IT計算機講義-2WLAN空口原理

16158055795/5815

758255715/5835

無線電波的傳播-多徑

天花板

柜子

三路信號到達接收端三路信號疊加后的效果

無線電波的傳播-路徑損耗

障礙物衰減舉例

木制品，石膏，合成材料，煤渣磚塊少內(nèi)墻、辦公室隔斷、門、地板

石棉少天花板

玻璃少沒有色彩的窗戶

人體中等大群的人

水中等潮濕的木頭、玻璃缸、有機體

磚塊，大理石中等內(nèi)墻、外墻、地面

陶瓷制品高陶瓷瓦片、天花板、地面

紙高一卷或者一堆紙

混凝土高地面、外墻、承重梁

防彈玻璃高安全棚

鍍銀非常高鏡子

金屬非常高辦公桌、辦公隔斷、混凝土、電梯、文件柜、通風(fēng)設(shè)備

WLAN空口參數(shù)

卜信號強度

°功率單位：mW,dBm

°發(fā)射功率和接收功率

°RSSI(ReceivedSignalStrengthIndicator)：IEEE標(biāo)準(zhǔn)定義

的一種機制來衡量無線網(wǎng)卡接收到的RF能量值。其數(shù)值為

0~255的整數(shù)。每個網(wǎng)卡都有能識別的最大RSSI值(RSSLMAX)

。百分比制：某個接收包的RSSI值與RSSLMAX值的比。

＞信噪比

°SNR(dB)=Signal(dBm)/Noise(dBm)

。噪聲：損害收發(fā)效果的非WLAN形式的能量(一般定義)。

。干擾：損害收發(fā)效果的其他WLAN形式的能量。

。接收靈敏度

WLAN編碼與調(diào)制

,信道編碼

。為了與信道的統(tǒng)計特性相匹配，并區(qū)分通路和提高通信的可靠

性，而在信源編碼的基礎(chǔ)上，按一定規(guī)律加入一些新的監(jiān)督碼

元，以實現(xiàn)糾錯的編碼。（百度百科）

。編碼率：1/2,2/3,3/4,5/6

?調(diào)制

。把基帶信號附加在載波上。

?；镜恼{(diào)制方法：幅度調(diào)制（AM）、頻率調(diào)制（FM）、相位

調(diào)制J

?WLAN的調(diào)制

。BPSK：相同振幅，2相位的載波表示1bit。

。QPSK：相同振幅，4相位的載波表示2bit。

016QAM：4振幅*4相位的載波表示4bit。

。64QAM：8振幅*8相位的載波表示6bit。

廣補碼鍵控調(diào)制，使用補碼函數(shù)發(fā)送數(shù)據(jù)。

擴頻技術(shù)

?擴頻通信是一種信息傳輸方式，其信號所占有的頻帶寬度遠(yuǎn)

大于所傳信息必需的最小帶寬；

?目前在WLAN通信中應(yīng)用較多的主要是DSSS（直接序列擴頻）

和OFDM（正交頻分復(fù)用）。

OFDM

日

?OFDM(OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing)7E

鬻球行

?用于802.11a/g/n

WLAN空口原理

?射頻基礎(chǔ)原理

?WLAN天線和常用天饋器件

?WLAN空口協(xié)議

?WLAN網(wǎng)絡(luò)性能

天饋系統(tǒng)

?天饋系統(tǒng)是WLAN網(wǎng)絡(luò)中重要的一環(huán)，直接關(guān)系到網(wǎng)絡(luò)

的使用效果。選擇合適的天饋設(shè)備，合適的安裝地點，

規(guī)范的安裝方法是無線網(wǎng)絡(luò)部署的關(guān)鍵點之一。

?整個天饋系統(tǒng)包括以下幾個部分：

?！柑炀€

。2:饋線

°3:功率放大器

。4:避雷器

。5:合路器

。6:功分器

°7:耦合器

。8:防水材料

天線原理

?天線:一種將導(dǎo)行波轉(zhuǎn)換為空間波（發(fā)射），或?qū)⒖?/p>

間波轉(zhuǎn)換為導(dǎo)行波（接收）的能量轉(zhuǎn)換裝置。

?天線參數(shù)

。工作頻率

。方向性：全向和定向

?波束寬度：主瓣上比最大輻射強度降低3dB的兩點間的夾角

?天線增益：天線與全向輻射單元所產(chǎn)生信號的功率密度之比

。極化方向：電場的方向就是天線極化方向。

?收發(fā)天線的極化方向要一致

°傾角

,機械下傾和電調(diào)下傾

。駐波比：高頻能量反射折回的比例，表征能量傳送效率。

駐波比為1表示完全無能量反射；駐波比越大表示能量傳

率越低。

天線選擇

＞全向天線：WLAN一般選擇增益相對小但垂直方向波束寬

的全向天線

＞定向天線：根據(jù)現(xiàn)場情況靈活選擇

2dBi全向天線：天線的接頭為反極性SMA頭。

2.5dBi(2.4G)4.5dBi(5.80全向室內(nèi)吸頂天線

3dBi(2.40全向室內(nèi)吸頂天線

12dBi(2.4G)15dBi(5.80雙頻室內(nèi)板狀定向天線

3dBi(2.4G)全向，門框上方安裝，垂直70度波瓣

2.4G室外高增益天線：該類天線為室外部署11b/g使用，包括一

類高增益全向天線，包括各種增益；一類板式定向天線，有不同的

方向角和增益；一類八木天線，包括兩種不同增益，用于地鐵環(huán)境;

II一類碟型天線，用于11g網(wǎng)橋應(yīng)用。

5.8G室外高增益天線：該類天線為室外部署11a網(wǎng)橋使用，可部署

點到點和點到多點網(wǎng)絡(luò)。包括一種高增益全向天線；一種背射定向

天；一種高增益碟型天線。

饋線

?饋纜是一種特制的同軸電纜，按照直徑分類有1/8,1/4,1/2,7/8英寸等。直

徑越大，同長度饋纜的信號衰減就越小，一般WLAN設(shè)備內(nèi)部信號連接采用1/8

饋纜，WLAN設(shè)備和其他配件如天線之間用1/2或7/8饋纜。

?接頭主要有SMA、N、UFL型三種，一般室內(nèi)型AP和天線采用SMA型接頭，室外無

線網(wǎng)橋采用N型頭,無線網(wǎng)卡采用UFL型頭。

性能規(guī)格1/2”超柔饋線1/2”饋線7/8”饋線

一次最小彎曲半徑<40mm<80mm<125mm

900MHz<12dB/100m<8dB/100m<5dB/100m

損

耗1900MHz<17.5dB/100m<11dB/100m<6.5dB/100m

2400MHz<19.2dB/100m<12.1dB/100m<6.95dB/100m

特性阻抗50。

工作溫度-30+60℃

其他要求需具有阻燃性

合路器

GSM/WCDMA/WLAN三頻合路器

通道CH1CH2CH3

產(chǎn)品指標(biāo)GSMWCDMAWLAN

通帶頻率(MHz)885-9601920-21702400-2483.5

插入損耗(dB)<0.6<0.6<0.6

帶內(nèi)波動(dB)<0.4<0.4<0.4

帶外抑制(dB)>85@CH2>85@CH1>60@CH2

>85@CH3>60@CH3>85@CH1

通道隔離(dB)>85@CH2>85@CH1>60@CH2

>85@CH3>60@CH3>85@CH1

回波損耗>18

(dB)＞同頻合路器把相同頻率的

幾胞信號合成一胞彳言號的

承載功率(

W)100W器件；

端口形式N-K＞異頻合路器將不同頻率的

鬣疆能晶野率

工作溫度-25℃~+55℃

外型尺寸(mm)138x187x43

重量(kg)1.95

合路器

WLAN寬頻合路器

通道CH1CH2

通帶頻率（MHz）400-21702400-2500

插入損耗（dB）<0.4<0.5

帶內(nèi)波動（dB）<0.4<0.3

帶外抑制（dB）>80@CH2>80@CH1

端口回波損耗（dB）>19

承載功率（W）100(max)

端口形式N-F

工作溫度-25℃~+65℃

外型尺寸（mm）137x78x18mm（不含接頭和調(diào)諧螺釘）

寬頻合路器用于CDMA、GSM、PHS或3G先合路后

方與WLAN合路,因此channel1的頻帶比較寬。

功分器

頻率范圍800~2500MHz

插入損耗（Max）（含分配

3.5dB5.4dB6.6dB

比）

隔離度（Min）20dB

輸入/出駐波比（Max）1.31.351.3

幅度平衡度（Max）±0.3dB

接頭類型N-K(female)

承載功率（Max）35W

工作溫度-25~+55℃

相對濕度5-95%

62x55x

外形尺寸（mm）71x60x19104x74x19

19

重量（g）170220370

法7需要考慮到插損后的實際損耗大于理論分配損耗

耦合器

工作頻率1710?2500MHz

6dB耦合器W1.4dB

10dB耦合器W0.7dB

插損（含耦合損耗）

15dB耦合器WO.4dB

20dB耦合器WO.3dB

耦合度標(biāo)稱值<±0.3dB

耦合器方向性>20dB

阻抗50Q

駐波比<1.3

功率容量200W

接頭類型N型K頭

體積242x63x25mm

重量0.48kg

環(huán)境溫度-40?75°

相對溫度__________95%

功率放大器

?功率放大器(PA)簡稱功放，用于將射頻信號放大到特定的功率，以便獲得

更大覆蓋范圍。以下是典型2.4GHz頻段功放指標(biāo)：

工作頻率2400?2500MHz

工作模式雙向TDD控制

20dBm(LRW24-20)

發(fā)射功率27dBm(LRW24-27)

30dBm(LRW24-30)

發(fā)射增益自動調(diào)整至輸出功率

輸入功率Min:OdBm,Max:20dBm

接收增益16dB

帶內(nèi)幅頻特性+/-1dB

噪聲系數(shù)<4.5dB

接口SMA-50K

工作溫度-30℃?+55℃

供應(yīng)電壓9VDC

大功率APvs外置功放

r?i4t?n60Si*n

yD:CMOFDMSyrnwEn*10dBa

EVM-3125<3BEVM-173WXttM

Pfo￡VM>-32037<￡CPE>92123mtrms

FreqEn-g2T7kHzIQOltwt--21395d6

QuadEn--6S573miegGanIrrb-0057dB

SjnoCon?096198$)*r￡1<￡n?-22.23ppm

ModFmt-&4QAM

Odees?2334

CodeRale-3/4

01g53

008O0001w00胴0Ow0101

10黑1

280QD0000og(0100sDo00000M101010omo0M10Ow101Og

10OTo0010o003C28?ssF0001

563917281a8溫33

O1210432392c1956?gF12012E

490曲E261F32533320133E11

8WO06280Oe401032

s3F0072空c

1203O129363MC)61gB1527o9362B2t)003EH3AO1

512C2E101oM1234342S3N0112O2c2225

403B193o05g701甥3016

14060c

68B01F2E312a2E181Dnr2l10C3O2013012W01D

600134153F68132E25

961M126l93F131aD0大o3F3M110371AO0

2€-96605

242F22000M60B34265g021)劃w1F3EM33E04068

F121?F001S83318?2434

上圖為正規(guī)廠家大功率AP的星座圖，?上圖為小功率AP+功放的星座圖，這

每個點代表一個相位和幅度不同的調(diào)種情況下接收方不能很好的解調(diào)出信

制信息，這些點都非常清晰，這種情息，導(dǎo)致誤碼率大大增加。

況下接收方可以很容易的解調(diào)出信息,

誤碼率很低。

其他常用器件

射頻匹配負(fù)載：當(dāng)AP的分集天線接口有不使用的時候，或者在做分布式

系統(tǒng)時，功分器的端口沒有使用，這種情況下，需要用射頻負(fù)載擰到接

口上，防止射頻干擾對系統(tǒng)產(chǎn)生影響。包括一種反極性SMA接頭負(fù)載，

和一種N型接頭負(fù)載，特征阻抗均為50歐姆。

網(wǎng)口防雷器：室外應(yīng)用時，用于保護AP和交換機免遭感應(yīng)雷損傷，包括一種對

交換機側(cè)防護且支持PoE供電的PoE-MH模塊，和一個對AP側(cè)防護的網(wǎng)口防雷

單元。建議在多雷雨地區(qū)必配。

接地線：用于給室外機箱'網(wǎng)口和天饋防雷器提供接地

天饋防雷器：室外應(yīng)用時，天線感應(yīng)的雷擊能量，可以被串連在天線和設(shè)備間的天饋防雷

器通過接地線泄放到地上，從而對AP設(shè)備起到保護作用。戶外應(yīng)用時，建議必配該器件，

并保證可靠接地！

絕緣膠帶和防水膠帶：戶外應(yīng)用時，電纜、天饋防雷器、天線的接頭處,

先用絕緣膠帶纏裹，再用防水膠帶纏裹，保證絕緣和防水，使系統(tǒng)可以

長期可靠地運行下去！

無源器件工程選擇與計算

?輯強隹路之間的囂離）使用獨頻段、二科工廠.一二.、接收

莫敏度、使用天饋線系統(tǒng)的規(guī)格、長短等進行計算。

?Pr=Pt-Ltl+Gta-Ltm+Gra-Lrl

。Pr=接收功率Pt=設(shè)備的發(fā)射功率

。61己=發(fā)射天線的增益6、=接收天線的增益

。Ltl=發(fā)射端傳輸線路衰耗Lrl=接收端傳輸線路衰耗

°Ltm傳輸空間衰耗=Ltm=92.5+20logf+20logd

?要求PrzSr

。Sr=設(shè)備的接收靈敏度

?PrzSr的預(yù)留程度應(yīng)根據(jù)實地電磁環(huán)境的復(fù)雜程度、鏈路之間的物

理環(huán)境和通信函度來星一般衽溟堡白.々情況下」最少庫預(yù)痛小力

3dBm以上。傳輸距離越遠(yuǎn)預(yù)冷瑁益應(yīng)越;0在進距離時預(yù)雷增益

應(yīng)在20dBm左右。

天饋器件計算練習(xí)

?AP功率：15dBm@24Mbps,頻率2.4GHz

?筆記本的網(wǎng)卡功率：13dBm@24Mbps,筆記本天線增益：2dBi@全向

?吸頂天線增益：5dBi@全向，

?RF線損耗：0.3dB/m@2.4GHz,RF接頭損耗：0.2dB/N@2.4GHz

?吸頂天線離地面高度：2.5m,筆記本天線離地面高度：0.8m

?放大器選1OOOmW,接收依照11g標(biāo)準(zhǔn)上加1OdB

?耦合器插入損耗O3dB/只@2.4GHz,功分器插入損耗:0.5dB/路@2.4GHz

?避雷器插入損耗：0.3dB/只@2.4GHz

?AP、筆記本RF接收靈敏度:一81dBm@24Mbps

?雙工器插入損耗0.5dB@路。

-JT*V

3*

天饋器件計算練習(xí)

?第一步計算圖上所標(biāo)3m自由空間的損耗：

。PL=32.24+20lgD+20lgf=49.76dB

?第二步計算放大器輸出口到天線4輸入口的固定損耗：

。Loss(dB)=33X0.3+14X0.2+4X0.3+0.5+0.5+3=17.9

?第三步計算放大器輸出口到天線10輸入口的固定損耗：

。Loss(dB)=33X0.3+10X0.2+3X0.3+0.5=13.3

。通過第二、三步計算我們就可以知道從天線4到靠近雙工器的耦合

器的輸出功率與天線10到靠近雙工器的耦合器的耦合端輸出端功

率之差應(yīng)是：17.9-13.3=4.6dB,這個值將作為選擇靠近雙工器

的耦合器參數(shù)。

。萼器圖懿西聶魯芟瓢g以計算出其他耦合器的耦合端輸出功率

?第應(yīng)1%君茜口足天線4位置堇記本所要的條件，計算放大器到

天線4最大條件限度：

4耦合器的耦合度之和<81+13+10—49.76—17.9+5=41.34dB

以太網(wǎng)供電

?POE(PowerOverEthernet)是指通過10BASE-T、100BASE-TXx

1OOOBASE-T以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)供電，其可靠供電的距離最長為100米。

?2003年6月，IEEE802.3af成為了首個POE供電標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定了以

太網(wǎng)供電標(biāo)準(zhǔn)，是現(xiàn)在POE應(yīng)用的主流實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)。

?2009年9月，IEEE802.3at應(yīng)大功率終端的需求而誕生，在兼容

802.3af的基礎(chǔ)上，提供更大的供電需求，滿足新的需求。

PoE的供電模式B

?通過空閑對供電----模式B(AlternativeB)

。4,5鏈接形成正極，7,8鏈接形成負(fù)極。

POWERSOURCINGPOWEREDDEVICE

EQUIPMENT(PSE)(PD)

PoE的供電模式A

?PSE可通過數(shù)據(jù)對給PD供電。由于DC和數(shù)據(jù)頻率互不

干擾，所以可以在同一對線同時傳輸電流和數(shù)據(jù)。

。可以把1,2鏈接形成正（或負(fù)）極，把3,6鏈接形成負(fù)（或正）

極。

POWERSOURCINGPOWEREDDEVICE

EQUIPMENT(PSE)(PD)

SPAREPAIR

WLAN空口原理

?射頻基礎(chǔ)原理

?WLAN天線和常用器件原理

?WLAN空口協(xié)議

?WLAN網(wǎng)絡(luò)性能

IEEE802參考模型

OSI參考模型IEEE802參考模型

應(yīng)用層

表示層

會話層

運輸層

網(wǎng)絡(luò)層邏輯鏈路控制LLC

數(shù)據(jù)鏈路層媒體訪問控制MACEEE802

物理層物理層參考模型范圍

（傳輸媒體

?LLC子層：數(shù)據(jù)鏈路的建立和釋放；LLC幀的封裝和拆卸；差錯控制；提

供與高層的接口SAP等。

?MAC子層：MAC幀的封裝與拆卸；實現(xiàn)和維護各種MAC協(xié)議；比特差錯

檢測；尋址等。

工信號的魏里和譯碼；為進行同步用的前同步碼的產(chǎn)生和去除；

WLAN網(wǎng)絡(luò)幀封裝結(jié)構(gòu)

?802.11的MAC層控制物理層完成STA與AP之間的

通訊，包括掃描、接入、認(rèn)證、加密和漫游功能。

802.11的多址技術(shù)一CSMA/CA

卜核心問題：互相競爭的用戶如何分配一個單獨的廣

播信道。

?CSMA(CarrierSenseMultipleAccess)

。如果信道空閑，則發(fā)送數(shù)據(jù)；否貝iJ(信道忙或者發(fā)送沖突)

退避一段時問后再嘗試。

?CSMA/CA(CSMAwithCollisionAvoidance)

。預(yù)約信道，避免沖突

?工作流程

。送出數(shù)據(jù)前，監(jiān)聽媒體狀態(tài)，等沒有人使用媒體，維持一

段時間后，再等待一段隨機的時間后依然沒有人使用，才

送出數(shù)據(jù)。由於每個設(shè)備采用的隨機時間不同，所以可以

一減少沖突的機會。

CSMA/CA一般工作流程

DIFSDIFSDIFS

?f

10

7

5

FrameExchange空閑空閑

STA19

6

4

空閑I1空閑FrameExchange

STA2i8

FrameExchange1空閑

STA310

空閑■2FrameExchange

STA4—?

退避窗口

退避窗口退避窗口

跡式幀間隔(DCFinterframespace,簡稱DIFS)時間

隱藏節(jié)點和暴漏節(jié)點

?隱藏節(jié)點

AP2能接收到API和AP3的信號,

而API與AP3無法感覺對方的存

在。

。API與AP3由于傳輸范圍無法互

相覆蓋或者遇到其他障礙物阻

厚的毫況下，無法檢測到碰撞

?暴露節(jié)點

。AP2正在向API發(fā)送信號，此

時AP3也想和AP4通信。

。由于AP3檢測到空中媒體上有

信號，為了避免沖突要退避

等待。其實此時AP2向API發(fā)

送數(shù)據(jù)并不影響AP3向AP4發(fā)

送數(shù)據(jù)

RTS/CTS機制

?A先發(fā)送RTS(RequesttoSend),B回應(yīng)CTS(CleartoSend)報

文后，A開始傳睽。其他節(jié)點收到RTS或者CTS后，都要凍結(jié)。這

樣確保AB傳送資料時，不會被碰撞。

?由於RTS/CTS只有為20和14字節(jié)，一旦發(fā)生沖突，開銷也很小。

?可以設(shè)置當(dāng)數(shù)據(jù)幀的長度超過某一數(shù)值時才使用RTS/CTS機制。

?RTS/CTS機制解決不了暴露節(jié)點的問題。