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IEEE® 802.11 WLAN - ビーコン フレーム

このモデルでは、[1] で述べられている、802.11 ベースの無線ローカル エリア ネットワーク (WLAN) におけるビーコン フレームの送受信を示します。ビーコン フレームは管理フレームの一種です。多数の 802.11 デバイスによって形成されたサービス セットを識別します。サービス セットのアクセス ポイント (AP) はビーコン フレームを定期的に送信し、ネットワークを確立して維持します。その場限りの一時的なネットワークでは、ステーションがビーコン フレームを送信します。

例の構造

このモデルには次の 3 つの主要な部分があります。

  • ビーコン フレーム内で送信される情報とチャネル パラメーターを選択できるモデル パラメーター

  • 送信機、チャネル、および受信機で構成されている 802.11 System

  • CRC フラグ、パケット タイプ、受信 SSID などの最も重要な受信情報を確認できる結果。

以下の節では、送信機および受信機について詳しく説明します。

送信機

送信機は PHY 層フレームを構築する軽量 MAC サブ層と物理層を実装します。複数の連続チャネル フレームを使用して、各 PHY フレームを送信します。

MAC サブ層は管理フレームの一種であるビーコン フレームを構築します。次の図 [1] に管理フレームの形式を示します。このフレームは MPDU (MAC プロトコル データ ユニット) とも呼ばれます。

この例では、以下のフィールドを含むフレーム本体を使用してビーコン フレームを実装します。

  • Timestamp

  • Beacon interval

  • Capability

  • SSID elements

  • Supported rates element

  • Direct sequence (DS) parameter set element

  • Contention Free (CF) parameter set element (任意)

モデル パラメーター GUI を使用して、これらのフィールドに含まれるパラメーターの一部を設定できます。たとえば、DS parameter set element で送信される channel number パラメーターなどがあります。

送信機は定期的に動作し、ビーコン フレームを送信します。beacon interval パラメーターは送信期間を決定します。

PHY フレーマー/変調器は、PLCP (物理層コンバージェンス プロトコル) プリアンブルとヘッダーを MPDU に追加して、PPDU (PLCP プロトコル データ ユニット) を作成します。PLCP プリアンブルには、後でスクランブルされる 128 ビット (SYNC) が含まれます。受信機はこの SYNC 信号を使用して PPDU フレームの存在を決定します。PLCP ヘッダーの LENGTH フィールドは MPDU フレーム長を決定します。PLCP ヘッダーには 16 ビット CRC も含まれます。

送信機は PPDU フレームをスクランブルし、1 Mbps の速度で差分 2 進位相シフト キーイング (DBPSK) を使用して変調し、11 桁のバーカー符号を使用して拡散を適用します。また、このサブシステムは拡散されたシンボルに別のチップを追加して、1024 ビットの最大 PPDU 長にします。このようにして、システムにより MAC 層は時間単位 (TU) である 1024 マイクロ秒の期間に強制的に動作します。

送信機はチャンネル フレームである 128 個の変調されたシンボル (1408 チップ) を一度に送信します。変調されたシンボルはルート コサイン ロールオフ パルス整形フィルターを通過します。パルス型のシンボルが、周波数オフセットと遅延も適用する AWGN チャンネル経由で送信されます。

受信機

受信機はダウン コンバージョンと整合フィルター処理、受信機コントローラー、および検出器から構成されます。

受信機コントローラーは相関器を使用して、スクランブルされた SYNC 信号を探します。ピークが検出された時点で、コントローラーは受信した信号を遅延させ、チャンネル フレーム境界線に合わせ、サンプルを下げ、検出器をオンにします。また、コントローラーは検出器に指標を与え、受信フレームの解析を行います。

検出器は受信した信号を逆拡散、復調、およびデスクランブルします。パケット パーサーが PLCP バッファーと MPDU バッファーを作成します。PLCP バッファーが満杯になると、PLCP 復号器がオンになり、PLCP フレームを復号化します。PLCP CRC がチェックをする場合 (CRC チェック フラグが 0)、PLCP 復号器は MPDU の長さを MPDU 復号器に送信します。それ以外の場合は、受信機コントローラーによって復号器がオフになります。

MPDU バッファーが PLCP の LENGTH フィールドで指定されたビット数を受信すると、MPDU 復号器が作動します。MPDU CRC がチェックをする場合 (MPDU CRC フラグが 0)、MPDU の内容が解析されます。

結果と表示

シミュレーションを実行すると、以下のテキスト結果が表示されます。

  • PLCP CRC フラグ (0 はエラーなし、1 はエラーまたはフレームなし)

  • MPDU CRC フラグ (0 はエラーなし、1 はエラーまたはフレームなし)

  • フレーム タイプ (0 は管理フレーム)

  • フレーム サブタイプ (8 はビーコン フレーム)

  • ビーコンの間隔や SSID などの選択した MPDU 情報

PLCP および MPDU 表示サブシステムを開くと、すべての PLCP および MPDU 情報が表示されます。

また、シミュレーションにより、送受信されたチップの散布図と逆拡散されたシンボルも表示されます。周波数オフセットにより、散布図が回転するのがわかります。差動復調器は位相の変化を追跡し、シンボルを正確に復調できます。

例の検証

この例では、ビーコンの間隔、SSID、サポート率などのビーコン フレーム パラメーターを修正できます。CF パラメーター セット要素を生成されたビーコン フレームに含めたり除外したりすることもできます。また、チャンネルによるノイズ レベル (Es/No)、遅延、および周波数オフセットも設定できます。

参考文献

  1. IEEE Std 802.11-2007: IEEE Standard for Information technology - Telecommunications and information exchange between systems - Local and metropolitan area networks - Specific requirements, Part 11: Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications, IEEE, New York, NY, USA, 1999-2007.

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