WIFI 基础知识
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
PC
Reflected Signals
Also Multipath fading
干扰——电磁干扰
• 2.4GHz为ISM频段，不需授权即可使用。 • 同一区域内AP之间的互相干扰，干扰方式分为同
信道干扰和邻信道干扰。 • 其他干扰源
--微波炉 --医疗设备 --双向寻呼系统 --脉冲雷达系统 --其它无线通讯系统
负责监督，用来加入或退出无线网络以及处理接入点之间关联的转移事宜。
STA
AP
Probe Request Probe Response
1.扫描：获取周围AP的信息(SSID, 加密, 速率)，主动/被动扫描
Authentication Authentication
2.认证：Open或Shared认证
Association Request Association Response
组网模式：Ad hoc
STA STA
STA STA STA
组网模式：BSS（ Basic Service Set ）
AP STA
STA AP
STA STA
以太网
组网模式：ESS (Extended Service Set)
BSS1
Service set identify (SSID1)
ESS
AP1
信道标识符
34 36 38 40 42 44 46 48 52 56 60 64 100 104 108 112 116 120 124 128 132 136 140 149 153 157 161
频率（单位：MHz）
5170 5180 5190 5200 5210 5220 5230 5240 5260 5280 5300 5320 5500 5520 5540 5560 5580 5600 5620 5640 5660 5680 5700 5745 5765 5785 5805
空间分集，空间复用
空间复用：就是在接收端和发射端使用多副天线，充分利用空间传播中的多 径分量，在同一频带上使用多个数据通道（ＭＩＭＯ子信道）发射信号，从 而使得容量随着天线数量的增加而线性增加。这种信道容量的增加不需要占 用额外的带宽，也不需要消耗额外的发射功率，因此是提高信道和系统容量 一种非常有效的手段。 例如： TX0发射码流H1，TX1发射码流H2； RX0接收到H1，H2，RX1接收到H1，H2.
空间分集：在多天线系统中，发射分集和接收分集可以提供一定的分集增益 ，常常用来对抗多径衰落。相对于单天线系统，采用接收分集或发射分集的 通信系统，其发射信号从发射端到接收端有更多的传输路径，这种重复传输 可以降低误码率，保证信号的可靠接收。 例如： TX0,TX1 都发射码流 H1； RX0, RX1 都接接收H1.
最终的效果是控制报文比数据报文优先获得媒体发送权，AP比STA优 先获得媒体发送权
DIFS
PIFS SIFS Busy
Contention window
Frame
Time
信道——2.4G Channel
• 每个信道的带宽是22MHz，不同国家能够使用的信道是不一样的 • 只有3个互不重叠的信道：1,6,11 (或者2,7,12…) • 1-13信道频率：2412+(n-1)*5 MHz
1.扫描：获取周围AP的信息(SSID, 加密, 速率)，主动/被动扫描
Authentication Authentication
2.认证：Open或Shared认证
Association Request Association Response
3.关联：成为AP关联的站点
802.11 工作原理——管理帧
美国 ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ●
中国 ● ● ● ●
调整区域
日本 ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● -
世界其它地区 ●
● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ●
干扰——多径干扰
AP
Direct Signal
DS
AP2
Service set identify (SSID1)
BSS2
802.11 协议簇
PHY
802.11(1/2 Mbps)
MAC
802.11b(5.5/11 Mbps) 802.11g(54 Mbps)
802.11a(54 Mbps) 802.11n(300 Mbps)
802.11/11a/11b/11g MAC
•Enhanced MiMo Features – “Multi-User” MiMo capabilities(多用户的MIMO ) – Based on spatial multiple
当前各地区802.11ac可用channel
提升至256QAM
802.11n标准采用的是64-QAM模式，而802.11ac使用的 是256-QAM模式，QAM级别越高，每次发射的无线信号 中包含的数据就越多。
@YourName
Thank you for listening
不同国家 2.4G Channel
信道标识符 频率（单位：MHz）
1
2412
2
2417
3
2422
4
2427
5
2432
6
2437
7
2442
8
2447
9
2452
10
2457
11
2462
12
2467
13
2472
14
2484
美国
● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● -
EMEA
● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● -
WIFI 基础知识
——潮流网络
目录
CONTENTS
01 无 线 技 术 的 基 础 知 识 02 无 线 技 术 的 发 展 趋 势 03 8 0 2 . 11 A C
1 无线技术基础知识
为什么要使用WLAN
凡是自由空间均可连接网络，不受限于线缆和端口位置。 终端与交换设备之间省去布线，有效降低布线成本。 适用于特殊地理环境下的网络架设，如隧道、港口码头、高速公路。 不受限于时间和地点的无线网络，满足各行各业对于网络应用的需求。
输入数据：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 … 子载波1: 1 1 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 … 子载波2: 0 0 0 1 1 0 0 0 1 0 0 0 … 子载波1: 0 1 1 0 0 1 1 1 0 1 1 0 …
STA1
RTS请求发送
CTS同意发送
STA1->STA2的数据
ACK发送确认
AP
STA2
RTS请求发送 CTS同意发送 STA1->STA2的数据 ACK发送确认
802.11 工作原理——管理帧
负责监督，用来加入或退出无线网络以及处理接入点之间关联的转移事宜。
STA
AP
Probe Request Probe Response
无线电发送的信号被反射时，会产生多份信号。每份信号都是一个空间流。使用单输入单输出（SISO） 的系统一次只能发送或接收一个空间流。MIMO允许多个天线同时发送和接收多个空间流，并能够区分发往 或来自不同空间方位的信号。MIMO 技术的应用，使空间成为一种可以用于提高性能的资源，并能够增加无 线系统的覆盖范围。 •提高信道的容量
3.关联：成为AP关联的站点
802.11 工作原理——状态机
State1：未经认证且尚未关联 State2：已经认证但尚未关联 State3：已经认证且已经关联
802.11 工作原理——MAC访问机制
不同类型的报文可以通过采用不同IFS时长来区分访问媒体的优先级
• SIFS ：用于优先级最高的时间敏感的控制报文 (例如 CTS，RTS, ACK) • PIFS：用于AP发送报文 • DIFS：用于一般的STA发送报文
干扰——障碍物
墙，门，等等
功率在穿过障碍物后衰减
信号穿透障碍物损耗
2 无线技术发展趋势无线技术发展趋势源自5G, 最高速率54Mbps
2.4G,最高速率54Mbps
802.11a 1999
802.11g 2003
5G, wave2,6.93Gbps
802.11 ac
2011
802.11 1997
调制技术： OFDM 技术特点P2
抗频率选择性衰落和窄带干扰能力强 OFDM把用户信息通过多个子载波传输； 通过子载波的联合编码，达到了子信道间的频率分集的作用； 增强了对脉冲噪声和信道快衰落的抵抗力； 抗多径效应能力强
MIMO（Multiple Input Multiple Output）
• Contiguous or 80+80 MHz noncontiguous
•Enhanced Constellation Mapping(速率提升 33%) – Optional 256QAM 3/4 and 5/6 coding rates – Used for both 802.11ac 80 MHz and 160 MHz
MIMO接入点到MIMO客户端之间，可以同时发送和接收多个空间流，信道容量可以随着天线数量的增大 而线性增大，因此可以利用MIMO信道成倍地提高无线信道容量，在不增加带宽和天线发送功率的情况下， 频谱利用率可以成倍地提高。 •提高信道的可靠性
利用MIMO信道提供的空间复用增益及空间分集增益，可以利用多天线来抑制信道衰落。多天线系统的 应用，使得并行数据流可以同时传送，可以显著克服信道的衰落，降低误码率
用户的数据报文 控制帧
协助发送数据帧的控制报文，例如：RTS、CTS，ACK、PS-POLL等 管理帧
负责STA和AP之间的能力级的交互，认证、关联等管理工作，例如： Beacon，Probe，Association，Authentication等
802.11 工作原理——控制帧
因为无线收发器通常只有半双工工作模式，即无法同时首发数据，为防止冲突， 802.11允许工作站使用request to send(RTS)和clear to send（CTS）信号来清空 传送区域。
3 802.11ac
802.11ac 发展
802.11ac 与 802.11n的对比
802.11ac 关键技术
•5 GHz RF Band only(干扰更少)
•Wider Channel Bandwidth – Mandatory 80 MHz channel bandwidth
• Doubles PHY rate at negligible cost increase – Optional 160 MHz channel bandwidth
802.11b 1999
802.11n 2009
2.4G, 最高速率1Mbps 2.4G, 最高速率11Mbps 2.4G/5G,300-600Mbps
802.11 a/b/g/n比较
调制技术： OFDM 技术特点 P1
正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM) • 基本思想是将高速的数据流分配到多个相互正交的子载波上同时传输
空间流
MU-MIMO（Multi-User MIMO）
Beamforming
智能天线
智能天线阵列系统由十几根高增益的天线元组成。由智能 天线控制软件实时地控制每个天线元的打开与关闭，动态 地选择天线的波束模式。十几根高增益的天线元可以有超 过4000种的天线组合方式，较之传统的MIMO设备，天线 的多样性提高了至少一个数量级，可以从容实时应对无线 客户端的射频无线环境变化，确保无线客户端稳定和可靠 的无线连接
802.11e — QoS 802.11h —动态调整 802.11i —安全增强 802.11f — 漫游和切换
802.11s — mesh
802.11 工作原理——帧类型
802.11MAC层负责客户端与AP之间的通讯。 主要功能包括：扫描、接入、认证、加密、漫游和同步。
802.11 MAC 报文分类： 数据帧
调整域
日本
● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ●
世界其它地区
● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● -
信道—— 5G Channel
• 不同国家能够使用的5GHz频段很不相同，因此5G信道更为零散； • 每个信道的带宽是20MHz，而且互不重叠
不同国家 5G Channel
Reflected Signals
Also Multipath fading
干扰——电磁干扰
• 2.4GHz为ISM频段，不需授权即可使用。 • 同一区域内AP之间的互相干扰，干扰方式分为同
信道干扰和邻信道干扰。 • 其他干扰源
--微波炉 --医疗设备 --双向寻呼系统 --脉冲雷达系统 --其它无线通讯系统
负责监督，用来加入或退出无线网络以及处理接入点之间关联的转移事宜。
STA
AP
Probe Request Probe Response
1.扫描：获取周围AP的信息(SSID, 加密, 速率)，主动/被动扫描
Authentication Authentication
2.认证：Open或Shared认证
Association Request Association Response
组网模式：Ad hoc
STA STA
STA STA STA
组网模式：BSS（ Basic Service Set ）
AP STA
STA AP
STA STA
以太网
组网模式：ESS (Extended Service Set)
BSS1
Service set identify (SSID1)
ESS
AP1
信道标识符
34 36 38 40 42 44 46 48 52 56 60 64 100 104 108 112 116 120 124 128 132 136 140 149 153 157 161
频率（单位：MHz）
5170 5180 5190 5200 5210 5220 5230 5240 5260 5280 5300 5320 5500 5520 5540 5560 5580 5600 5620 5640 5660 5680 5700 5745 5765 5785 5805
空间分集，空间复用
空间复用：就是在接收端和发射端使用多副天线，充分利用空间传播中的多 径分量，在同一频带上使用多个数据通道（ＭＩＭＯ子信道）发射信号，从 而使得容量随着天线数量的增加而线性增加。这种信道容量的增加不需要占 用额外的带宽，也不需要消耗额外的发射功率，因此是提高信道和系统容量 一种非常有效的手段。 例如： TX0发射码流H1，TX1发射码流H2； RX0接收到H1，H2，RX1接收到H1，H2.
空间分集：在多天线系统中，发射分集和接收分集可以提供一定的分集增益 ，常常用来对抗多径衰落。相对于单天线系统，采用接收分集或发射分集的 通信系统，其发射信号从发射端到接收端有更多的传输路径，这种重复传输 可以降低误码率，保证信号的可靠接收。 例如： TX0,TX1 都发射码流 H1； RX0, RX1 都接接收H1.
最终的效果是控制报文比数据报文优先获得媒体发送权，AP比STA优 先获得媒体发送权
DIFS
PIFS SIFS Busy
Contention window
Frame
Time
信道——2.4G Channel
• 每个信道的带宽是22MHz，不同国家能够使用的信道是不一样的 • 只有3个互不重叠的信道：1,6,11 (或者2,7,12…) • 1-13信道频率：2412+(n-1)*5 MHz
1.扫描：获取周围AP的信息(SSID, 加密, 速率)，主动/被动扫描
Authentication Authentication
2.认证：Open或Shared认证
Association Request Association Response
3.关联：成为AP关联的站点
802.11 工作原理——管理帧
美国 ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ●
中国 ● ● ● ●
调整区域
日本 ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● -
世界其它地区 ●
● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ●
干扰——多径干扰
AP
Direct Signal
DS
AP2
Service set identify (SSID1)
BSS2
802.11 协议簇
PHY
802.11(1/2 Mbps)
MAC
802.11b(5.5/11 Mbps) 802.11g(54 Mbps)
802.11a(54 Mbps) 802.11n(300 Mbps)
802.11/11a/11b/11g MAC
•Enhanced MiMo Features – “Multi-User” MiMo capabilities(多用户的MIMO ) – Based on spatial multiple
当前各地区802.11ac可用channel
提升至256QAM
802.11n标准采用的是64-QAM模式，而802.11ac使用的 是256-QAM模式，QAM级别越高，每次发射的无线信号 中包含的数据就越多。
@YourName
Thank you for listening
不同国家 2.4G Channel
信道标识符 频率（单位：MHz）
1
2412
2
2417
3
2422
4
2427
5
2432
6
2437
7
2442
8
2447
9
2452
10
2457
11
2462
12
2467
13
2472
14
2484
美国
● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● -
EMEA
● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● -
WIFI 基础知识
——潮流网络
目录
CONTENTS
01 无 线 技 术 的 基 础 知 识 02 无 线 技 术 的 发 展 趋 势 03 8 0 2 . 11 A C
1 无线技术基础知识
为什么要使用WLAN
凡是自由空间均可连接网络，不受限于线缆和端口位置。 终端与交换设备之间省去布线，有效降低布线成本。 适用于特殊地理环境下的网络架设，如隧道、港口码头、高速公路。 不受限于时间和地点的无线网络，满足各行各业对于网络应用的需求。
输入数据：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 … 子载波1: 1 1 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 … 子载波2: 0 0 0 1 1 0 0 0 1 0 0 0 … 子载波1: 0 1 1 0 0 1 1 1 0 1 1 0 …
STA1
RTS请求发送
CTS同意发送
STA1->STA2的数据
ACK发送确认
AP
STA2
RTS请求发送 CTS同意发送 STA1->STA2的数据 ACK发送确认
802.11 工作原理——管理帧
负责监督，用来加入或退出无线网络以及处理接入点之间关联的转移事宜。
STA
AP
Probe Request Probe Response
无线电发送的信号被反射时，会产生多份信号。每份信号都是一个空间流。使用单输入单输出（SISO） 的系统一次只能发送或接收一个空间流。MIMO允许多个天线同时发送和接收多个空间流，并能够区分发往 或来自不同空间方位的信号。MIMO 技术的应用，使空间成为一种可以用于提高性能的资源，并能够增加无 线系统的覆盖范围。 •提高信道的容量
3.关联：成为AP关联的站点
802.11 工作原理——状态机
State1：未经认证且尚未关联 State2：已经认证但尚未关联 State3：已经认证且已经关联
802.11 工作原理——MAC访问机制
不同类型的报文可以通过采用不同IFS时长来区分访问媒体的优先级
• SIFS ：用于优先级最高的时间敏感的控制报文 (例如 CTS，RTS, ACK) • PIFS：用于AP发送报文 • DIFS：用于一般的STA发送报文
干扰——障碍物
墙，门，等等
功率在穿过障碍物后衰减
信号穿透障碍物损耗
2 无线技术发展趋势无线技术发展趋势源自5G, 最高速率54Mbps
2.4G,最高速率54Mbps
802.11a 1999
802.11g 2003
5G, wave2,6.93Gbps
802.11 ac
2011
802.11 1997
调制技术： OFDM 技术特点P2
抗频率选择性衰落和窄带干扰能力强 OFDM把用户信息通过多个子载波传输； 通过子载波的联合编码，达到了子信道间的频率分集的作用； 增强了对脉冲噪声和信道快衰落的抵抗力； 抗多径效应能力强
MIMO（Multiple Input Multiple Output）
• Contiguous or 80+80 MHz noncontiguous
•Enhanced Constellation Mapping(速率提升 33%) – Optional 256QAM 3/4 and 5/6 coding rates – Used for both 802.11ac 80 MHz and 160 MHz
MIMO接入点到MIMO客户端之间，可以同时发送和接收多个空间流，信道容量可以随着天线数量的增大 而线性增大，因此可以利用MIMO信道成倍地提高无线信道容量，在不增加带宽和天线发送功率的情况下， 频谱利用率可以成倍地提高。 •提高信道的可靠性
利用MIMO信道提供的空间复用增益及空间分集增益，可以利用多天线来抑制信道衰落。多天线系统的 应用，使得并行数据流可以同时传送，可以显著克服信道的衰落，降低误码率
用户的数据报文 控制帧
协助发送数据帧的控制报文，例如：RTS、CTS，ACK、PS-POLL等 管理帧
负责STA和AP之间的能力级的交互，认证、关联等管理工作，例如： Beacon，Probe，Association，Authentication等
802.11 工作原理——控制帧
因为无线收发器通常只有半双工工作模式，即无法同时首发数据，为防止冲突， 802.11允许工作站使用request to send(RTS)和clear to send（CTS）信号来清空 传送区域。
3 802.11ac
802.11ac 发展
802.11ac 与 802.11n的对比
802.11ac 关键技术
•5 GHz RF Band only(干扰更少)
•Wider Channel Bandwidth – Mandatory 80 MHz channel bandwidth
• Doubles PHY rate at negligible cost increase – Optional 160 MHz channel bandwidth
802.11b 1999
802.11n 2009
2.4G, 最高速率1Mbps 2.4G, 最高速率11Mbps 2.4G/5G,300-600Mbps
802.11 a/b/g/n比较
调制技术： OFDM 技术特点 P1
正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM) • 基本思想是将高速的数据流分配到多个相互正交的子载波上同时传输
空间流
MU-MIMO（Multi-User MIMO）
Beamforming
智能天线
智能天线阵列系统由十几根高增益的天线元组成。由智能 天线控制软件实时地控制每个天线元的打开与关闭，动态 地选择天线的波束模式。十几根高增益的天线元可以有超 过4000种的天线组合方式，较之传统的MIMO设备，天线 的多样性提高了至少一个数量级，可以从容实时应对无线 客户端的射频无线环境变化，确保无线客户端稳定和可靠 的无线连接
802.11e — QoS 802.11h —动态调整 802.11i —安全增强 802.11f — 漫游和切换
802.11s — mesh
802.11 工作原理——帧类型
802.11MAC层负责客户端与AP之间的通讯。 主要功能包括：扫描、接入、认证、加密、漫游和同步。
802.11 MAC 报文分类： 数据帧
调整域
日本
● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ●
世界其它地区
● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● -
信道—— 5G Channel
• 不同国家能够使用的5GHz频段很不相同，因此5G信道更为零散； • 每个信道的带宽是20MHz，而且互不重叠
不同国家 5G Channel