WLAN基础知识

多路径 Multipath
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传播 Wave Propagation
天线 AP
馈线
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吸收 Absorption
天线
AP
墙
体
馈线
➢ 振幅减小，能量减弱 ➢ 信号穿过水分时，将会被吸收。 ➢ 水分可能包含在无线传输路径中的树叶和人体中 ➢ 体育馆、会展中心等人群密集区域需要考虑人体的吸收
2.4GHz&5.8GHz FHSS DSSS OFDM MIMO 1-54 Mbps 600Mbps 100-500m 覆盖范围
RF属性
极化 Polarity 波长 Wavelength 频率 Frequency 振幅 Amplitude 相位 Phase
极化 Polarity
它反映了设备接收弱信号的能力，在发射功率一定的 情况下，灵敏度越高，覆盖范围越大
调制方式
传输速率
接收灵敏度 dBm (for BER = 10 %)
OFDM OFDM OFDM 54 Mb/s 48 Mb/s 36 Mb/s
-68
-69
-75
OFDM 24 Mb/s
-79
CCK 11 Mb/s
-83
➢ 5.8GHz 波长为5.19cm
振幅 Amp振l幅it越u大d、能e量越大
Power
网卡30~ 50mW
AP 100~ 500mW
移动电话 200~
1000mW
微波炉 700~ 1000W
相位 Phase
Main signal
In phae signal
90 degrees out of phase signal
备注
802.11
工作在5G频段，采用OFDM调制解调技术， 54Mbps
已批准
802.11a
工作在5G频段，采用OFDM调制解调技术， 54Mbps
已批准
802.11b
工作在2.4G频段，采用DSSS调制解调技术， 54Mbps
已批准
802.11e 对服务等级（Quality of Service, QoS）的支持
➢ FCC（Federal Communications Commission）美国联邦通讯委员会
➢ 中国无线电管理局
➢ IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers )美国电气和电子工
IEEE 802.11系列协议发展概况
标准
描述
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CCK 5.5 Mb/s
-87
DQPSK 2 Mb/s
-91
DBPSK 1 Mb/s
-94
信噪比 SNR (Signal-to-noise ratio)
衡量系统解调处理能力的指标。 它是在接收机接收到信号经各级放大、解调后 的信号与噪声的比值。
/通用格式 /通用格式 /通用格式 /通用格式 /通用格式 /通用格式 /通用格式
W mW
常用的功率单位
功率的范围非常大，用W mW表示困难 10W=10000mW
dBm
是一个表示功率绝对值的值（也可以认为是 以1mW功率为基准的一个比值）
容易表示大的功率的范围，容易计算
10lg（P/1mW）P为功率值 100mW=10lg（100/1mW）=20dBm 10W=40dBm
挡物，直射波和反射波（绕射波）的路径差小于半个波长，相位差的影响小 于π/2，这样会大大影响无线电波的传播效果，这个椭圆球体的半径就是第一 菲尼尔区域半径。 电磁波主要通过第一菲涅尔区域传播，近似于自由空间传播
菲尼尔区域示例
RF计算
RF功率表示 EIRP计算 系统增益计算
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RF功率表示
1
速率 SNR 成正比
2
3
4
5
6
信干比 SIR (interfere-to-noise ratio)
➢ 信号强度和干扰的比 ➢ 越大越好
802.11系列协议
标准发布时间
802.11 1997
802.11b 1999
802.11a 1999
802.11g 2003
802.11n 2009
频率范围
2.4G
指射频发射机在指定方向上的辐射功率，单位为dBm。
EIRP
EIRP= 设备发射功率 -线路衰减 +发射天线增益
36dBm= 20dBm -1dB +17dBi
系统增益
AP 20dBm
天线 (17dBi)
馈线（1dB） 系统增益= 设备发射功率 -线路衰减 +发射天线增益 -传输损耗 +接收天线增益 -接收灵敏度
LP 自由空间损耗 F 电磁波频率 D 传播距离（km）
dB 自由空间衰减
通用格式
图距离每增加一倍衰减增加6dB
通用格式5G H z 比 2. 4G Hz 衰 减高 6 d B
通用格式
通用格式
通4用6格式 通用格式
通用格式
距离（m）
/通用格式 /通用格式 /通用格式 /通用格式 /通用格式 /通用格式 /通用格式 /通用格式 /通用格式 /通用格式 /通用格式 /通用格式 /通用格式 /通用格式 /通用格式 /通用格式 /通用格式
点到点 设备到设备
企业、园区、高校、 酒店等网络
最后一公里接入
PDA、 移动电话,接入
WLAN使用无许可证的频段
2.4G ISM: 工业, 科学和医疗频段 5.8G 无授权的国家信息基础实施频段
WLAN标准化组织及相关机构
➢ ITU-R管理国际无线电频谱和卫星轨道资源 是国际电联无线电通信部门
100 mW
-20 dBm
0.01 mW
30 dBm
1000 mW (1 W)
-30 dBm
0.001 mW
40 dBm
10,000 mW (10 W)
-40 dBm
0.0001 mW
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等效全向辐射功率 EIRP (Equivalent Isotropic Radiated Power)
天线 AP
馈线 ➢ 电场和地面垂直为垂直极化 ➢ 电场和地面平行为水平极化
电场 磁场 电场 磁场 电场 电波传输方向
频率 Frequency
1 second
➢ 频率越高 提供的带宽越大 ➢ 频率越高,衰减越大，覆盖区域越小
波长 Wavelength
➢ 波长=光速/频率
➢ 2.4GHz 波长为12.24cm
已批准
802.11s Mesh网状网标准
制定中
802.11ac 工作在5GHz，目标1Gbps
指定中
WLAN物理层和数据链路层 应用层
表示层 会话层 传输层
MAC Layer
载波侦听冲突避让机制CSMA/CA 接入控制 加密、漫游、节电
网络层
数据链路层
LLC MAC
物理层
Physical Layer
已批准
802.11g 工作在2.4G频段,采用OFDM调制解调技术
已批准
802.11h 传输功率控制(TPC),动态频率选择（DFS）
欧洲要求
802.11i 强健安全网络
已批准
802.11k 该协议规范规定了无线局域网络频谱测量规范
指定中
802.11n
Baidu Nhomakorabea
工作在2.4G、5.8G采用MIMO OFDM最大速率 600Mbps
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接收信号强度指示 RSSI （Receiver Signal Strength Indicator）
是指接收机处基频信号的功率大小。
TX:20dBm
RSSI:-30dBm
最大接收电平 指接收机在满足PER（错包 率）小于10％的条件下，天 线口能够接收的最大接收信 号电平，一般用dBm表示。
2.4G
5.8G
2.4G
2.4G 5.8G
非重叠信道 调制传输技术 物理发送速率
兼容性
3 BPSK/QPSK
FHSS 1, 2
N/A
3
5
CCK DSSS
64QAM OFDM
1,2,5.5, 11
6, 9, 12, 18, 24, 36, 48, 54
与11g产品可互 与11b/g不能互
通
通
3
CCK/64QAM OFDM
10 dBm-3db 功10 m率W 减少一倍、-10-dB1m0db功率减0.10少mW10倍
12 dBm
16 mW
-12 dBm
0.06 mW
13 dBm
20 mW
-13 dBm
0.05 mW
15 dBm
32 mW
-15 dBm
0.03 mW
17 dBm
50 mW
-17 dBm
0.02 mw
20 dBm
6, 9, 12, 18, 24, 36, 48, 54 与11b产品可互
通
3、5
MIMO OFDM 协议规范 最高600Mbps
兼容11abg
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802.11g标准
与802.11b类似，工作在2.4GHz频段
➢ 3个非重叠信道: 1, 6, 11
➢ 采用直接序列扩频--补偿码键控(DSSS--CCK)和正交 频分复用(OFDM)传输
1000m 衰减100dB
43dB= 20dBm -1dB +17dBi -100dB +17dBi -（-90dB）
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天线 (17dBi)
Client 接收灵敏度
-90dB
馈线
WLAN 物理层重要参数
接收信号强度 最大接收电平 接收灵敏度 信号噪声比 SNR 信号干扰比 SIR
最大接收电平反映了接收机
接收强信号的能力，超过最 大接调式制收解调电方 平最平将大接导收致电 接收机饱
和，OFD误M 码率-3明0dB显m 升高
CCK
-20dBm
接收灵敏度 Receiver Sensitivity
接收灵敏度是指接收机在满足PER（错包率）小于10 ％的条件下，天线口能够接收到的最小接收信号电平 ，用dBm表示。
➢ 信号在穿透密度不同的大气和墙体时会发生折射
衍射 Diffraction
➢ 无线电波在传播过程中经过障碍物边缘或孔隙时所发生的传播方向弯曲现象 ➢ 会改变传输的方向和速度
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散射 Scattering
天线 AP
馈线
➢ 细小粗糙的颗粒造成无线信号发散 ➢ 无线信号在穿过充满灰尘或沙砾的环境时会发生散射 ➢ 散射对波长较短的无线信号（例如2.4GHz和5.8GHz）影响比较大
衰减 Loss（Attenuation）
材质
厚度
-30dbm
-45dbm -30dbm
• -60dbm
角度
-30dbm
-45dbm
自由空间损耗 Free Path
Loss
1000m衰减多少？
天线 AP
天线
100mW
Client
馈线
馈线
计算公式
LP=32.4+（20log10F）+（20log10D）
➢ 支持12种数据速率，最高速率为54 Mbps ➢ 1, 2, 5.5, 11 Mbps (DSSS / 802.11b) ➢ 6, 9, 12, 18, 24, 36, 48, 54 Mbps (OFDM)
180 degrees out of phase signal
同相提高振幅
异相降低振幅
RF行为特性
传播 Wave Propagation
吸收 Absorption
反射 Reflection
折射 Rafraction
衍射 Diffraction
衰减 Loss（Attenuation）
自由空间损耗 Free Space Path Loss
Standards Speed Range
Bluetooth
<1 Mbps 小
IEEE 802.11b, 11a, 11g，11n
1–600 Mbps
中等
802.16 MMDS, LMDS
22+ Mbps
中等-大
GSM, GPRS, CDMA, 2.5–3G-4G
1-7Mbps-100Mbps
大
Applications
2.4G
5G
多路径 Multipath
天线 AP
馈线
天线
Client
馈线
➢ 信号在传播链路中发生反射、散射、衍射，到达接收端的信号往往是多个幅度和相 位各不相同的信号的耦合，接收信号与原始信号相比出现随机变化。
第一菲尼尔区域 The first Fresnel zone 菲涅尔区域是一个椭圆球体，如下图。实际传播中，如果椭圆球体内存在阻
WLAN基础知识
北京傲天动联 技术服务部
WLAN属于LAN的范畴 WAN (Wide Area Network) MAN (Metropolitan Area Network) LAN (Local Area Network)
PAN
(Personal Area Network)
PAN
LAN
MAN
WAN
反射 Reflection
天线 AP
馈线
➢ 改变无线信号的传播方向 ➢ 室内的物体，金属家具、文件柜和金属门、墙体会造成反射 ➢ 室外的信号遇到水面和大气层会发生反射
折射 Refraction
天线 AP
天线 AP
馈线
天线 AP
馈线
天线 AP
馈线
馈线
➢ 无线信号从一个介质到达另一个介质时发生折射,改变传播方向
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dBm mW对应表
dBm
mW
dBm
mW
0 dBm
1 mW
0 dBm
1 mW
1 dBm
1.25 mW
-1 dBm
0.8 mW
3 dBm
2 mW
-3 dBm
0.5 mW
6 7
ddBBmm+3db
45功mmWW率增加一倍、--67 dd+BBmm10db功率增00..2250加mmWW10倍