WIFI 基礎(chǔ)知識

1、潮流網(wǎng)絡(luò)WIFI 基礎(chǔ)知識基礎(chǔ)知識C O N T E N T S目目 錄錄無線技術(shù)的基礎(chǔ)知識01無線技術(shù)的發(fā)展趨勢02802.11AC03無線技術(shù)基礎(chǔ)知識無線技術(shù)基礎(chǔ)知識1為什么為什么要使用要使用WLANl 凡是自由空間均可連接網(wǎng)絡(luò)，不受限于線纜和端口位置。l 終端與交換設(shè)備之間省去布線，有效降低布線成本。l 適用于特殊地理環(huán)境下的網(wǎng)絡(luò)架設(shè)，如隧道、港口碼頭、高速公路。l 不受限于時間和地點的無線網(wǎng)絡(luò)，滿足各行各業(yè)對于網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的需求。組網(wǎng)模式：組網(wǎng)模式：Ad hocSTASTASTASTASTA組網(wǎng)模式：組網(wǎng)模式：BSS（ Basic Service Set ）以太網(wǎng)APAPSTASTASTA

2、STA組網(wǎng)模式：組網(wǎng)模式：ESS (Extended Service Set) (Extended Service Set)DSESSBSS2AP2Service set identify (SSID1)BSS1AP1Service set identify (SSID1)802.11 802.11 協(xié)議簇協(xié)議簇PHY802.11(1/2 Mbps)802.11b(5.5/11 Mbps)802.11g(54 Mbps)802.11a(54 Mbps)MAC802.11/11a/11b/11g MAC802.11e QoS802.11i 安全增強安全增強802.11n(300 Mbps)802

3、.11f 漫游和切換漫游和切換802.11h 動態(tài)調(diào)整動態(tài)調(diào)整802.11s mesh802.11 802.11 工作原理工作原理幀類型幀類型802.11MAC層負(fù)責(zé)客戶端與AP之間的通訊。主要功能包括：掃描、接入、認(rèn)證、加密、漫游和同步。802.11 MAC 報文分類：數(shù)據(jù)幀用戶的數(shù)據(jù)報文控制幀協(xié)助發(fā)送數(shù)據(jù)幀的控制報文，例如：RTS、CTS，ACK、PS-POLL等管理幀負(fù)責(zé)STA和AP之間的能力級的交互，認(rèn)證、關(guān)聯(lián)等管理工作，例如：Beacon，Probe，Association，Authentication等802.11 802.11 工作原理工作原理控制幀控制幀因為無線收發(fā)器通常只有半

4、雙工工作模式，即無法同時首發(fā)數(shù)據(jù)，為防止沖突，802.11802.11允許工作站使用允許工作站使用request to send(RTS)request to send(RTS)和和clear to sendclear to send（CTSCTS）信號來清）信號來清空傳送區(qū)域。空傳送區(qū)域。STA1APSTA2RTS請求發(fā)送CTS同意發(fā)送STA1-STA2的數(shù)據(jù)ACK發(fā)送確認(rèn)RTS請求發(fā)送CTS同意發(fā)送STA1-STA2的數(shù)據(jù)ACK發(fā)送確認(rèn)802.11 802.11 工作原理工作原理管理幀管理幀負(fù)責(zé)監(jiān)督，用來加入或退出無線網(wǎng)絡(luò)以及處理接入點之間關(guān)聯(lián)的轉(zhuǎn)移事宜。Probe RequestProb

5、e ResponseAuthenticationAuthenticationAssociation RequestAssociation ResponseSTAAP1.掃描：獲取周圍AP的信息(SSID, 加密, 速率)，主動/被動掃描2.認(rèn)證：Open或Shared認(rèn)證3.關(guān)聯(lián)：成為AP關(guān)聯(lián)的站點802.11 802.11 工作原理工作原理管理幀管理幀負(fù)責(zé)監(jiān)督，用來加入或退出無線網(wǎng)絡(luò)以及處理接入點之間關(guān)聯(lián)的轉(zhuǎn)移事宜。Probe RequestProbe ResponseAuthenticationAuthenticationAssociation RequestAssociation Res

6、ponseSTAAP1.掃描：獲取周圍AP的信息(SSID, 加密, 速率)，主動/被動掃描2.認(rèn)證：Open或Shared認(rèn)證3.關(guān)聯(lián)：成為AP關(guān)聯(lián)的站點802.11 802.11 工作原理工作原理狀態(tài)機狀態(tài)機State1：未經(jīng)認(rèn)證且尚未關(guān)聯(lián)State2：已經(jīng)認(rèn)證但尚未關(guān)聯(lián)State3：已經(jīng)認(rèn)證且已經(jīng)關(guān)聯(lián)802.11 802.11 工作原理工作原理MACMAC訪問機制訪問機制 不同類型的報文可以通過采用不同IFS時長來區(qū)分訪問媒體的優(yōu)先級 SIFS ：用于優(yōu)先級最高的時間敏感的控制報文 (例如 CTS，RTS, ACK) PIFS：用于AP發(fā)送報文 DIFS：用于一般的STA發(fā)送報文 最終的

7、效果是控制報文比數(shù)據(jù)報文優(yōu)先獲得媒體發(fā)送權(quán)，AP比STA優(yōu)先獲得媒體發(fā)送權(quán)SIFSBusyFrameTimePIFSDIFSContention window信道信道2.4G Channel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不同國家不同國家 2.4G Channel2.4G Channel信道標(biāo)識符信道標(biāo)識符頻率（單位：頻率（單位：MHzMHz）調(diào)整域調(diào)整域美國美國EMEAEMEA日本日本世界其它地區(qū)世界其它地區(qū)1241222417324224242752432

8、62437724428244792452102457112462122467-132472-142484-信道信道 5G Channel不同國家能夠使用的5GHz頻段很不相同，因此5G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不同國家 5G Channel5G Channel信道標(biāo)識符信道標(biāo)識符頻率（單位：頻率（單位：MHz）調(diào)整區(qū)域調(diào)整區(qū)域美國美國中國中國日本日本世界其它地區(qū)世界其它地區(qū)345170-365180-385190-405200-425210-445220-465230-485240-525260-565280-605300-645320-1005500-10

9、45520-1085540-1125560-1165580-1205600-1245620-1285640-1325660-1365680-1405700-1495745-1535765-1575785-1615805-干擾干擾多徑干擾多徑干擾DirectSignalReflectedSignalsAlsoMultipath fadingAPPC 干擾干擾電磁干擾電磁干擾2.4GHz為ISM頻段，不需授權(quán)即可使用。同一區(qū)域內(nèi)AP之間的互相干擾，干擾方式分為同信道干擾和鄰信道干擾。其他干擾源-微波爐-醫(yī)療設(shè)備-雙向?qū)ず粝到y(tǒng)-脈沖雷達(dá)系統(tǒng)-其它無線通訊系統(tǒng)干擾干擾障礙物障礙物功率在穿過障礙物后衰減

10、墻，門，等等信號穿透障礙物損耗信號穿透障礙物損耗無線無線技術(shù)發(fā)展趨勢技術(shù)發(fā)展趨勢2無線技術(shù)發(fā)展趨勢無線技術(shù)發(fā)展趨勢802.111997802.11a1999802.11b1999802.11g2003802.11n2009802.11ac20112.4G, 最高速率1Mbps2.4G, 最高速率11Mbps2.4G/5G,300-600Mbps5G, 最高速率54Mbps2.4G,最高速率54Mbps5G, wave2,6.93Gbps802.11 a/b/g/n比較比較正交頻分復(fù)用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM) 基本思想是

11、將高速的數(shù)據(jù)流分配到多個相互正交的子載波上同時傳輸輸入數(shù)據(jù)：輸入數(shù)據(jù)：1 0 0 1 0 1 0 0 1 0 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 1 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 子載波子載波1: 1 1 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 子載波子載波2: 0 0 0 1 1 0 0 0 1 0 0 0 子載波子載波1: 0 1 1 0 0 1 1 1 0 1 1 0 調(diào)制技術(shù)：調(diào)制技術(shù)： OFDM OFDM 技術(shù)特點技術(shù)特點 P1 P1調(diào)制技術(shù)：調(diào)制技術(shù)： OFDM OFDM 技術(shù)特點技術(shù)特點P2P2抗頻率選擇性衰落和窄帶干擾能力強 OFDM把用戶信息

12、通過多個子載波傳輸； 通過子載波的聯(lián)合編碼，達(dá)到了子信道間的頻率分集的作用； 增強了對脈沖噪聲和信道快衰落的抵抗力； 抗多徑效應(yīng)能力強MIMOMIMO（Multiple Input Multiple OutputMultiple Input Multiple Output） 無線電發(fā)送的信號被反射時，會產(chǎn)生多份信號。每份信號都是一個空間流。使用單輸入單輸出（SISO）的系統(tǒng)一次只能發(fā)送或接收一個空間流。MIMO允許多個天線同時發(fā)送和接收多個空間流，并能夠區(qū)分發(fā)往或來自不同空間方位的信號。MIMO 技術(shù)的應(yīng)用，使空間成為一種可以用于提高性能的資源，并能夠增加無線系統(tǒng)的覆蓋范圍。提高信道的容量 M

13、IMO接入點到MIMO客戶端之間，可以同時發(fā)送和接收多個空間流，信道容量可以隨著天線數(shù)量的增大而線性增大，因此可以利用MIMO信道成倍地提高無線信道容量，在不增加帶寬和天線發(fā)送功率的情況下，頻譜利用率可以成倍地提高。提高信道的可靠性 利用MIMO信道提供的空間復(fù)用增益及空間分集增益，可以利用多天線來抑制信道衰落。多天線系統(tǒng)的應(yīng)用，使得并行數(shù)據(jù)流可以同時傳送，可以顯著克服信道的衰落，降低誤碼率空間分集，空間復(fù)用空間分集，空間復(fù)用空間復(fù)用：就是在接收端和發(fā)射端使用多副天線，充分利用空間傳播中的多徑分量，在同一頻帶上使用多個數(shù)據(jù)通道（子信道）發(fā)射信號，從而使得容量隨著天線數(shù)量的增加而線性增加。這種信

14、道容量的增加不需要占用額外的帶寬，也不需要消耗額外的發(fā)射功率，因此是提高信道和系統(tǒng)容量一種非常有效的手段。例如：TX0發(fā)射碼流H1，TX1發(fā)射碼流H2；RX0接收到H1，H2，RX1接收到H1，H2.空間分集：在多天線系統(tǒng)中，發(fā)射分集和接收分集可以提供一定的分集增益，常常用來對抗多徑衰落。相對于單天線系統(tǒng)，采用接收分集或發(fā)射分集的通信系統(tǒng)，其發(fā)射信號從發(fā)射端到接收端有更多的傳輸路徑，這種重復(fù)傳輸可以降低誤碼率，保證信號的可靠接收。例如：TX0,TX1 都發(fā)射碼流 H1；RX0, RX1 都接接收H1.802.11ac3802.11ac 802.11ac 發(fā)展發(fā)展802.11ac 802.11a

15、c 與與 802.11n802.11n的對比的對比802.11ac 802.11ac 關(guān)鍵技術(shù)關(guān)鍵技術(shù)5 GHz RF Band only(干擾更少)Wider Channel Bandwidth Mandatory 80 MHz channel bandwidth Doubles PHY rate at negligible cost increase Optional 160 MHz channel bandwidth Contiguous or 80+80 MHz noncontiguousEnhanced Constellation Mapping(速率提升 33%) Optional

16、 256QAM 3/4 and 5/6 coding rates Used for both 802.11ac 80 MHz and 160 MHzEnhanced MiMo Features “Multi-User” MiMo capabilities(多用戶的MIMO ) Based on spatial multiple當(dāng)前各地區(qū)當(dāng)前各地區(qū)802.11ac802.11ac可用可用channelchannel提升至提升至256QAM256QAM802.11n標(biāo)準(zhǔn)采用的是64-QAM模式，而802.11ac使用的是256-QAM模式，QAM級別越高，每次發(fā)射的無線信號中包含的數(shù)據(jù)就越多?？臻g流空間流MU-MIMOMU-MIM