2.1 IEEE 801n 系統概論
2.1.5 IEEE 802.11n Preamble 格式介紹
圖 2-5 20MHz 的 Preamble 格式 Preamble 的功能包含以下：
1. 封包偵測(Start-of-Packet detection) 2. 自動增益控制(AGC)
3. 粗略頻率偏移估計(Coarse Frequency Offset Estimation) 4. 粗略時序估計(Coarse Timing Offset Estimation)
5. 精準時序估計(Fine Timing Offset Estimation)
6. 精準頻率偏移估計(Fine Frequency Offset Estimation) 7. 通道估計(Channel Estimation)
如圖 2-5 所示，為了使 802.11n 的實體層封包可以相容於傳統的 802.11a 與 802.11g，因此在封包的一開頭會加入舊式的 preamble(L-STF, L-LTF, L-SIG)。如
L-STF L-LTF L-SIG HT-SIG HT-STF HT-LTF HT-LTF HT-DATA
8us 8us 4us 8us 2.4us 7.2us 4us
HT 20MHz PPDU
L-STF L-LTF L-SIG L-DATA
8us 8us 4us
Legacy 20MHz PPDU
This part of the HT premable is identical to the Legacy preamble
This part of the HT premable is specific to HT reception
an auto-detect of the HT PPDU is required at this boundary
L-STF L-LTF L-SIG HT-SIG HT-STF HT-LTF HT-LTF HT-DATA
8us 8us 4us 8us 2.4us 7.2us 4us
HT 20MHz PPDU
L-STF L-LTF L-SIG L-DATA
8us 8us 4us
Legacy 20MHz PPDU
This part of the HT premable is identical to the Legacy preamble
This part of the HT premable is specific to HT reception
an auto-detect of the HT PPDU is required at this boundary
此一來，當傳統單天線的接收機收到 11n 的封包時，也可以順利的解開 Legacy Signal field (L-SIG)並作適當的處理。
相對於 802.11a 與 802.11g，以下我們定義 11n 的傳送接收為高吞吐量(High Throughput)。通常高吞吐量接收機並無法事先預知其接收到的封包是傳統單天線 的封包或是 11n 的封包。因此，高吞吐量接收機必須要能判別在 L-SIG 之後是 L-DATA 或是 High Throughput Signal field (HT-SIG)。在此，Preamble 的設計提供 了兩個方案使得高吞吐量接收機可以判別出 L-DATA 或是 HT-SIG：(1)將 HT-SIG 以 BPSK 星狀圖傳送，且其對應的軸為正交軸(Quadrature Axis)，如圖 2-6。(2) 從 L-SIG 到 HT-SIG 會反轉 Pilot 的極性。如此一來，高吞吐量接收機便可以輕 易的分辨出接收到的封包是單天線系統的封包或是高吞吐量傳輸的封包。
I Q
I Q
-1 +1
+1
-1
LSIG HTSIG
I Q
I Q
-1 +1
+1
-1
LSIG HTSIG
圖 2-6 L-SIG 與 HT-SIG 的星狀圖對應
ㄧ個高吞吐量接收機必須要能完成前頁所述之功能 1 到 7，才能成功的解出封 包。功能 1 到 4(或 5)是由 L-STF 完成，而功能 5 到 7 是由 L-LTF 完成。由於 L-STF 無法提供足夠且正確的資訊來操作 MIMO AGC，因此藉由 HT-STF 彌補這個缺 點。換句話說，HT-STF 只是單純為了做 MIMO AGC 所設計。L-STF 與 L-LTF 在以前的單天線系統已經是大家所熟知的，可以在[9]找到相關資訊，其功能與 細節便不再贅述。以下我們將從 HT-SIG，HT-STF 與 HT-LTF 開始討論。
¾ HT-SIG
由圖 2-7 可知，此欄位包含許多 HT 實體層的資訊，包含調變資訊
(Modulation Coding Scheme, MCS)，進階編碼以及頻寬選擇等。對於實體層的訊 號處裡而言，都是非常重要的，詳細功用可參考[8]。
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 MCS (7 bits) HTLENGTH (12 bits)
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 SIGNAL TAIL (6 bits)
Transmit Order
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
ADV CODING (1bit) NUMBER HT-LTF (2 bit) SCRAMBLER INIT (2 bits)
CRC (8 bits)
HT-SIG
1HT-SIG
2SOUNDING PACKET (1 bit) SHORT GI (1 bit) RESERVED(1 bit) 20/40 BW(1 bit)
RESERVED(1bit)
RESERVED (5 bits)
LSB LSB HTLENGTH (12 bits)
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 SIGNAL TAIL (6 bits)
Transmit Order
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
ADV CODING (1bit) NUMBER HT-LTF (2 bit) SCRAMBLER INIT (2 bits)
CRC (8 bits)
HT-SIG
1HT-SIG
2SOUNDING PACKET (1 bit) SHORT GI (1 bit) RESERVED(1 bit) 20/40 BW(1 bit)
RESERVED(1bit)
RESERVED (5 bits)
LSB LSB
0.8 sµ
1.6 s µ
0.8 sµ 3.2 sµ 3.2 sµ 0.8 sµ 3.2 sµGI STF GI GI
GI STF GI GI
1 Antenna
2 Antenna
0 LTF
Set 0
LTF
Set 1
LTF Set
1 LTF
Set 1
LTF
Set 0
LTF Set
圖 2-9 兩根天線的頻率交錯示意圖
的頻率會互相交錯。因此，在接收端經過 FFT 後，不同天線的 Pilot 並不會互相 干擾。下表是搭配圖 2-9，說明在 Set0 到 Set1 放置 LTF 的頻率交錯位置。
Nss Set 0 Set 1 Set 2 Set 3
1 [-28:1:-1] [1:1:+28]
2 [-28:2:-2] [2:2:28] [-27:2:-1] [1:2:27]
3 [-28:3:-1] [2:3:26] [-27:3:-3] [3:3:27] [-26:3:-2] [1:3:28]
4 [-28:4:-4] [1:4:25] [-27:4:-3] [2:4:26] [-26:4:-2] [3:4:27] [-25:4:-2] [4:4:28]
表 2-3 頻率交錯以分組表示
¾ HT-LTF
高吞吐量長訓練符元，主要用途是作通道估測(Channel Estimation)，也可以 用來做頻率偏移的補償。在通道估測時，傳送端也是採用頻率交錯的方式，避免
天線之間的互相干擾。以兩根天線，20MHz 的模式為例子，如圖 2-9，其中第 一根天線的 Set0 重覆了兩次，此目的是為了在接收端能夠對兩次估到的相同通 道作平均。但是為了避免 LTF 浪費傳輸率，藉由模擬結果發現，在 Set1 之後剩 下一個 OFDM 符元的這種模式依然可以維持我們想達到的封包錯誤率(PER)，並 且估計出來的通道也不會誤差太多。隨著天線數目的增加，LTF 的數目也要隨著 增加，並且在不同天線所傳送的頻率會互相錯開，也就是可以在不受其他天線干 擾的情形下估出完整的通道。表 2-4 是不同天線間採用的 LTF 格式，之所以有 不同的序列是為了要使其時域的鋒均值比(Peak-to-Average Power Ratio, PAPR)最 小。
NTx=1 -28:28
HTL =[-1, -1, -1, 1, 1, 1, 1, -1, 1, -1, -1, -1, -1, 1, -1, 1, 1, -1, -1, 1, 1, 1, 1, -1, 1, 1, -1, 1, 0, -1, -1, -1, 1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, 1, -1, -1, -1, 1, -1, 1, -1, 1, -1, 1, -1, -1, 1, 1, -1, -1, -1]
NTx=2 -28:28
HTL =[-1, -1, 1, 1, 1, -1, 1, 1, -1, -1, 1, 1, 1, -1, 1, -1, -1, 1, 1, -1, 1, -1, -1, -1, -1, 1, -1, 1, 0, -1, -1, -1, 1, -1, 1, -1, -1, 1, 1, -1, 1, -1, -1, 1, 1, -1, -1, -1, -1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1]
NTx=3 -28:28
HTL =[1, -1, -1, -1, 1, 1, 1, 1, -1, 1, -1, -1, -1, 1, 1, 1, 1, -1, -1, 1, 1, 1, -1, -1, 1, -1, -1, -1, 0, 1, -1, 1, 1, 1, 1, -1, 1, -1, -1, 1, -1, -1, 1, -1, -1, 1, -1, -1, -1, -1, 1, -1, 1, 1, -1, -1, 1]
NTx=4 -28:28
HTL =[1, 1, 1, 1, -1, 1, -1, 1, -1, 1, 1, 1, 1, 1, -1, 1, -1, 1, 1, 1, 1, -1, 1, -1, -1, -1, -1, -1, 0, -1, 1, 1, -1, -1, -1, 1, 1, 1, -1, -1, -1, 1, 1, -1, 1, 1, -1, -1, -1, 1, 1, -1, -1, 1, -1, -1, 1]
表 2-4 在 20MHz 不同傳送天線所採用的 LTF