режимах на основе хорошо проверенной схемы кодирования FDDI. Как и в стандарте FDDI, каждый узел соединяется с сетью двумя оптическими волокнами, идущими от приемника (Rx) и от передатчика (Тх).

В стандарте Fast Ethernet определен метод кодирования - 4В/5В. При этом методе каждые 4 бита данных подуровня MAC (называемых символами) представляются 5 битами. Избыточный бит позволяет применить потенциальные коды при представлении каждого из пяти бит в виде электрических или оптических импульсов.

Существование запрещенных комбинаций символов позволяет отбраковывать ошибочные символы, что повышает устойчивость работы сетей с 100Base-FX.

Рисунок 11. Поток данных спецификаций 100Base-FX/TX

Для отделения кадра Ethernet от символов Idle используется комбинация символов Start Delimiter (пара символов) (11000) и JК (10001) кода 4В/5В, а после завершения кадра перед первым символом Idle вставляется символ Т (рис. 11).

После преобразования 4-битовых порций кодов MAC в 5-битовые порции физического уровня их необходимо представить в виде оптических сигналов в кабеле, соединяющем узлы сети. Спецификация 100Base-FX использует для этого метод физического кодирования - NRZI.

1.3.3.3 100Base-TX

В качестве среды передачи данных спецификация 100Base-TX использует кабель UTP категории 5 или кабель STP Type 1. Максимальная длина кабеля в обоих случаях - 100 метров.

В стандарте Fast Ethernet 100Base-TX определен метод кодирования - 4В/5В. Формат кадра в данной спецификации аналогичен формату кадра 100Base-FX.

Основные отличия от спецификации 100Base-FX - использование метода MLT-3 для передачи сигналов 5-битовых порций кода 4В/5В по витой паре, а также наличие функции автопереговоров (Auto-negotiation) для выбора режима работы порта. Схема автопереговоров позволяет двум физически соединенным устройствам, которые поддерживают несколько стандартов физического уровня, отличающихся битовой скоростью и количеством витых пар, выбрать наиболее выгодный режим работы. Обычно процедура автопереговоров происходит при подсоединении сетевого адаптера, который может работать на скоростях 10 и 100 Мбит/с, к концентратору или коммутатору.

Всего в настоящее время определено 5 различных режимов работы, которые могут поддерживать устройства 100Base-TX или 100Base-T4 на витых парах:

· 10Base-T - 2 пары категории 3;

· 10Base-T полный дуплекс - 2 пары категории 3;

· 100Base-TX - 2 пары категории 5 (или Type 1A STP);

· 100Base-T4 - 4 пары категории 3;

· 100Base-TX полный дуплекс - 2 пары категории 5 (или Туре 1A STP).

Режим 10Base-T имеет самый низкий приоритет при переговорном процессе, а полнодуплексный режим 100Base-T4 - самый высокий. Переговорный процесс происходит при включении питания устройства, а также может быть инициирован в любой момент модулем управления устройства.

Устройство, начавшее процесс auto-negotiation, посылает своему партнеру пачку специальных импульсов Fast Link Pulse burst (FLP), в котором содержится 8-битное слово, кодирующее предлагаемый режим взаимодействия, начиная с самого приоритетного, поддерживаемого данным узлом. Если узел-партнер поддерживает функцию auto-negotuiation и также может поддерживать предложенный режим, он отвечает пачкой импульсов FLP, в которой подтверждает данный режим, и на этом переговоры заканчиваются. Если же узел-партнер может поддерживать менее приоритетный режим, то он указывает его в ответе, и этот режим выбирается в качестве рабочего. Таким образом, всегда выбирается наиболее приоритетный общий режим узлов.

1.3.3.4 100Base-T4

Спецификация 100Base-T4 разработана для того, чтобы можно было использовать имеющуюся проводку на витой паре категории 3 для передачи на скорости 100 Мбит/с. Эта спецификация позволяет повысить общую пропускную способность за счет одновременной передачи потоков бит по всем 4 парам кабеля.

Вместо кодирования 4В/5В в этом методе используется кодирование 8В/6Т, которое обладает более узким спектром сигнала и при скорости 33 Мбит/с укладывается в полосу 16 МГц витой пары категории 3 (UTP 3).

Каждые 8 бит информации уровня MAC кодируются 6-ю троичными цифрами (ternary symbols), то есть цифрами, имеющими три состояния. Каждая троичная цифра имеет длительность 40 нc. Группа из 6-ти троичных цифр затем передается на одну из трех передающих витых пар, независимо и последовательно.

Четвертая пара всегда используется для прослушивания несущей частоты в целях обнаружения коллизии. Скорость передачи данных по каждой из трех передающих пар равна 33,3 Мбит/с, поэтому общая скорость протокола 100Base-T4 составляет 100 Мбит/с. [2]

1.3.4 Физическая среда Gigabit Ethernet

Отметим общие черты в технологии Gigabit Ethernet по сравнению с технологиями Ethernet и Fast Ethernet:

· сохраняются все форматы кадров Ethernet;

· по-прежнему существуют полудуплексная версия протокола, поддерживающая метод доступа CSMA/CD, и полнодуплексная версия, работающая с коммутаторами;

· поддерживаются все основные виды кабелей, используемых в Ethernet и Fast Ethernet: волоконно-оптический, витая пара категории 5 и коаксиал.

При разработке стандарта Gigabit Ethernet стояло несколько трудно разрешимых проблем. Одной из них была задача обеспечения приемлемого диаметра сети для полудуплексного режима работы. В связи с ограничениями, накладываемыми методом CSMA/CD на длину кабеля, версия Gigabit Ethernet для разделяемой среды допускала бы длину сегмента всего в 25 метров при сохранении размера кадров и всех параметров метода CSMA/CD неизменными.

Другой сложнейшей задачей было достижение битовой скорости 1000 Мбит/с на основных типах кабелей. Даже для оптоволокна достижение такой скорости представляет некоторые проблемы, так как технология Fibre Channel, физический уровень которой был взят за основу для оптоволоконной версии Gigabit Ethernet, обеспечивает скорость передачи данных всего в 800 Мбит/с. Битовая скорость на линии равна в этом случае примерно 1000 Мбит/с, но при методе кодирования 8В/10В полезная битовая скорость на 25% меньше скорости импульсов на линии.

И наконец, самая сложная задача - поддержка кабеля на витой паре. Эта проблема была решена за счет применения новейших способов кодирования сигналов, для того чтобы спектр сигнала не выходил за пределы полосы пропускания кабеля.

Для расширения максимального диаметра сети Gigabit Ethernet в полудуплексном режиме до 200 метров минимальный размер кадра был увеличен (без учета преамбулы) с 64 до 512 байт или до 4096 bt. Соответственно, время двойного оборота теперь также можно было увеличить до 4095 bt, что делает допустимым диаметр сети около 200 м при использовании одного повторителя.

Для увеличения длины кадра до требуемой величины сетевой адаптер должен дополнить поле данных до длины 448 байт так называемым расширением (extention), представляющим собой поле, заполненное запрещенными символами кода 8В/10В, которые невозможно принять за коды данных.

Для сокращения накладных расходов при использовании слишком длинных кадров для передачи коротких квитанций разработчики стандарта разрешили конечным узлам передавать несколько кадров подряд, без передачи среды другим станциям. Такой режим получил название Burst Mode - монопольный пакетный режим. Станция может передать подряд несколько кадров с общей длиной не более 65 536 бит или 8192 байт. Если станции нужно передать несколько небольших кадров, то она может не дополнять их до размера в 512 байт, а передавать подряд до исчерпания предела в 8192 байт (в этот предел входят все байты кадра, в том числе преамбула, заголовок, данные и контрольная сумма). Предел 8192 байт называется Burst Length. Если станция начала передавать кадр и предел Burst Length был достигнут в середине кадра, то кадр разрешается передать до конца.

1.3.4.1 1000Base-X

Спецификация 1000BASE-X предусматривает использование среды в виде оптических волокон. В основе этого стандарта лежит технология основанная на стандарте ANSI Fibre Channel (ANSI X3T11).

Технология 1000BASE-X допускает использование трех различных сред передачи, отсюда три разновидности: 1000BASE-SX, 1000BASE-LX и 1000BASE-CX.

1.3.4.2 1000Base-SX

Наиболее часто используемая и самая дешевая технология на основе стандартного многомодового волокна. Максимальное расстояние для 1000BASE-SX составляет 220 метров. Используется длина волны 850 нм, S означает Short Wavelength - короткая волна.

Очевидно, что это значение может достигаться только при полнодуплексной передаче данных, так как время двойного оборота сигнала на двух отрезках по 220 метров равно 4400 bt, что превосходит предел 4095 bt даже без учета повторителя и сетевых адаптеров. Для полудуплексной передачи максимальные значения сегментов оптоволоконного кабеля всегда должны быть меньше 100 метров.

1.3.4.3 1000Base-LX

Технология 1000BASE-LX обычно используется с одномодовыми волокнами, здесь допустимое расстояние составляет 5 километров. Спецификация 1000Base-LX может работать и на многомодовом кабеле. В этом случае предельное расстояние получается небольшим - 550 метров.

Для спецификации 1000Base-LX в качестве источника излучения всегда применяется полупроводниковый лазер с длиной волны 1300 нм.

1.3.4.4 1000Base-СX

Технология 1000BASE-CX использует наиболее своеобразную среду из трех. Это основанное на применении решения, в котором используются кабели, выполненные на основе предварительно закрученных (precrimped) экранированных витых пар.

Соединитель - не простой RJ-45, обычно используемый в 10/100/1000Base-T. Вместо него используется DB-9 или HSSDS, завершающие эти две пары проводов. Технология 1000BASE-CX работает на расстояниях до 25 м, что ограничивает ее применение небольшими площадями. [3]

1.3.4.5 1000Base-T

Спецификация 1000Base-T работает по витой паре категории 5.

Каждая пара кабеля категории 5 имеет гарантированную полосу пропускания до 100 МГц. Для передачи по такому кабелю данных со скоростью 1000 Мбит/с было решено организовать параллельную передачу одновременно по всем 4 парам кабеля.

Это сразу уменьшило скорость передачи данных по каждой паре до 250 Мбит/с.

Для кодирования данных был применен код РАМ5, использующий 5 уровней потенциала: -2, -1, 0, +1, +2. Поэтому за один такт по одной паре передается 2,322 бит информации. Следовательно, тактовую частоту вместо 250 МГц можно снизить до 125 МГц. При этом, если использовать не все коды, а передавать 8 бит за такт (по 4 парам), то выдерживается требуемая скорость передачи в 1000 Мбит/с и еще остается запас неиспользуемых кодов, так как код РАМ5 содержит 5⁴ = 625 комбинаций, а если передавать за один такт по всем четырем парам 8 бит данных, то для этого требуется всего 2⁸ = 256 комбинаций. Оставшиеся комбинации приемник может использовать для контроля принимаемой информации и выделения правильных комбинаций на фоне шума. Код РАМ5 на тактовой частоте 125 МГц укладывается в полосу 100 МГц кабеля категории 5.

Для распознавания коллизий и организации полнодуплексного режима в спецификации применяется техника, при которой оба передатчика работают навстречу друг другу по каждой из 4-х пар в одном и том же диапазоне частот, так как используют один и тот же потенциальный код РАМ5 (рис. 12). Схема гибридной развязки Н позволяет приемнику и передатчику одного и того же узла использовать одновременно витую пару и для приема и для передачи.

Рисунок 12. Двунаправленная передача по 4 парам UTP cat5 в Gigabit

Ethernet

Для отделения принимаемого сигнала от своего собственного приемник вычитает из результирующего сигнала известный ему свой сигнал. Это не простая операция и для ее выполнения используются специальные цифровые сигнальные процессоры - DSP (Digital Signal Processor). [1]

Глава 2. Технология Wi-Fi

2.1 Спецификации IEEE для локальных беспроводных сетей

Стандарт Ethernet 802.3 эволюционировал долгие годы, прежде чем в него вошли стандарты Fast Ethernet и Gigabit Ethernet. Аналогичным образом эволюционировал беспроводной Ethernet стандарта 802.11.

Набор стандартов 802.11 на самом деле определяет целый ряд технологий реализации физического уровня (PHY), которые могут быть использованы подуровнем 802.11 MAC:

· Уровень PHY стандарта 802.11 со скачкообразной перестройкой частоты (Frequency Hopping Spread Spectrum, FHSS) в диапазоне 2,4 ГГц;

· Уровень PHY стандарта 802.11 с расширением спектра методом прямой последовательности (Direct Sequence Spread Spectrum, DSSS) в диапазоне 2,4 ГГц;

· Уровень PHY стандарта 802.11b с расширением спектра методом прямой последовательности в диапазоне 2,4 ГГц;

· Уровень PHY стандарта 802.11а с разделением по ортогональным частотам (Orthogonal Frequency Division Multiplexion, OFDM) в диапазоне 5 ГГц;

· Расширенный физический уровень (Extended Rate Physical (ERP) layer) стандарта 802.11g в диапазоне 2,4 ГГц.

Между кабельными сетями Ethernet и беспроводными сетями Wi-Fi есть много общего, но много и различий. Например, разные среды передачи данных, которые требуют принципиально различного подхода к способам передачи и кодирования данных, то есть к непосредственной подготовке данных для передачи. Поэтому основные различия между кабельными и беспроводными сетями сконцентрированы как раз на физическом подуровне (Physical Layer, PHY) и подуровне доступа к среде передачи данных (Medium Access Control, MAC).

Теоретические аспекты функционирования сетей Wi-Fi регламентированы стандартом IEEE 802.11 и его расширениями IEEE 802.11a/b/g. Именно в этих стандартах определяется порядок организации беспроводных сетей на уровне доступа к среде передачи данных и на физическом уровне.

Изначально стандарт IEEE 802.11 предполагал возможность передачи данных по радиоканалу на скорости 1 Мбит/с и опционально на скорости 2 Мбит/с. В более поздней версии IEEE 802.11b, являющейся дополнением к основному стандарту, определяется скорость передачи 1, 2, 5.5 и 11 Мбит/с. Стандарт 802.11g является логическим развитием 802.11b и предполагает передачу данных в том же частотном диапазоне, но с максимальной скоростью передачи 54 Мбит/с. Аналогичную скорость рекомендует стандарт 802.11а, но уже в другом частотном диапазоне 5 ГГц (от 5,15 до 5,350 ГГц и от 5,725 до 5,825 ГГц).

2.2 Концепции беспроводных физических уровней

Основное назначение физических уровней стандарта 802.11 - обеспечить механизмы беспроводной передачи для подуровня MAC, а также поддерживать выполнение вторичных функций, таких как оценка состояния беспроводной среды и сообщение о нем подуровню MAC.

Стандарт 802.11 усовершенствовал как подуровень MAC, так и подуровень PHY, а также поддерживаемый им интерфейс. Именно независимость между MAC и подуровнем PHY и позволила использовать дополнительные высокоскоростные физические уровни, описанные в стандартах 802.11b, 802.11а и 802.11g.

Каждый из физических уровней стандарта 802.11 имеет два подуровня:

· Physical Layer Convergence Procedure (PLCP). Процедура определения состояния физического уровня;

· Physical Medium Dependent (PMD). Подуровень физического уровня, зависящий от среды передачи.

На рисунке 13 показано, как эти подуровни соотносятся между собой и с вышестоящими уровнями.

Рисунок 13. Подуровни уровня PHY эталонной модели взаимодействия

открытых систем ЭМВОС (OSI)

Подуровень PLCP по существу является уровнем обеспечения взаимодействия, на котором осуществляется перемещение элементов данных протокола MAC (MAC protocol data units, MPDU) между станциями с использованием подуровня PMD, на котором реализуется тот или иной метод передачи и приема данных через беспроводную среду.

Подуровень PMD выполняет функцию службы беспроводной передачи; взаимодействие этих служб осуществляется посредством PLCP. Подуровни PLCP и PMD отличаются для разных вариантов стандарта 802.11. [4]

2.2.1 Технология расширения спектра

На физическом уровне стандартом IEEE 802.11 предусмотрено два метода передачи:

· Технология широкополосной модуляции с расширением спектра методом прямой последовательности (DSSS) в диапазоне 2,4 ГГц;

· Технология расширения спектра путем скачкообразной перестройки частоты (FHSS) в диапазоне 2,4 ГГц, различающиеся способом модуляции, но использующие одну и ту же технологию расширения спектра.

Основной принцип технологии расширения спектра (Spread Spectrum, SS) заключается в том, чтобы от узкополосного спектра сигнала, возникающего при обычном потенциальном кодировании, перейти к широкополосному спектру, что позволяет значительно повысить помехоустойчивость передаваемых данных.

При потенциальном кодировании информационные биты 0 и 1 передаются прямоугольными импульсами напряжений.

При передаче прямоугольный импульс длительности T имеет спектр сигнала описываемого формулой

,

где - частота спектральной составляющей.

Несмотря на бесконечный спектр сигнала, наиболее весомые гармоники, вносящие значительный вклад в результирующий сигнал, сосредоточены в небольшой частотной области, ширина которой обратно пропорциональна длительности импульса.

Чем меньше длительность импульса, тем больший спектральный диапазон занимает такой сигнал. Для того чтобы повысить помехоустойчивость передаваемого сигнала (то есть увеличить вероятность безошибочного распознавания сигнала на приёмной стороне в условиях шума), используется метод перехода к широкополосному сигналу, при котором добавляется избыточность в исходный сигнал. Для этого в каждый передаваемый информационный бит встраивают определенный код, состоящий из последовательности так называемых чипов (см. рисунок 14).

Информационный бит, представляемый прямоугольным импульсом, разбивается на последовательность более мелких импульсов-чипов. В результате спектр сигнала значительно расширяется, поскольку ширину спектра можно с достаточной степенью точности считать обратно пропорциональной длительности одного чипа. Такие кодовые последовательности называют шумоподобными кодами. Наряду с расширением спектра сигнала, уменьшается и спектральная плотность энергии, так что энергия сигнала как бы рассредоточивается по всему спектру, а результирующий сигнал становится шумоподобным в том смысле, что его теперь трудно отличить от естественного шума.

Кодовые последовательности чипов обладают уникальным свойством автокорреляции. Под автокорреляцией понимается степень подобия функции самой себе в различные моменты времени. Если некоторая функция зависит от времени и эта зависимость выражается в виде функции f(t), то можно рассмотреть функцию в некоторый момент времени t₀ и в момент времени t₀+. Степень соответствия этих двух функций друг другу в различные моменты времени и называется автокорреляцией.

Рисунок 14. Изменение спектра сигнала при добавлении

шумоподобного кода

При этом можно подобрать такую последовательность чипов, для которой функция автокорреляции, отражающая степень подобия функции самой себе через определённый временной интервал, будет иметь резко выраженный пик лишь для одного момента времени. Таким образом, функция будет подобна самой себе только для одного момента времени и совсем не похожа на самоё себя для всех остальных моментов времени. Одна из наиболее известных (но не единственная) таких последовательностей - код Баркера длиной в 11 чипов: 11100010010. Коды Баркера обладают наилучшими среди известных псевдослучайных последовательностей свойствами шумоподобности, что и обусловило их широкое применение. Для передачи единичного и нулевого символов сообщения используются, соответственно, прямая и инверсная последовательности Баркера.

Для упрощенного вычисления автокорреляционной функции последовательности Баркера можно рассчитать разницу между числом совпадений и несовпадений между отдельными чипами последовательности при циклическом почиповом сдвиге относительно друг друга.

Как видно из таблицы 1 последовательность Баркера обладает ярко выраженным автокорреляционным пиком, соответствующим наложению функции самой на себя.

Таблица 1. Вычисление автокорреляционной функции

последовательности Баркера

Сдвиг	Последовательность	Рез-т корреляции
0	1	1	1	0	0	0	1	0	0	1	0	-1
1	0	1	1	1	0	0	0	1	0	0	1	-1
2	1	0	1	1	1	0	0	0	1	0	0	-1
3	0	1	0	1	1	1	0	0	0	1	0	-1
4	0	0	1	0	1	1	1	0	0	0	1	-1
5	1	0	0	1	0	1	1	1	0	0	0	-1
6	0	1	0	0	1	0	1	1	1	0	0	-1
7	0	0	1	0	0	1	0	1	1	1	0	-1
8	0	0	0	1	0	0	1	0	1	1	1	-1
9	1	0	0	0	1	0	0	1	0	1	1	-1
10	1	1	0	0	0	1	0	0	1	0	1	-1

В приёмнике полученный сигнал умножается на код Баркера (вычисляется корреляционная функция сигнала), в результате чего он становится узкополосным, поэтому его фильтруют в узкой полосе частот, равной удвоенной скорости передачи. Любая помеха, попадающая в полосу исходного широкополосного сигнала, после умножения на код Баркера, наоборот, становится широкополосной, а в узкую информационную полосу попадает лишь часть помехи, по мощности примерно в 11 раз меньшая, чем помеха, действующая на входе приёмника.

Итак, основной смысл использования кода Баркера заключается в том, чтобы гарантировать высокую степень достоверности принимаемой информации и при этом передавать сигнал практически на уровне помех.

2.2.2 Модуляция сигнала

Как известно, радиоволны приобретают способность переносить информацию в том случае, если они определённым образом модулируются. Необходимо также, чтобы модуляция синусоидального несущего сигнала соответствовала требуемой последовательности информационных битов. Существует три основных типа модуляции: амплитудная, частотная и фазовая. В стандарте IEEE 802.11 для передачи сигналов используются различные виды фазовой модуляции.

Различают два вида фазовой модуляции: собственно фазовую и относительную фазовую модуляцию. При фазовой модуляции (Phase Shift Key, PSK) для передачи логических нулей и единиц используют сигналы одной и той же частоты и амплитуды, но смещённые относительно друг друга по фазе. Например, логический нуль передается синфазным сигналом, а единица - сигналом, который сдвинут по фазе на 180° (см. рис. 15).

Если изменение фазы может принимать всего два значения, то говорят о двоичной фазовой модуляции (Binary Phase Shift Key, BPSK).



Рисунок 15. Двоичная фазовая модуляция BPSK

Математически сигнал, соответствующий логическому нулю, можно представить как

S₀(t)=Asin(2рft),

а сигнал, соответствующий логической единице, как

S₁(t)= -Asin(2рft).

Тогда модулированный сигнал можно записать в виде:

S_BPSK(t)=V(t)Asin(2рft),

где V(t) - управляющий сигнал, принимающий значения +1 и -1. При этом значение сигнала +1 соответствует логическому нулю, а значение сигнала -1 - логической единице. Изменение фазы может иметь и более двух значений, например четыре - 0, 90, 180 и 270°. В этом случае говорят о так называемой квадратурной фазовой модуляции (Quadrature Phase Shift Key, QPSK). Общий вид сигнала, модулированного по фазе:

S(t)=Asin(2рft+ц(t)).



Рисунок 16. Квадратурная модуляция QPSK

Данный сигнал можно представить в виде

S(t)=Asin(2рft)cosц+Acos (2рft)sinц.

Из полученного выражения видно, что исходный сигнал можно представить в виде суммы двух гармонических составляющих, смещённых друг относительно друга по фазе на 90°. В передатчике, производящем модуляцию, одна из этих составляющих синфазна сигналу генератора, а вторая находится в квадратуре по отношению к этому сигналу (отсюда - квадратурная модуляция).

Как уже говорилось, при квадратурной фазовой модуляции фаза сигнала может принимать четыре различных значения: .

Для выбора определённого значения фазы используются кодирующие сигналы d₁ и d₀, которые могут принимать значения +1 и -1. Если положить, что

d₁=cosц+sinц; d₀=cosц-sinц,

получим соотношение между сдвигом фазы и кодирующими сигналами, приведенное в таблице 2.

Таблица 2. Соотношение между сдвигом фазы и кодирующими

сигналами

Фаза сигнала	d1	d0	Дибит
0	+1	+1	00
	+1	-1	01
	-1	-1	11
	-1	+1	10

Отличительной особенностью квадратурной фазовой модуляции является наличие четырех дискретных состояний сигнала, отвечающих различным фазам. Это позволяет закодировать в одном дискретном состоянии последовательность двух информационных бит (дибит). Действительно, последовательность двух битов может иметь всего четыре различные комбинации: 00, 01, 10 и 11, а значит, ровно в два раза повышается и скорость передачи данных, то есть бодовая скорость будет в два раза меньше битовой (1 Бод = 2 бит/с).

Недостатком фазовой модуляции является то, что при декодировании сигнала приёмник должен определять абсолютное значение фазы сигнала, так как в фазовой модуляции информация кодируется именно абсолютным значением фазы сигнала. Для этого необходимо, чтобы приёмник имел информацию о так называемом эталонном синфазном сигнале передатчика. Тогда, путём сравнения принимаемого сигнала с эталонным, можно определять абсолютный сдвиг фазы. Следовательно, необходимо каким-то способом синхронизировать сигнал передатчика с эталонным сигналом приёмника (по этой причине фазовая модуляция получила название синхронной).

Реализация синхронной передачи достаточно сложна, поэтому более широкое распространение получила разновидность фазовой модуляции, называемая относительной фазовой модуляцией (Differential Phase Shift Keying, DPSK). При относительной фазовой модуляции (также именуемой относительной фазовой манипуляцией) кодирование информации происходит за счёт сдвига фазы по отношению к предыдущему состоянию сигнала. Фактически приёмник должен улавливать не абсолютное значение фазы принимаемого сигнала, а лишь изменение этой фазы, то есть информация кодируется изменением фазы. Естественно, такая модуляция уже не является синхронной и по этой причине проще реализуется. Во всём остальном DPSK-модуляция не отличается от PSK-модуляции.

Как уже отмечалось, фазовая модуляция используется в протоколе IEEE 802.11 для кодирования данных. При передаче данных на скорости 1 Мбит/с применяется двоичная относительная фазовая модуляция (DBPSK). При этом сам информационный единичный бит передается 11-чиповой последовательностью Баркера, а нулевой бит - инверсной последовательностью Баркера. Соответственно, относительная фазовая модуляция применяется именно к отдельным чипам последовательности.

Учитывая, что ширина спектра прямоугольного импульса обратно пропорциональна его длительности (а точнее, 2/T), нетрудно посчитать, что при информационной скорости 1 Мбит/с скорость следования отдельных чипов последовательности Баркера составит 1110⁶ чип/с, а ширина спектра такого сигнала - 22 МГц, так как длительность одного чипа составляет 1/11 мкс.

Информационная скорость 1 Мбит/с является обязательной в стандарте IEEE 802.11 (Basic Access Rate), но опционально возможна передача и на скорости 2 Мбит/с (Enhanced Access Rate). Для передачи данных на такой скорости тоже используется относительная фазовая модуляция, но уже квадратурная (DQPSK), что позволяет в два раза повысить информационную скорость передачи. При этом ширина самого спектра остаётся прежней - 22 МГц. [6]

2.2.3 Локальные беспроводные сети со скачкообразной

перестройкой частоты (FHSS)

Локальные беспроводные сети FHSS поддерживают скорости передачи 1 и 2 Мбит/с. Устройства FHSS осуществляют скачкообразную перестройку частоты по предопределенной схеме, как показано на рис. 17. Устройства FHSS делят предназначенную для их работы полосу частот от 2,402 до 2,483 ГГц на 79 не перекрывающихся каналов. Ширина каждого из 79 каналов составляет 1 МГц, поэтому локальные беспроводные сети FHSS используют относительно высокую скорость передачи символов, 1 МГц, и намного меньшую скорость перестройки с канала на канал.

Рисунок 17. Пример скачкообразной перестройки частоты

Последовательность перестройки частоты должна иметь следующие параметры: частота перескоков не менее 2,5 раз в секунду как минимум между 6-ю (6 МГц) каналами. Чтобы минимизировать число коллизий между перекрывающимися зонами покрытия, возможные последовательности перескоков должны быть разбиты на три набора последовательностей, длина которых составляет 26 последовательностей чисел.

При использовании на физическом уровне сигналов с псевдослучайной перестройкой частоты (FHSS) кадр физического уровня имеет структуру, представленную на рис. 18.



Рисунок 18. Структура кадра физического уровня FHSS

Поле Sync размером 80 бит. Строка, состоящая из чередующихся 0 и 1, начинается с 0. Приемная станция использует это поле, чтобы принять решение о выборе антенны при наличии такой возможности, откорректировать уход частоты (frequency offset) и синхронизировать распределение пакетов (packet timing).

Поле флага начала фрейма (start of frame delimiter, SFD) размером 16 бит. Состоит из специфической строки (0000 1100 1011 1101, крайний слева бит первый) для обеспечения синхронизации фреймов (frame timing) для приемной станции, по ней определяется первый бит данных.

Слово длины служебного элемента данных PLCP (PSDU) - PSDU length word (PLW) размером 12 бит. Указывает размер кадра MAC (PSDU) в октетах. Максимально возможная длина поля данных 4095 байт.

Сигнальное поле PLCP (signaling field PLCP, PSF) размером 4 бит. Указывает скорость передачи данных конкретного фрейма.

В поле контроля ошибок передастся результат помехоустойчивого кодирования с образующим полиномом g(x)=x¹⁶+х¹²+x⁵+l, позволяющим обнаруживать ошибки в заголовке кадра.

Передаваемые данные физического уровня помещаются в поле данных.

Подуровень PLCP преобразует кадр в поток битов и передает его на подуровень PMD. Подуровень PMD технологии FHSS модулирует поток данных с использованием модуляции, основанной на гауссовом переключении частот (Gaussian frequency shift keying, GFSK).

Двоичные значения 0 и 1, передаются синусоидальным сигналом с соответствующими частотами f₁ и f₂. Период передачи одного символа обуславливает длительность передачи синусоидального сигнала одной частоты. Часто, вместо того чтобы указывать значения двух частот в абсолютных величинах, их указывают относительно несущей частоты f_c, например

f₁ = f_c - f_d и f₂ = f_c + f_d.

Одним из преимуществ частотной манипуляции является легкость реализации соответствующих передатчика и приемника, поскольку модуль сигнала остается постоянным и никакая информация не переносится амплитудой сигнала. Это позволяет передавать большую среднюю мощность при одинаковой пиковой. Однако частотная манипуляция имеет также несколько серьезных недостатков, не последним из которых является неэффективное использование полосы пропускания.

Одна из серьезных задач, которую должен решать модулятор FSK - обработка процесса передачи 0, следующего сразу же после 1. При этом требуется, чтобы частота сигнала мгновенно изменилась со значения f_c - f_d на значение f_c + f_d. Это приводит к прерывному изменению выходного сигнала, во время которого выделяется много энергии на частотах, выходящих за рамки частотного диапазона.

Чтобы справиться с этой проблемой, приходится фильтровать сигнал, поступающий на частотный модулятор, это позволяет сгладить переходы с частоты f_c - f_d на частоту f_c + f_d. В случае использования модуляции GFSK используется гауссов фильтр, наименование f_d происходит от термина "девиация частоты". Стандарт 802.11 указывает, что она должна составлять не менее 110 кГц. При работе на скорости 2 Мбит/с используется модуляция 4GFSK; в этом случае два бита модулируют сигнал одновременно с использованием двух девиаций частоты, как показано в таблице 3.

Таблица 3. Преобразование символов в частоту при модуляции 4GFSK

Символ	Частота
10	fc + fd2
11	fc + fd1
01	fc - fd1
00	fc - fd2

Однако технология FHSS имеет ряд недостатков:

· Эта технология не обеспечивает то качество высокоскоростной передачи данных, которое было характерно для проводных локальных сетей;

· Хотя для использования в последовательности перестройки частот были доступны 79 каналов, сигнал может переключаться на частоты по всему диапазону ISM, независимо от того, имеются ли поблизости другие устройства, работающие в этом диапазоне. Т.о. если помехи происходят на половине частот диапазона и работа ведется на скорости 1 Мбит/с, половину времени передача информации будет осуществляться по каналам, которые зашумлены настолько, что фактически информация принята не будет. А это означает, что реальная скорость передачи составит только 500 Кбит/с;

· Не предусмотрено никакого механизма для координации или синхронизации последовательностей переключения частоты для соседствующих точек доступа. Их последовательности переключения могут перекрываться, создавая взаимные помехи. [5]

2.2.4 Локальные беспроводные сети, использующие

широкополосную модуляцию DSSS с расширением спектра

методом прямой последовательности

Локальные беспроводные сети DSSS используют каналы шириной 22 МГц, благодаря чему многие WLAN могут работать в одной и той же зоне покрытия. Это позволяет создать в диапазоне 2,4-2,483 ГГц три неперекрывающихся канала передачи. Аналогично подуровню PLCP, используемому в технологии FHSS, подуровень PLCP технологии DSSS стандарта 802.11 добавляет два поля в кадр MAC: преамбулу PLCP и заголовок PLCP. Формат фрейма представлен на рис. 19.



Рисунок 19. Структура кадра физического уровня DSSS

Поле Sync длиной 128 бит представляет собой строку, состоящую из единиц. Задача этого подполя - обеспечить точную синхронизацию для приемной и передающей станции.

В преамбулу кадра (144 бита) входит указатель начала кадра или стартовая последовательность. Предполагается, что к ее началу синхронизация достигнута. Стартовая последовательность позволяет жестко привязаться к начальному биту кадра (первый бит заголовка кадра).

В заголовок кадра (48 бит) входят указатель типа сигнала, поле услуг (не используется и является резервным), указатель длины поля данных и поле контроля четности.

Поле Signal длиной 8 бит, указывающее тип модуляции и скорость передачи для данного кадра. Содержит информацию о том, какой из сигналов DBPSK или DQPSK используется и, соответственно, какова скорость передачи информации 1 или 2 Мбит/с.

Поле Service длиной 8 бит, зарезервировано. Это означает, что во время разработки спецификации стандарта оно осталось неопределенным; предполагается, что оно пригодится в будущих модификациях стандарта.

Поле Length длиной 16 бит, указывающее количество микросекунд (из диапазона 16 ч (2¹⁶-1)), необходимое для передачи части MAC кадра.

Поле CRC длиной 16 бит, обеспечивающее результирующее значение утвержденного ITU-T Международным телекоммуникационным союзом кодом проверки на четность с образующим полиномом

g(x) = x^l6 + x^l2+x⁵+1 CRC-16,

который применяется по отношению к полям заголовка PLCP.

За полем контроля четности следуют данные, передаваемые на физическом уровне. В данном случае это информация MAC протокола обмена данных (MPDU).

Подуровень PLCP преобразует фрейм в поток битов и передает данные на подуровень PMD. Подуровень PMD модулирует отбеленный поток битов, используя следующие методы модуляции:

· Двоичная относительная фазовая манипуляция (Differential Binary Phase Shift Keying, DBPSK) для скорости передачи 1 Мбит/с;

· Квадратурная фазовая манипуляция (Quadrature Phase Shift Keying, QPSK) для скорости передачи 2 Мбит/с. [6]

2.3 Локальные беспроводные сети стандарта 802.11b

Стандарт 802.11b, появившийся в 1999 году, регламентировал правила использования высокоскоростной технологии DSSS (HR-DSSS). Она обеспечивала скорость передачи в локальных беспроводных сетях ISM-диапазона 2,4 ГГц вплоть до 5,5 и 11 Мбит/с. При этом используется кодирование с использованием комплементарных кодов (Complementary Code Keying, CCK) или технология двоичного пакетного сверточного кодирования (Packet Binary Convolutional Coding, PBCC). В технологии HR-DSSS используется та же схема организации каналов, что и в технологии DSSS, - полоса частот шириной 22 МГц, 11 каналов, 3 неперекрывающихся канала, ISM-диапазон 2,4 ГГц.

2.3.1 Подуровень PLCP технологии HR-DSSS стандарта 802.11b

Подуровень PLCP технологии HR-DSSS использует кадры PPDU двух типов: длинный и короткий. Преамбула и заголовок длинного кадра подуровня PLCP технологии HR-DSSS всегда передаются со скоростью 1 Мбит/с - для обеспечения обратной совместимости с технологией DSSS. Длинный кадр подуровня PLCP технологии HR-DSSS почти такой же, как кадр подуровня PLCP в технологии DSSS, но с небольшими расширениями, призванными обеспечить повышенные скорости передачи данных:

· В поле Signal могут быть указаны дополнительные скорости передачи данных - 5,5 и 11 Мбит/с;

· Поле Service определяет ранее зарезервированные биты;

· Поле Length по-прежнему указывает количество микросекунд, необходимых для передачи PSDU.

Короткий кадр PLCP PPDU обеспечивает средство для минимизации числа служебных сигналов, все еще позволяющих, однако, передатчику и приемнику связываться друг с другом надлежащим образом. Короткий кадр, используемый в технологии HR-DSSS стандарта 802.11b, показан на рис. 20. Он использует те же преамбулу, заголовок и формат PSDU, но заголовок PLCP передается на скорости 2 Мбит/с, в то время как PSDU передается со скоростью 2, 5,5 или 11 Мбит/с. Кроме того, его подполя модифицированы следующим образом:

· Ширина поля Sync сокращена со 128 до 56 бит; оно представляет собой строку, состоящую из одних нулей;

· Поле SFD имеет длину 16 бит и выполняет ту же функцию указания на начало фрейма, но также указывает на использование длинных или коротких заголовков. В случае коротких заголовков 16 бит передается в порядке, обратном по отношению к длинным заголовкам. [3]

Рисунок 20. Короткий элемент данных протокола PLCP

2.3.2 Модуляция ССК на подуровне PMD стандарта 802.11b

Для достижения скоростей 5,5 и 11 Мбит/с применяется метод расширения спектра с помощью комплиментарных кодов. Но при использовании модуляции ССК расширяющий код представляет собой код из 8 комплексных чипов (complex chip), в то время как при работе со скоростями 1 и 2 Мбит/с применяется 11-разрядный код. 8-чиповый код определяется или 4, или 8 битами - в зависимости от скорости передачи данных.

Для того чтобы передавать данные со скоростью 5,5 Мбит/с, нужно сгруппировать скремблированный поток битов в символы по 4 бита (b0, b1, b2 и bЗ). Последние два бита (b2 и bЗ) используются для определения 8 последовательностей комплексных чипов, как показано в таблице 4, где {c1, с2, с3, с4, с5, с6, с7, с8} представляют чипы последовательности. В таблице 4 j представляет мнимое число, корень квадратный из - 1, и откладывается по мнимой, или квадратурной оси комплексной плоскости.

Таблица 4. Последовательность чипов ССК

(b2, b3)	c1	c2	c3	c4	c5	c6	c7	c8
00	j	1	j	-1	j	1	-1	1
01	-j	-1	-j	1	j	1	-j	1
10	-j	1	-j	-1	-j	1	j	1
11	j	-1	j	1	-j	1	1	1

Имея последовательность чипов, определенную битами (b2, bЗ), можно использовать первые два бита (b0, b1) для определения поворота фазы, осуществляемого при модуляции по методу DQPSK, который будет применен к последовательности (см. таблицу 5). Каждый 4-битовый символ PSDU нумеруется, начиная с 0, чтобы можно было определить, преобразуется четный либо нечетный символ в соответствии с этой таблицей.

Таблица 5. Поворот фазы при модуляции ССК

(b0, b1)	Изменение фазы четных символов	Изменение фазы нечетных символов
00	0 (0 градусов)	(180 градусов)
01	(90 градусов)	-(-90 градусов)
11	(180 градусов)	0 (0 градусов)
10	-(-90 градусов)	(90 градусов)

Это вращение фазы применяется по отношению к 8 комплексным чипам символа, затем осуществляется модуляция на подходящей несущей частоте.

Чтобы передавать данные со скоростью 11 Мбит/с, скремблированная последовательность битов PSDU разбивается на группы по 8 символов. Последние 6 битов выбирают одну последовательность, состоящую из 8 комплексных чипов, из числа 64 возможных последовательностей, почти так же, как использовались биты (b2, bЗ) для выбора одной из четырех возможных последовательностей. Биты (b0, b1) используются таким же образом, как при модуляции ССК на скорости 5,5 Мбит/с для вращения фазы последовательности и дальнейшей модуляции на подходящей несущей частоте.

2.3.3 Технология двоичного пакетного сверточного кодирования

(PBCC)

Стандарт HR-DSSS определяет также опциональный механизм модуляции для передачи данных со скоростью 5,5 и 11 Мбит/с. Эта технология отличается как от ССК, так и от DSSS стандарта 802.11.

Вначале биты PSDU передаются на двоичный сверточный кодер, работающий с эффективной степенью кодирования 1/2. Особый полускоростной кодер (particular half-rate encoder) имеет шесть линий задержки (delay), или запоминающих ячеек, и выдает 2 бита на каждый входной. Поскольку стандарт 802.11 рассчитан на использование фреймов и сверточные кодеры имеют память, все элементы задержки обнуляются с началом фрейма, а в его конец добавляется один октет нулей, чтобы обеспечить одинаковую помехоустойчивость для всех битов. Затем закодированный поток битов пропускается через преобразователь символов (symbol mapper) BPSK, чтобы достичь скорости передачи данных 5,5 Мбит/с, или через преобразователь символов QPSK, чтобы реализовать передачу со скоростью 11 Мбит/с. Здесь не применяется относительное кодирование. Особое преобразование символов, используемое в данном случае, зависит от двоичного значения s, поступающего от 256-битовой псевдослучайной последовательности. Как преобразуются два символа QPSK, показано на рис. 21, а как преобразуются два символа BPSK - на рис. 22. Для PSDU размером более 256 бит псевдослучайная последовательность просто повторяется.

Рисунок 21. Преобразование символов РВСС QPSK

Рисунок 22. Преобразование символов РВСС BPSK

2.4 Локальные беспроводные сети стандарта 802.11а

Рассмотренный стандарт 802.11b обеспечивает максимальную скорость передачи данных до 11 Мбит/с в частотном диапазоне 2,4 ГГц (от 2,4 до 2,4835 ГГц). Но при использовании технологии расширения спектра DSSS на частотах около 2,4 ГГц могут возникать проблемы из-за помех, порождаемых другими бытовыми беспроводными устройствами, в частности микроволновыми печами и радиотелефонами. Кроме того, некоторые приложения и объёмы передаваемых по сети данных нередко требуют большей пропускной способности, чем может предложить стандарт 802.11b.

С целью преодоления ограниченности полосы частот (2,4...2,4835 ГГц) разработка оборудования проводилась в диапазоне 5 ГГц, где оказалось возможным выделение более широкой полосы частот, превышающей 100 Мгц.

В проекте стандарта 802.11а было предложено использовать физический канал, в котором используется технология мультиплексирования с разделением по ортогональным частотам (Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM) в диапазоне 5 ГГц. Он определял скорости передачи до 24 Мбит/с и опционально - до 54 Мбит/с в безлицензионных диапазонах национальной информационной инфраструктуры США UNII (Unlicensed National Information Infrastructure) 5,15-5,25 ГГц, 5,25-5,35 ГГц и 5,725-5,825 ГГц.

Частотный диапазон UNII разбит на три 100-мегагерцевых поддиапазона, различающихся ограничениями по максимальной мощности излучения (см. таблицу 6). Низший диапазон (от 5,15 до 5,25 ГГц) предусматривает мощность всего 50 мВт, средний диапазон (от 5,25 до 5,35 ГГц) - 250 мВт, а верхний диапазон (от 5,725 до 5,825 ГГц) - 1 Вт.

Таблица 6. Частотный диапазон стандарта IEEE 802.11a

Диапазон	Частота, ГГц	Ограничение по мощности, мВт
UNII	5,150 - 5,250	50
UNII	5,250 - 5,350	250
UNII	5,725 - 5,825	1000
ISM	2,400 - 2,4835	1000

Использование трёх частотных поддиапазонов с общей шириной 300 МГц делает стандарт 802.11а самым широкополосным из семейства стандартов 802.11 и позволяет разбить весь частотный диапазон на 12 каналов, каждый из которых имеет ширину 20 МГц, восемь из которых лежат в 200-мегагерцевом диапазоне от 5,15 до 5,35 ГГц, а остальные четыре канала - в 100-мегагерцевом диапазоне от 5,725 до 5,825 ГГц (рис. 23). При этом четыре верхних частотных каналов, предусматривающие наибольшую мощность передачи, используются преимущественно для передачи сигналов вне помещений.

Рисунок 23. Разделение диапазона UNII на 12 частотных

поддиапазонов

2.4.1 Технология мультиплексирования с разделением по

ортогональным частотам (OFDM)

На подуровне PLCP физического уровня стандарта 802.11а применяется собственный уникальный формат фрейма PPDU - элемент данных протокола PLCP. Он представлен на рис. 24.

Рисунок 24. Формат кадра физического уровня стандарта 802.11а.

Кадр PPDU состоит из трех основных частей: преамбулы OFDM, полей Signal (сигнализация) и Данные. Преамбула OFDM состоит из короткой настроечной последовательности - Short Sync, и длинной настроечной последовательности символов - Long Sync. Первая используется приемником для автоматической регулировки усиления (АРУ), синхронизации и грубой оценки ухода частоты, вторая - для оценки параметров канала, синхронизации и точной оценки ухода частоты.

Четырехразрядное поле Rate, указывающее скорость передачи данных кадра.

Бит R зарезервирован для будущих применений.

Поле Length содержит беззнаковое 12-разрядное целое число, указывающее число октетов в PSDU.

Бит Р является битом проверки на четность для 17 битов полей Rate, R и Length.

Поле Tail содержит 6 битов со значением 0.

Поле Service, семь битов которого имеют значение, равное 0, за ними следуют 9 зарезервированных битов, значения которых пока также равны 0. Это поле позволяет приемнику синхронизировать свой дешифратор псевдослучайных последовательностей.

Поле PSDU, содержит полезные данные, подлежащие передаче.

Поле Tail, служит для повторной установки в начальное состояние сверточного кодера с конечной памятью.

Поле Pad позволяет добавить биты для получения необходимого числа кодирующих битов на символ OFDM.

Предусмотренная протоколом 802.11а ширина канала 20 МГц вполне достаточна для организации высокоскоростной передачи. Использование же частот свыше 5 ГГц и ограничение мощности передачи приводят к возникновению ряда проблем при попытке организовать высокоскоростную передачу данных. Распространение любого сигнала неизбежно сопровождается его затуханием, причём величина затухания сигнала зависит как от расстояния от точки передачи, так и от частоты сигнала - с увеличением частоты передаваемого сигнала увеличивается и его затухание. Поэтому использование более высоких частот в протоколе 802.11а приводит к несколько меньшему радиусу действия сети, чем в протоколе 802.11b.