WIFI基礎知識培訓

1、2013年年12月月21日日 楊量楊量 WLAN基礎基礎 nWLAN標準 nChannel(信道) nRate(速率) nPower(功率) nEVM(矢量誤差) nSensitivity(接收信號靈敏度) nSSID n無線安全 nWPS WLAN電路電路 nTransceiver（收發(fā)器） nBalun/Filter/DC block nTX EPA、IPA nRX nRF Switch (射頻開關） nCrystal、Oscillate（晶體、晶振） nAntenna(天線) n無線Throughput的干擾因素 nSplitter(功分器) 802.11標準的速率與頻段標準的速率與頻段

2、 54 Mb/s 22 Mb/s 11 Mb/s 1 Mb/s IEEE 802.11b IEEE 802.11gIEEE 802.11a 2,4 GHz5 GHz 2 Mb/s IEEE 802.11nIEEE 802.11n 11n 1T1R 150Mb/s IEEE 802.11 20031999 2010 1999 1997 11n 2T2R 300Mb/s 2010 802.11標準對比標準對比 n802.11g兼容802.11b; 802.11n兼容802.11b,g,a. Channel(信道信道) n無線信道類似于車 道； n無線信道不是獨占 的，而是所有同信 道的AP共用的；

3、 n相同信道上工作的 AP會降低吞吐量； 2.4GHz 信道分布信道分布 每個信道的帶寬是22MHz，不同國家能夠使用的信道是不一樣的 只有3個互不重疊的信道：1,6,11 (或者2,7,12) 1-13信道頻率：2412+(n-1)*5 MHz 不同國家的不同國家的2.4GHz信道信道 信道標識符信道標識符 頻率（單位：頻率（單位： MHz） 調整域調整域 美國美國EMEA日本日本世界其它地區(qū)世界其它地區(qū) 12412 22417 32422 42427 52432 62437 72442 82447 92452 102457 112462 122467- 132472- 142484- 5G

4、Hz 信道分布信道分布 不同國家能夠使用的5GHz頻段很不相同，因此802.11a信道更為 零散； 每個信道的帶寬是20MHz，而且互不重疊 不同國家的不同國家的5GHz 信道信道 信道標識符信道標識符頻率（單位：頻率（單位：MHz） 調整區(qū)域調整區(qū)域 美國美國EMEA日本日本世界其它地區(qū)世界其它地區(qū) 345170- 365180- 385190- 405200- 425210- 445220- 465230- 485240- 525260- 565280- 605300- 645320- 1005500- 1045520- 1085540- 1125560- 1165580- 1205600

5、- 1245620- 1285640- 1325660- 1365680- 1405700- 1495745- 1535765- 1575785- 1615805- Rate(速率速率) n基本速率： p所有WLAN設備必須支持 p控制幀、廣播幀、多播幀采用基本速率發(fā)送 p是傳輸速率的一個子集 n傳輸速率：WLAN設備能夠支持的所有速率 n一般WLAN設備支持自動選擇傳輸速率 ModeModeTransmit Rates (Mbps)Transmit Rates (Mbps)Basic Rates (Mbps)Basic Rates (Mbps) 11b only1, 2, 5.5, 111

6、(default), 2 11g only6, 9, 12, 18, 24, 36, 48, 546, 12, 24(default) 11g - wifi 1, 2, 5.5, 11, 6, 9, 12, 18, 24, 36, 48, 54 1, 2, 5.5, 11, 6, 12, 24(default) 11bg 1, 2, 5.5, 11, 6, 9, 12, 18, 24, 36, 48, 54 1, 2 (default), 5.5, 11 Power(功率功率) nWLAN設備的發(fā)射功率，單位mW或dBm ndBm為分貝毫瓦，是以1mW相比的對數(shù)值 p dBm = 10 log

7、 (Power / 1mW) p 1mW = 0dBm, 10mW = 10dBm p 100mW=20dBm p 每下降3dB，功率減少一半 p 負的dBm表示功率小于1mW nWLAN發(fā)射功率一般不能超過100mW n不同的速率能夠使用的最大功率不同 n11g和11b的功率是分別調整的 EVM (error vector magnitude，矢量誤差，矢量誤差) 是衡是衡 量調制信號質量的一種指標，它表示了接收機量調制信號質量的一種指標，它表示了接收機 對信號進行解調時所產生的對信號進行解調時所產生的I-Q分量與理想分量分量與理想分量 的接近程度的接近程度(接收機有一個最小的內部接收機有一

8、個最小的內部E V M誤誤 差差)。EVM 值越小，信號的質量越高。值越小，信號的質量越高。 Data Rate (Mbps)Relative Constellation Error (dB) 11a Relative Constellation Error (dB) 11g 6-5-5 9-8-8 12-10-10 18-13-13 24-16-16 36-19-19 48-22-22 54-25-25 IEEE 11g Specifications 11n 20M/40M帶寬速率帶寬速率(Date Rate） IEEE 11N EVM Specifications Modulati on

9、Coding Data Rate (R) Relative Constellat ion error (dB) 20M 1T1R 20M 2T2R 40M 1T1R 40M 2T2R BPSK1/2-56.5Mbps13Mbps13.5Mbps27Mbps QPSK1/2-1013Mbps26Mbps27Mbps54Mbps QPSK3/4-1319.5Mbps39Mbps40.5Mbps81Mbps 16-QAM1/2-1626Mbps52Mbps54Mbps108Mbps 16-QAM3/4-1939Mbps78Mbps81Mbps162Mbps 64-QAM2/3-2252Mbps104

10、Mbps108Mbps216Mbps 64-QAM3/4-2558.5Mbps117Mbps121.5Mbps243Mbps 64-QAM5/6-2865Mbps130Mbps135Mbps270Mbps Sensitivity(接收信號靈敏度接收信號靈敏度) n衡量WLAN設備能夠接收的最小信號強 度 nRSSI：Receive Signal Strength Indicator n不同速率要求的最低接收靈敏度不一樣 Data rate (MBps)Minimum sensitivity (dBm) 6-82 9-81 12-79 18-77 24-74 36-70 48-66 54-65

11、IEEE 11N sensitivity Specifications Modulatio n Coding Data Rate (R) 20M 1T1R 20M 2T2R Minimum sensitivity (20M channel) 40M 1T1R 40M 2T2R Minimum sensitivity (20M channel) BPSK1/26.5Mbps13Mbps-8213.5Mbps27Mbps-79 QPSK1/213Mbps26Mbps-7927Mbps54Mbps-76 QPSK3/419.5Mbps39Mbps-7740.5Mbps81Mbps-74 16-QAM

12、1/226Mbps52Mbps-7454Mbps108Mbps-71 16-QAM3/439Mbps78Mbps-7081Mbps162Mbps-67 64-QAM2/352Mbps104Mbps-66108Mbps216Mbps-63 64-QAM3/458.5Mbps117Mbps-65121.5Mbps243Mbps-62 64-QAM5/665Mbps130Mbps-64135Mbps270Mbps-61 信標信標(Beacon) nAP每隔一定時間廣播一次Beacon幀 n處于IBSS模式的站點也會定時廣播Beacon幀 nBeacon幀包含了很多IE（Information Ele

13、ments），標示了AP的能力。 n站點監(jiān)聽通過AP的Beacon，保持與AP的心跳，或者獲知周圍AP的情況 SSID nSSID：Service Set ID n區(qū)分不同WLAN服務單元的標識（“網絡名 字”） p無線是無形，需要標識來表示一個WLAN網絡服務 單元 nSSID是一個統(tǒng)稱，不同的組網方式，SSID有不 同的稱呼 pESSID：Extend Sevice Set ID pBSSID：Basic Service Set ID（AP的MAC地址） pIBSSID：Independent Basic Service Set ID n不同的AP可以使用相同的SSID（組成了ESS） n

14、最大32個字符，可以是任何字符 多多SSID n一個物理AP設備上虛擬出多個邏輯AP設備 n也叫VAP (Virtual AP)，類似VLAN n便于區(qū)分不同用途，方便管理 ChinaNet mgmt IPTV n單獨設置的參數(shù) p加密方式 pSSID名稱 p接入限制 p隱藏SSID n共用的參數(shù) p信道 p功率 p速率 p其他物理參數(shù) 無線站點接入無線站點接入3步走步走 1.掃描：獲取周圍AP的信息(SSID, 加密, 速率)，主動/被動掃描 2.認證：Open或Shared認證 3.關聯(lián)：成為AP關聯(lián)的站點 Probe Request Probe Response AUTH AUTH As

15、sociation Request Association Response Data 無線安全：無線安全：WPA / WPA2 nWiFi組織基于IEEE802.11i標準提出 pWPA：草案的IEEE802.11i標準 pWPA2：正式的IEEE802.11i標準 nWPA p128bits RC加密算法 p每個數(shù)據(jù)幀采用一個密碼 pTKIP動態(tài)密碼管理協(xié)議 nWPA2 p采用AES加密算法 p支持128bits,192bits,256bits pCCMP密碼管理協(xié)議 p支持緩存密鑰和預認證 n2種模式 pWPA Enterprise：采用802.1x認證（EAP-TLS,EAP-TTLS

16、, PEAP等） pWPA Personal：采用PSK（預共享密鑰） nWPA和WPA2可以共存，TKIP和CCMP也可以共用 使用WPA與WEP加密進行 Throughput或正常使用， AP都會運行在11B、11G 模式去； Wpa2加密方式會運行在 11n模式； WEP加密很容易被破解。 WPS (Wi-Fi Protected Setup) n類似稱呼：QSS / SES / AOSS / EZ-SETUP n為了解決無線安全設置比較繁瑣、 專業(yè)性強的問題 n過程 p站點通過WPS協(xié)商過程獲得AP 當前的無線安全設置(SSID, 安全 模式，密碼) p正常接入到BSS n2種常見的啟

17、動WPS協(xié)商的方式： PIN和PBC pPIN：在AP上輸入站點的PIN碼 pPBC：2分鐘內分別按下AP和站 點上的按鈕 n可以讓站點快速接入 WPS協(xié)商過程 正常關聯(lián)過程 啟動WPS 啟動WPS WiFi 產品的一般射頻設計框圖產品的一般射頻設計框圖 今天在這里，我們只講解與射頻電路相關的一些內容，今天在這里，我們只講解與射頻電路相關的一些內容， 發(fā)送信號時，收發(fā)器本身會直接輸出小功率的微弱的射發(fā)送信號時，收發(fā)器本身會直接輸出小功率的微弱的射 頻信號，發(fā)送至功率放大器（頻信號，發(fā)送至功率放大器（Power amplifier)進行功率進行功率 放大，然后通過收發(fā)開關（放大，然后通過收發(fā)開關

18、（Transmit/Receive switch)經由經由 天線（天線（Antenna)輻射至空間、接收信號時，天線會感應輻射至空間、接收信號時，天線會感應 到空間的電磁信號，通過收發(fā)開關之后到低噪聲放大器到空間的電磁信號，通過收發(fā)開關之后到低噪聲放大器 （Low noise amplifier, LNA)進行放大，這樣，放大后的進行放大，這樣，放大后的 信號就可以直接送給收發(fā)器進行處理，進行解調。信號就可以直接送給收發(fā)器進行處理，進行解調。 產品圖產品圖 WiFi 產品的一般射頻設計框圖產品的一般射頻設計框圖 無線模塊圖無線模塊圖 外置外置PA、外置、外置LNA 無線模塊圖無線模塊圖 內置內

19、置PA、LNA Transceiver（無線收發(fā)器）（無線收發(fā)器） 無線收發(fā)器一般會是一個設計的核心器件 之一，有時候還可能集成在CPU上，收 發(fā)器的datasheet中一般會在開始的幾段話 中就指出該芯片支持哪些協(xié)議，工作在 什么頻率上，幾條通路（也就是幾發(fā)幾 收），接口類型，同時，收發(fā)器從根本 上決定著整個設計的的無線性能。 Balun Balun：阻抗和相位的轉換（差分信號轉換成單端信號）, 使用不平衡變壓器，原本相位相差180度的差分信號經 過不平衡變壓器（俗稱巴倫）就可以得到合二為一的 單端射頻信號。 主要參數(shù)：不平衡阻抗、平衡阻抗、工作頻率、不平衡 端口回波損耗、相位變化、插入損耗

20、。 Balun Realtek、Ralink、Atheros常用的分立元件做的轉換常用的分立元件做的轉換 Filter（濾波器）（濾波器） 我們公司常用的濾波器有帶通濾波器、低通波器、型濾 波器。 這些濾波器有三種實現(xiàn)方法：一種是已經設計好的專用 濾波器，第二種是使用分立元件組成的濾波器，第三 種幾乎也是Atheros專有的印制電路板濾波器設計，這 種濾波器最突出的優(yōu)點就是沒有成本，最突出的缺點 就是點用空間較大和功率損耗較大，而且還需要凈空 區(qū)。 帶通濾波器主要參數(shù)： 輸入阻抗、輸出阻抗、通頻帶、通頻帶內的衰減、通頻 帶以外的衰減、 Filter（濾波器）（濾波器） 我們常用的濾波器有帶通濾

21、波器、低通波器、型濾波器。 這些濾波器有三種實現(xiàn)方法：一種是已經設計好的專用 濾波器，第二種是使用分立元件組成的濾波器，第三 種幾乎也是Atheros專有的印制電路板濾波器設計，這 種濾波器最突出的優(yōu)點就是沒有成本，最突出的缺點 就是點用空間較大和功率損耗較大，而且還需要凈空 區(qū)。 DC block： 隔直作用，保護我們的IQ Flex、IQ View等設備 PA （Power amplifier功率放大器功率放大器) 功率放大器，power amplifier俗稱PA，主要的作用就是將 無線收發(fā)器送來的射頻信號進行功率放大，保證有足 夠大的輸出功率滿足設計需求。 我們的產品很多是把PA集成在

22、Transceiver里面，外置PA 的產品，都是使用IC來實現(xiàn)的。在實際使用PA時，我 們一般會考慮PA如下幾項參數(shù)： 工作頻率、小信號增益、最大線性輸出功率、1db壓縮點 輸出功率、誤差向量幅度（EVM）、相鄰信道功率比 （ACPR）、噪聲系數(shù)、是否內建功率檢測功能、是否 內建增益控制功能、供電電壓、消耗電流。 外置功率放大器（外置功率放大器（EPA） 外置功率放大器（外置功率放大器（EPA） 外置功率放大器（外置功率放大器（EPA） VCC：主電源供電管腳 VC1：一級功率放大供電管腳 VC2：二級功率放大供電管腳 RFIN：射頻信號輸入管腳 RFOUT：射頻信號輸出管腳 VB_1：一級

23、功放增益控制管腳 VB_2：二級功放增益控制管腳 DET：內建功率檢測輸出管腳 VB_1, VB_2都是來自transceiver的控制信號，是直流電壓。DET：是功放芯片輸出的 發(fā)射功率檢測值，也是直流電壓，RFIN，RFOUT就是兩個重要的射頻信號管腳。 內置功率放大器（內置功率放大器（IPA） 內置功率放大器電源內置功率放大器電源 RX 介紹介紹 QW4為為LNA（低噪聲放大器），（低噪聲放大器），F(xiàn)LW2與與RW273、RW274 為可選設計為可選設計 RF Swtich介紹介紹 因為WiFi采用的TDD（時分雙工）工作模式，所 以需要一個RF Swtich開關來切換接收通道和發(fā) 送通

24、與天線之間的連接。 名詞解釋： 時分雙工:在TDD模式的移動通信系統(tǒng)中，接收和 發(fā)送在同一頻率信道（即載波）的不同時隙， 用保證時間來分離接收和傳送信道。 使用萬用表簡單測量使用萬用表簡單測量RF Switch 可使用萬用表測試三處是否對地短路可使用萬用表測試三處是否對地短路 晶體、晶振（晶體、晶振（Crystal、Oscillate) 晶體、晶振（晶體、晶振（Crystal、Oscillate) 我司的WiFi 產品通常都有20M/40M壓控晶 體，提供無線模塊運行時鐘，同時通過 PLL升頻到2.4G的頻率，WiFi 2.4G與輸 入信號保持一個固定的關系。 crystal的介紹的介紹 如在測試過程中發(fā)現(xiàn)如在測試過程中發(fā)現(xiàn)Frequency error fail則可調整則可調整 C764、C765兩個電容的值，兩個電容的值，Crystal裝