WiFi技术原理
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6
802.11：只有1、2Mbps两种速率
802.11b：共4种速率，增加5.5、11Mbps两种速率Leabharlann Baidu向下兼容802.11
Wi-Fi主要技术参数——速率（2） 802.11a/g：支持6、9、12、18、24、36、48、54Mbps八种速率；802.11g向下 兼容802.11b，共12种速率。
2
Wi-Fi主要技术参数——频段（1）
频段：两个主要频段2.4GHz，5GHz频段
2.4GHz 中国开放了13个信道（ 2.402～2.483 GHz），但北美只开放11个信道，所以建 议只使用1～11信道 适用协议：802.11b / g / n，其中802.11n支持双频工作 2.4GHz是ISM频段（工业/科学/医学用频段，Industrial Scientific and Medical Band）中的一段，各国都开放，因此许多无线技术都采用该频段（主要有：微波 炉、蓝牙和ZigBee、Wi-Fi、车库门控制器、无绳电话、无线鼠标、一些无线家 用设备） 2.4GHz频段上存在许多非Wi-Fi的干扰源 子信道划分间隔是5MHz，Wi-Fi的工作频宽是22MHz，所以相邻信道的Wi-Fi 信号之间有干扰，必须至少间隔5个子信道才相互无干扰
Wi-Fi基本工作原理
半双工时分系统：同一区域、同一频点 / 信道、同一时间只有一个设备能发送报文 工作模式：主要采用DCF（分布式协调，Distributed Coordination Function），即通 过CSMA/CA（载波侦听多路访问/冲突避免，Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance）技术来实现信道共享。 类似于以太网802.3协议中的CSMA/CD（载波侦听多路访问/冲突检测，Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection），由于Wi-Fi是半双工的，所以 进行了调整。 CSMA/CD能检测冲突，但不能“避免”； CSMA/CA在发送是不能检测冲突， 只能尽量“避免” 环境中的Wi-Fi设备 / 终端多了，整体的传输效率就会急速降低，所有时间都被用来 传信令报，无法进行正常的数据通信。因此，能搜索到的Wi-Fi信号越多，Wi-Fi环境 就越差。尽管不可能控制终端数量，但至少应该尽量少部署Wi-Fi设备，降低功率（ 减小其影响范围），尽量不要发布过多的SSID！
3
Wi-Fi主要技术参数——频段（2）
频段：两个主要频段2.4GHz，5GHz频段（续1）
5GHz：中国开放了5.8GHz和5.1GHz两个频段 5.8GHz（5.725～5.850GHz）频段：含5个互不干扰的子信道（149，153，157 ，161，165），也属于ISM频段 5.1GHz（5.150～5.350GHz）频段：含8个互不干扰的子信道（36，40，44， 48，52，56，60，64） 适用协议：802.11a / n / ac，其中802.11n支持双频工作
上图是美国5GHz频段的信道划分；中间的频段，中国尚未开放。
4
Wi-Fi主要技术参数——频段（3）
频段：两个主要频段2.4GHz，5GHz频段（续2）
2.4GHz和5GHz频段 无线信号衰减公式：Los=32.4+20lg(F)+20lg(R) 其中：Los(dB)是衰减，F(MHz)是频率，R(km)是距离 所以：2.4GHz的衰减慢，穿墙性能好；5GHz的衰减快，穿墙性能差 最早的802.11a / b，分别工作在5GHz和2.4GHz，但考虑到覆盖能力，之后主要 在2.4GHz频段发展。直到802.11n开始追求高速率，才又转向5GHz发展。 穿墙性能好，意味着覆盖范围大，但同时也意味着接受干扰源的范围大 其它频段 60GHz：802.11ad（WiGig），最高可达7Gbps，覆盖距离只有几米，一般用于 邻近设备间的超高速传输 470～710MHz：802.11af（White-Fi / 超级Wi-Fi），使用“在电视频率之间使 用频率较低的白色空间”即为电视频道保留的缓冲频段，占用空间带宽与现有的 广电频道带宽一致，速率可达426.7Mbps（6/7MHz）和568.9Mbps（8MHz）（ 采用MIMO+STBC技术，4空间流与4广电频道），覆盖距离可达1.6公里，缺点 是需要广电放开该频段 900MHz：802.11ah（Wi-Fi HaLow / Sensor-Fi），使用900MHz（非电视空白 频段），速率为100kbps，覆盖距离为1公里，低功耗，用于WSN（无线传感器 网络，Wireless Sensor Networks）和IoT（物联网，Internet of Things）
16-QAM
64-QAM 64-QAM
3/4
2/3 3/4
36Mbps
48Mbps 54Mbps
8
Wi-Fi主要技术参数——速率（4）
802.11n引入了更多的无线参数
802.11n关联速率表
MCS Index 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 Spatial streams 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 2 2 2 3 3 3 3 3 3 3 3 4 4 4 4 4 4 4 4 1 Modulation type BPSK QPSK QPSK 16-QAM 16-QAM 64-QAM 64-QAM 64-QAM BPSK QPSK QPSK 16-QAM 16-QAM 64-QAM 64-QAM 64-QAM BPSK QPSK QPSK 16-QAM 16-QAM 64-QAM 64-QAM 64-QAM BPSK QPSK QPSK 16-QAM 16-QAM 64-QAM 64-QAM 64-QAM BPSK Coding rate 1/2 1/2 3/4 1/2 3/4 2/3 3/4 5/6 1/2 1/2 3/4 1/2 3/4 2/3 3/4 5/6 1/2 1/2 3/4 1/2 3/4 2/3 3/4 5/6 1/2 1/2 3/4 1/2 3/4 2/3 3/4 5/6 1/2 GI = 800ns 20MHz 6.5 13.0 19.5 26.0 39.0 52.0 58.5 65.0 13.0 26.0 39.0 52.0 78.0 104.0 117.0 130.0 19.5 39.0 58.5 78.0 117.0 156.0 175.5 195.0 26.0 52.0 78.0 104.0 156.0 208.0 234.0 260.0 N/A 40MHz 13.5 27.0 40.5 54.0 81.0 108.0 121.5 135.0 27.0 54.0 81.0 108.0 162.0 216.0 243.0 270.0 40.5 81.0 121.5 162.0 243.0 324.0 364.5 405.0 54.0 108.0 162.0 216.0 324.0 432.0 486.0 540.0 6.5 GI = 400ns 20MHz 7.2 14.4 21.7 28.9 43.3 57.8 65.0 72.2 14.4 28.9 43.3 57.8 86.7 115.6 130.0 144.4 21.7 43.3 65.0 86.7 130.0 173.3 195.0 216.7 28.8 57.6 86.8 115.6 173.2 231.2 260.0 288.8 N/A 40MHz 15.0 30.0 45.0 60.0 90.0 120.0 135.0 150.0 30.0 60.0 90.0 120.0 180.0 240.0 270.0 300.0 45.0 90.0 135.0 180.0 270.0 360.0 405.0 450.0 60.0 120.0 180.0 240.0 360.0 480.0 540.0 600.0 7.2
目录
二
相关技术介绍
三
家庭组网原则与方案
1
Wi-Fi主要技术原理
Wi-Fi概念 Wi-Fi是WLAN（无线局域网，Wireless Local Area Network）目前最主流的一种技
术，基于IEEE 802.11系列协议。 Wi-Fi的原意是一种认证标志，通过认证的设备保证能按照802.11协议相互兼容。全 球的认证机构是Wi-Fi联盟（WFA），其前身是WECA（无线以太网兼容性联盟， Wireless Ethernet Compatibility Alliance）。
采用OFDM（正交频分复用，Orthogonal Frequency Division Multiplexing）技术 总频宽20MHz 划分成64个子载波 前6个、后5个作为保护 中间1个DC不工作 实际工作有52个子载波 ，其中4个用作导频（ PS，Pilot Signal），48 个传数据 工作周期为4μs 1÷20MHz=0.05μs 0.05×64=3.2μs 3.2+0.8=4μs，其中 0.8μs为循环前缀（CP ，Cyclic Prefix），用于 保护，称为GI（保护间 隔，Guard Interval）
双频工作，在2.4GHz和5GHz采用相同的 参数 用MCS（调制和编码策略，Modulation and Coding Scheme）值标识一组参数集 引入信道绑定技术，频宽可从20MHz扩 展到40MHz（详见后） 子载波数：20MHz有52个子载波， 40MHz有108个子载波 编码效率：最高支持5/6 引入MIMO技术，可用多空间流（spatial streams）同时传输数据（详见后） 引入短保护间隔（Short GI），从标准的 0.8μs缩短为0.4μs，工作周期为3.6μs 无线传输存在多径效应，即通过不 同途径的传输时延不同 为防止前后两个Symbol间产生干扰 ，需要通过GI进行保护 多径效应明显时不建议使用Short GI 由设备和终端协商，不用设定 计算示例（以450Mbps为例）：（6bit× 5/6 ×108÷3.6μs）×3=450Mbps
5
Wi-Fi主要技术参数——速率（1）
关联速率和实际吞吐量
以下描述的都是Wi-Fi的关联速率 在实际传输时，由于有Beacon帧（信标）类的短报文、传输延迟、竞争避让等因素，最大的有 效吞吐量只有关联速率的50%！ 2、3个设备以最大关联速率发送数据时，整个无线网络利用率最高；设备数量再增加，无线网 络总体的吞吐量会急速下降！ 采用FHSS（跳频扩频，Frequency Hopping Spread Spectrum）和DSSS（直接序列扩频， Direct Sequence Spread Spectrum）技术，发送频率为1MSps，即每秒发送1M个 Symbol（ 符号） Symbol为11bit的Barker码 采用BPSK（二进制相移键控，Binary Phase Shift Keying）编码方式，此时每个Symbol 代表1bit，速率为1Mbps 采用QPSK（正交相移键控，Quadrature Phase Shift Keying）编码方式，此时，每个 Symbol代表2bit，速率为2Mbps 采用HR-DSSS（高速直接序列扩频，High Rate Direct Sequence Spread Spectrum），发送 频率提高到1.375MSps Symbol为8bit的CCK（补码键控，Complementary Code Keying）码 采用4序列时，加上四种相位调制，每个Symbol代表4bit，速率为5.5Mbps 采用64序列时，加上四种相位调制，每个Symbol代表8bit，速率为11Mbps
7
Wi-Fi主要技术参数——速率（3）
调制方式（Modulation） 编码效率（Coding rate） BPSK BPSK QPSK / 4-QAM QPSK / 4-QAM 16-QAM 1/2 3/4 1/2 3/4 1/2
数据速率（Rate） 6Mbps 9Mbps 12Mbps 18Mbps 24Mbps
802.11：只有1、2Mbps两种速率
802.11b：共4种速率，增加5.5、11Mbps两种速率Leabharlann Baidu向下兼容802.11
Wi-Fi主要技术参数——速率（2） 802.11a/g：支持6、9、12、18、24、36、48、54Mbps八种速率；802.11g向下 兼容802.11b，共12种速率。
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Wi-Fi主要技术参数——频段（1）
频段：两个主要频段2.4GHz，5GHz频段
2.4GHz 中国开放了13个信道（ 2.402～2.483 GHz），但北美只开放11个信道，所以建 议只使用1～11信道 适用协议：802.11b / g / n，其中802.11n支持双频工作 2.4GHz是ISM频段（工业/科学/医学用频段，Industrial Scientific and Medical Band）中的一段，各国都开放，因此许多无线技术都采用该频段（主要有：微波 炉、蓝牙和ZigBee、Wi-Fi、车库门控制器、无绳电话、无线鼠标、一些无线家 用设备） 2.4GHz频段上存在许多非Wi-Fi的干扰源 子信道划分间隔是5MHz，Wi-Fi的工作频宽是22MHz，所以相邻信道的Wi-Fi 信号之间有干扰，必须至少间隔5个子信道才相互无干扰
Wi-Fi基本工作原理
半双工时分系统：同一区域、同一频点 / 信道、同一时间只有一个设备能发送报文 工作模式：主要采用DCF（分布式协调，Distributed Coordination Function），即通 过CSMA/CA（载波侦听多路访问/冲突避免，Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance）技术来实现信道共享。 类似于以太网802.3协议中的CSMA/CD（载波侦听多路访问/冲突检测，Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection），由于Wi-Fi是半双工的，所以 进行了调整。 CSMA/CD能检测冲突，但不能“避免”； CSMA/CA在发送是不能检测冲突， 只能尽量“避免” 环境中的Wi-Fi设备 / 终端多了，整体的传输效率就会急速降低，所有时间都被用来 传信令报，无法进行正常的数据通信。因此，能搜索到的Wi-Fi信号越多，Wi-Fi环境 就越差。尽管不可能控制终端数量，但至少应该尽量少部署Wi-Fi设备，降低功率（ 减小其影响范围），尽量不要发布过多的SSID！
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Wi-Fi主要技术参数——频段（2）
频段：两个主要频段2.4GHz，5GHz频段（续1）
5GHz：中国开放了5.8GHz和5.1GHz两个频段 5.8GHz（5.725～5.850GHz）频段：含5个互不干扰的子信道（149，153，157 ，161，165），也属于ISM频段 5.1GHz（5.150～5.350GHz）频段：含8个互不干扰的子信道（36，40，44， 48，52，56，60，64） 适用协议：802.11a / n / ac，其中802.11n支持双频工作
上图是美国5GHz频段的信道划分；中间的频段，中国尚未开放。
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Wi-Fi主要技术参数——频段（3）
频段：两个主要频段2.4GHz，5GHz频段（续2）
2.4GHz和5GHz频段 无线信号衰减公式：Los=32.4+20lg(F)+20lg(R) 其中：Los(dB)是衰减，F(MHz)是频率，R(km)是距离 所以：2.4GHz的衰减慢，穿墙性能好；5GHz的衰减快，穿墙性能差 最早的802.11a / b，分别工作在5GHz和2.4GHz，但考虑到覆盖能力，之后主要 在2.4GHz频段发展。直到802.11n开始追求高速率，才又转向5GHz发展。 穿墙性能好，意味着覆盖范围大，但同时也意味着接受干扰源的范围大 其它频段 60GHz：802.11ad（WiGig），最高可达7Gbps，覆盖距离只有几米，一般用于 邻近设备间的超高速传输 470～710MHz：802.11af（White-Fi / 超级Wi-Fi），使用“在电视频率之间使 用频率较低的白色空间”即为电视频道保留的缓冲频段，占用空间带宽与现有的 广电频道带宽一致，速率可达426.7Mbps（6/7MHz）和568.9Mbps（8MHz）（ 采用MIMO+STBC技术，4空间流与4广电频道），覆盖距离可达1.6公里，缺点 是需要广电放开该频段 900MHz：802.11ah（Wi-Fi HaLow / Sensor-Fi），使用900MHz（非电视空白 频段），速率为100kbps，覆盖距离为1公里，低功耗，用于WSN（无线传感器 网络，Wireless Sensor Networks）和IoT（物联网，Internet of Things）
16-QAM
64-QAM 64-QAM
3/4
2/3 3/4
36Mbps
48Mbps 54Mbps
8
Wi-Fi主要技术参数——速率（4）
802.11n引入了更多的无线参数
802.11n关联速率表
MCS Index 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 Spatial streams 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 2 2 2 3 3 3 3 3 3 3 3 4 4 4 4 4 4 4 4 1 Modulation type BPSK QPSK QPSK 16-QAM 16-QAM 64-QAM 64-QAM 64-QAM BPSK QPSK QPSK 16-QAM 16-QAM 64-QAM 64-QAM 64-QAM BPSK QPSK QPSK 16-QAM 16-QAM 64-QAM 64-QAM 64-QAM BPSK QPSK QPSK 16-QAM 16-QAM 64-QAM 64-QAM 64-QAM BPSK Coding rate 1/2 1/2 3/4 1/2 3/4 2/3 3/4 5/6 1/2 1/2 3/4 1/2 3/4 2/3 3/4 5/6 1/2 1/2 3/4 1/2 3/4 2/3 3/4 5/6 1/2 1/2 3/4 1/2 3/4 2/3 3/4 5/6 1/2 GI = 800ns 20MHz 6.5 13.0 19.5 26.0 39.0 52.0 58.5 65.0 13.0 26.0 39.0 52.0 78.0 104.0 117.0 130.0 19.5 39.0 58.5 78.0 117.0 156.0 175.5 195.0 26.0 52.0 78.0 104.0 156.0 208.0 234.0 260.0 N/A 40MHz 13.5 27.0 40.5 54.0 81.0 108.0 121.5 135.0 27.0 54.0 81.0 108.0 162.0 216.0 243.0 270.0 40.5 81.0 121.5 162.0 243.0 324.0 364.5 405.0 54.0 108.0 162.0 216.0 324.0 432.0 486.0 540.0 6.5 GI = 400ns 20MHz 7.2 14.4 21.7 28.9 43.3 57.8 65.0 72.2 14.4 28.9 43.3 57.8 86.7 115.6 130.0 144.4 21.7 43.3 65.0 86.7 130.0 173.3 195.0 216.7 28.8 57.6 86.8 115.6 173.2 231.2 260.0 288.8 N/A 40MHz 15.0 30.0 45.0 60.0 90.0 120.0 135.0 150.0 30.0 60.0 90.0 120.0 180.0 240.0 270.0 300.0 45.0 90.0 135.0 180.0 270.0 360.0 405.0 450.0 60.0 120.0 180.0 240.0 360.0 480.0 540.0 600.0 7.2
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二
相关技术介绍
三
家庭组网原则与方案
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Wi-Fi主要技术原理
Wi-Fi概念 Wi-Fi是WLAN（无线局域网，Wireless Local Area Network）目前最主流的一种技
术，基于IEEE 802.11系列协议。 Wi-Fi的原意是一种认证标志，通过认证的设备保证能按照802.11协议相互兼容。全 球的认证机构是Wi-Fi联盟（WFA），其前身是WECA（无线以太网兼容性联盟， Wireless Ethernet Compatibility Alliance）。
采用OFDM（正交频分复用，Orthogonal Frequency Division Multiplexing）技术 总频宽20MHz 划分成64个子载波 前6个、后5个作为保护 中间1个DC不工作 实际工作有52个子载波 ，其中4个用作导频（ PS，Pilot Signal），48 个传数据 工作周期为4μs 1÷20MHz=0.05μs 0.05×64=3.2μs 3.2+0.8=4μs，其中 0.8μs为循环前缀（CP ，Cyclic Prefix），用于 保护，称为GI（保护间 隔，Guard Interval）
双频工作，在2.4GHz和5GHz采用相同的 参数 用MCS（调制和编码策略，Modulation and Coding Scheme）值标识一组参数集 引入信道绑定技术，频宽可从20MHz扩 展到40MHz（详见后） 子载波数：20MHz有52个子载波， 40MHz有108个子载波 编码效率：最高支持5/6 引入MIMO技术，可用多空间流（spatial streams）同时传输数据（详见后） 引入短保护间隔（Short GI），从标准的 0.8μs缩短为0.4μs，工作周期为3.6μs 无线传输存在多径效应，即通过不 同途径的传输时延不同 为防止前后两个Symbol间产生干扰 ，需要通过GI进行保护 多径效应明显时不建议使用Short GI 由设备和终端协商，不用设定 计算示例（以450Mbps为例）：（6bit× 5/6 ×108÷3.6μs）×3=450Mbps
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Wi-Fi主要技术参数——速率（1）
关联速率和实际吞吐量
以下描述的都是Wi-Fi的关联速率 在实际传输时，由于有Beacon帧（信标）类的短报文、传输延迟、竞争避让等因素，最大的有 效吞吐量只有关联速率的50%！ 2、3个设备以最大关联速率发送数据时，整个无线网络利用率最高；设备数量再增加，无线网 络总体的吞吐量会急速下降！ 采用FHSS（跳频扩频，Frequency Hopping Spread Spectrum）和DSSS（直接序列扩频， Direct Sequence Spread Spectrum）技术，发送频率为1MSps，即每秒发送1M个 Symbol（ 符号） Symbol为11bit的Barker码 采用BPSK（二进制相移键控，Binary Phase Shift Keying）编码方式，此时每个Symbol 代表1bit，速率为1Mbps 采用QPSK（正交相移键控，Quadrature Phase Shift Keying）编码方式，此时，每个 Symbol代表2bit，速率为2Mbps 采用HR-DSSS（高速直接序列扩频，High Rate Direct Sequence Spread Spectrum），发送 频率提高到1.375MSps Symbol为8bit的CCK（补码键控，Complementary Code Keying）码 采用4序列时，加上四种相位调制，每个Symbol代表4bit，速率为5.5Mbps 采用64序列时，加上四种相位调制，每个Symbol代表8bit，速率为11Mbps
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Wi-Fi主要技术参数——速率（3）
调制方式（Modulation） 编码效率（Coding rate） BPSK BPSK QPSK / 4-QAM QPSK / 4-QAM 16-QAM 1/2 3/4 1/2 3/4 1/2
数据速率（Rate） 6Mbps 9Mbps 12Mbps 18Mbps 24Mbps