详解IEEE 802.11ad技术二：太赫兹通信频段及MAC层工作原理

IEEE 802.11ad标准草案中规定的无线网络以PBSS的形式运行。PBSS是一种允许网络节点（在标准草案中也称之为STA）之间相互通信的无线局域自组织网络。PBSS的组成如图1所示。

图1  IEEE 802.11ad PBSS的组成

1个PBSS由一些相互之间可以进行通信的节点组成，其中1个节点做为该PBSS的PCP（PBSS中心节点），PCP通过广播信标帧为该PBSS提供基本的定时机制和信道接入控制信息。PBSS网络中任意2个节点之间可以进行双向数据传输。

2）PBSS的组网过程

当一个担任PCP角色的STA开始广播毫米波信标帧时，即认为一个PBSS已经开始形成了。

首先，担任PCP角色的STA应扫描所有的信道以检测信道信息且选择一个合适开始PBSS的信道。当收到来自SME（站点管理实体）的MLME START. Request primitive时，PCP应监听信道至少aMinchannelScan长的时间以评估该信道是否适合开始一个PBSS。若该信道适合，则PCP应每隔一个信标间隔（BI）就广播一个毫米波信标帧以开始一个PBSS。否则，PCP应给SME回复一个MLME START. confirm；且MLME START. confirm的ResuleCode字段应设置为INVALID_PARAMETERS以示开始PBSS失败。

此外，当PCP收到来自SME的MLME STOP. Request时，即表示该PCP应停止PBSS的运行。同时，PCP应停止广播毫米波信标帧且使用解认证过程给PBSS中已关联的STAs广播解认证帧。STAs收到解认证帧后，即会知道该PBSS将停止运行；它们之间将不再进行通信。另外，一个PBSS的PCP突然离开且无其他的STAs可承担该PBSS的PCP，同样会导致PBSS的运行停止。

5、IEEE 802.11ad的无线接入机制

1）IEEE 802.11ad的信标间隔

在IEEE 802.11ad PBSS中，其信道时间划分为一系列的信标间隔。BI又分为信标帧时期（BT）、关联波束赋形定位时期、数据传输时期。IEEE 802.11ad PBSS BI的结构如图2所示。

图2  1个IEEE 802.11ad PBSS的BI

图2中，BT用于传输1个或多个信标帧。A-BFT用于由PCP执行波束赋形定位，它在BI中是否存在由PCP决定。AT（宣告时间）是一个基于管理接入时期的请求响应时间，用于PCP与STAs之间交换请求响应帧，同样由PCP定它在BI中是否存在。DTT由若干个CBPs和若干个SPs组成，它是信道接入时期，用于STAs之间数据的交换。

2）IEEE 802.11ad 的信道接入机制。

IEEE 802.11ad PBSS中，STAs的基本信道接入机制为CSMA/CA和TDMA。在BI的不同时期，STAs使用不同的信道接入机制；CBP时期使用CSMA/CA，而SP时期使用TDMA。在这些时期之前，CP将用轮询动态地给STAs分配SPs。具体信道接入过程如下。

（1）BT广播信标帧，不需要用CSMA/CA争用信道或由PCP为其分配时隙。

（2）A-BFT只是一个波束赋形定位时间且在BI中不一定会出现，同样不需要用CSMA/CA争用信道或由PCP为其分配时隙。

（3）AT为PCP与STAs之间请求帧和响应帧的交换时期；在此期间，PCP收到STAs的请求帧之后应等待一个SIFS再给STAs回复响应帧。此外，在BI中第一个SP开始时以及在BI中第一个CBP开始时应结束AT时期。

（4）CBP时期的基本信道接入机制是DCF，即CSMA/CA和退避机制。首先当STA检测到信道空闲时间长达一个DIFS或EIFS时就开始退避过程。退避过程开始时，STA先根据Back of time=Random（）×a Slot Time（3μs）设置一个随机的退避计数器时间。此外，NAV（网络指配矢量）也作为一个计数器以均匀的速率减小。当NAV计数器减小至0时，表明信道空闲且退避计数器减小一个a Slot Time（3μs）；否则退避计数器挂起。当退避计数器减小至0时表明信道空闲，STA即可传输数据；否则表示信道忙，STA不能传输数据。

（5）SP时期的基本信道接入机制是TDMA。首先，PCP通过轮询访问PBSS中所有的STAs，以搜集网络中的相关信息。然后，PCP根据轮询结果给STAs动态的分配SPs；进而将分配好的SPs信息，如每个SP的持续时间、起止时间等，在毫米波信令帧中广播给PBSS中的STAs。STAs在收到信令帧后，即会知道SPs的分配情况。此时，STAs即可在分配给自己的SPs时期内进行数据传输。