WIFI技术.pptx
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1、2024/4/7周日WLAN 基础介绍2024/4/7周日目录目录第一部分:第一部分:WiFi技术简介技术简介第二部分:第二部分:WiFiWiFi技术基础技术基础第三部分:第三部分:WiFiWiFi电路基础电路基础第四部分:第四部分:WiFiWiFi测试指标测试指标第五部分:第五部分:WiFiWiFi性能调试性能调试2024/4/7周日第一部分:第一部分:WiFi技术简介技术简介1.1 WiFi由来1.2 WiFi发展1.3 WiFi的优势1.4 WiFi的应用2024/4/7周日1.1 Wi-Fi的由来Wi-Fi:指无线保真(Wireless Fidelity)。1996年,美国网络通讯设备
2、大厂朗讯(Lucent)率先发起成立无线以太兼容性联盟(Wireless Ethernet Compatibility Alliance,WECA),着手创立无线网络协议(WLAN)。发展起初发展不顺,声势远落蓝芽(Blue-tooth)之后。1999年,WECA更名为Wi-Fi联盟,再度架构一套认证标准,提出通行业界的无线网络技术-802.11一系列规格,包括802.11b、802.11a、802.11g、802.11n等。Wi-Fi联盟致力解决符合802.11标准的产品的生产和设备兼容性问题,为制定802.11无线网络的组织,并非代表无线网络。2024/4/7周日IEEE 802.11第一
3、个版本发表于1997年,其中定义了介质访问接入控制层(MAC层)和物理层。物理层定义了工作在2.4GHz的ISM频段上的两种无线调频方式和一种红外传输的方式,总数据传输速率设计为2Mbit/s。1999年加上了两个补充版本:802.11a定义了一个在5GHz ISM频段上的数据传输速率可达54Mbit/s的物理层,802.11b定义了一个在2.4GHz的ISM频段上但数据传输速率高达11Mbit/s的物理层。1999年工业界成立了Wi-Fi联盟,致力解决符合802.11 标准的产品的生产和设备兼容性问题。2003年7月IEEE802.11工作组批准了IEEE802.11草案,11在24GHz频
4、段使用正交频分复用(OFDM)调制技术,使数据传输速率提高到54Mbit/s;能够与IEEE802.11的Wi-Fi系统互联互通,可共存于同一AP的网络里,从而保障了后向兼容性。802.11n标准至2009年才得到IEEE的正式批准,11n采用了MIMO OFDM技术,提高了无线传输质量,也使传输速率得到极大提升。下一代WIFI时代来临:802.11ac,11ac是第一个承诺将无线数据传输率提升到超过1Gbps的标准。与工作在2.4GHz和5GHz频段不同,802.11ac仅在5GHz频段工作。从1997年第一代标准制定至今,WIFI标准经历了802.11、802.11b、802.11g/a、
5、802.11n、802.11ac五代发展历程。因此802.11ac无线标准又称为第五代WIFI标准。1.2 Wi-Fi的发展2024/4/7周日1.3 Wi-Fi优势WiFi是WLAN(WirelessLocalAreaNetworks无线局域网)中最常用的技术。WiFi局域网本质的特点是不再使用通信电缆将计算机与网络连接起来,而是通过无线的方式连接,从而使网络的构建和终端的移动更加灵活。1、覆盖范围广;(蓝牙的覆盖半径15m,wifi可达100m)2、传输速度快;(11nMIMO速率可达300Mb/s)3、厂商进入该领域的门槛比较低,成本低;4、2.4G或5.8GHz属于ISM频段无需许可。
6、2024/4/7周日电话线电信机房WiFi PhoneWiFi Phone网线ADSL/Cable modem支持支持WiFiWiFi的笔记本的笔记本WiFiWiFi无线网卡无线网卡InternInternetetAP AP 802.11b/g/n802.11b/g/nWiFi组网图1.4 Wi-Fi应用WiFi是用无线通信技术将计算机设备互联起来WiFi局域网本质的特点是不再使用通信电缆将计算机与网络连接起来,而是通过无线的方式连接,从而使网络的构建和终端的移动更加灵活.2024/4/7周日AAAAAA认证、计费平台PortaPortal l城域网城域网BASACFit AP典型应用方案无线
7、控制器无线控制器B汇聚交换机汇聚交换机PPPoE或Portal认证城域网核心路由器城域网核心路由器城域网城域网BAS无线控制器无线控制器AADSL猫猫DSLAM汇聚交换机汇聚交换机汇聚交换机汇聚交换机ADSL猫猫DSLAM汇聚交换机汇聚交换机骨干城域网两台控制器可互为备份城域网核心路由器城域网核心路由器PPPoE或Portal认证2024/4/7周日第二部分:第二部分:WiFiWiFi技术基础技术基础2.1 wifi标准2.2 Channel(信道)2.3 Rate(速率)2.4 Power(功率)2.5 EVM(矢量误差幅度)2.6 Sensitivity(接收信号灵敏度)2.7 SSID2
8、.8 无线安全2.9 WPS2024/4/7周日2.1 802.11标准对比802.11802.11b802.11a802.11g802.11n标准发布时间1997/71999/91999/92003/62009/9频率范围2.400-2.483GHz2.400-2.483GHz5.150-5.350GHz2.400-2.483GHz2.4-5GHz调制技术FHSS/DSSSCCK/DSSSOFDMCCK/OFDMOFDM/MIMO物理发送速率1,21,2,5.5,116,9,12,18,24,36,48,546,9,12,18,24,36,48,547,14.,21,28,43,57,65,
9、72无线覆盖范围100M(室外)50M(室外)100M(室外)300M(室外)(实际/最大)速度1/2Mbit/s6.5/11Mbit/s25/54Mbit/s25/54Mbit/s300/600Mbit/s业务数据语音数据图像语音数据图像语音数据图像语音数据图像兼容性Wi-Fi兼容与11b/g不能互通与11b产品可互通向下兼容802.11b/g2024/4/7周日802.11标准的速率与频段11n1T1R150Mb/s11n2T2R300Mb/s54Mb/s22Mb/s11Mb/s1Mb/sIEEE802.11bIEEE802.11gIEEE802.11a2Mb/sIEEE802.11nIE
10、EE802.11nIEEE802.112003199920091999199720092.4 GHz5 GHz2024/4/7周日在两点之间用于收发信号的单向或双向通路;无线信道类似于车道;无线信道也就是常说的无线的“频段”,是以无线信号作为传输媒体的数据信号传送通道;无线信道不是独占的,而是所有同信道的AP共用的;相同信道上工作的AP会降低吞吐量;11n 技术原理就是在11g的技术的基础上把马路的宽路增加 一倍,然后又缩短了前后车辆的车距,这样才获得了更高的数据吞吐量.2.2 信道(Channel)2024/4/7周日2.4GHz信道分布每个信道的带宽是22MHz,不同国家能够使用的信道是不
11、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 MHz2024/4/7周日不同国家的2.4GHz信道信道标识符信道标识符频率(单位:频率(单位:MHz)调整域调整域美国美国EMEA日本日本世界其它地区世界其它地区124122241732422424275243262437724428244792452102457112462122467-132472-142484-2024/4/7周日5GHz信道分布不同国家能够使用的5GHz频段很不相同,因此802.11a信道更为零散;每个信道的带宽是20MHz,而且互不重叠2024/4/7周日不同国
12、家的5GHz信道信道标识符信道标识符频率(单位:频率(单位:MHz)调整区域调整区域美国美国EMEA日本日本世界其它地区世界其它地区345170-365180-385190-405200-425210-445220-465230-485240-525260-565280-605300-645320-1005500-1045520-1085540-1125560-1165580-1205600-1245620-1285640-1325660-1365680-1405700-1495745-1535765-1575785-1615805-2024/4/7周日基本速率:所有WLAN设备必须支持控制帧
13、、广播帧、多播帧采用基本速率发送是传输速率的一个子集传输速率:WLAN设备能够支持的所有速率一般WLAN设备支持自动选择传输速率ModeModeTransmit Rates(Mbps)Transmit Rates(Mbps)Basic Rates(Mbps)Basic Rates(Mbps)11b only1,2,5.5,111(default),211g only6,9,12,18,24,36,48,546,12,24(default)11g-wifi1,2,5.5,11,6,9,12,18,24,36,48,541,2,5.5,11,6,12,24(default)11bg1,2,5.5,
14、11,6,9,12,18,24,36,48,541,2(default),5.5,112.3 Rate(速率)2024/4/7周日11n20M/40M带宽速率(DateRate)2024/4/7周日WLAN设备的发射功率,单位mW或dBmdBm为分贝毫瓦,是以1mW相比的对数值dBm=10log(Power/1mW)1mW=0dBm,10mW=10dBm100mW=20dBm每下降3dB,功率减少一半负的dBm表示功率小于1mWWLAN发射功率一般不能超过100mW不同的速率能够使用的最大功率不同11g和11b的功率是分别调整的2.4 Power(功率)2024/4/7周日EVM(errorv
15、ectormagnitude,矢量误差)是衡量调制信号质量的一种指标,它表示了接收机对信号进行解调时所产生的I-Q分量与理想分量的接近程度(接收机有一个最小的内部EVM误差)。EVM值越小,信号的质量越高。Data Rate(Mbps)Relative Constellation Error(dB)11aRelative Constellation Error(dB)11g6-5-59-8-812-10-1018-13-1324-16-1636-19-1948-22-2254-25-25802.11agSpecifications2.5 EVM(矢量误差幅度)2024/4/7周日802.11N
16、EVMSpecificationsModulationCodingDataRate(R)RelativeConstellationerror(dB)20M1T1R20M2T2R40M1T1R40M2T2RBPSK1/2-56.5Mbps13Mbps13.5Mbps27MbpsQPSK1/2-1013Mbps26Mbps27Mbps54MbpsQPSK3/4-1319.5Mbps39Mbps40.5Mbps81Mbps16-QAM1/2-1626Mbps52Mbps54Mbps108Mbps16-QAM3/4-1939Mbps78Mbps81Mbps162Mbps64-QAM2/3-2252Mb
17、ps104Mbps108Mbps216Mbps64-QAM3/4-2558.5Mbps117Mbps121.5Mbps243Mbps64-QAM5/6-2865Mbps130Mbps135Mbps270Mbps2024/4/7周日衡量WLAN设备能够接收的最小信号强度RSSI:ReceiveSignalStrengthIndicator不同速率要求的最低接收灵敏度不一样Data rate(MBps)Minimum sensitivity(dBm)6-829-8112-7918-7724-7436-7048-6654-652.6 Sensitivity(接收信号灵敏度)2024/4/7周日802
18、.11NsensitivitySpecificationsModulation CodingData Rate(R)20M1T1R20M2T2RMinimum sensitivity(20M channel)40M1T1R40M2T2RMinimum sensitivity(20M channel)BPSK1/26.5Mbps13Mbps-8213.5Mbps27Mbps-79QPSK1/213Mbps26Mbps-7927Mbps54Mbps-76QPSK3/419.5Mbps39Mbps-7740.5Mbps81Mbps-7416-QAM1/226Mbps52Mbps-7454Mbps10
19、8Mbps-7116-QAM3/439Mbps78Mbps-7081Mbps162Mbps-6764-QAM2/352Mbps104Mbps-66108Mbps216Mbps-6364-QAM3/458.5Mbps117Mbps-65121.5Mbps243Mbps-6264-QAM5/665Mbps130Mbps-64135Mbps270Mbps-612024/4/7周日SSID:ServiceSetID区分不同WLAN服务单元的标识(“网络名字”)无线是无形,需要标识来表示一个WLAN网络服务单元SSID是一个统称,不同的组网方式,SSID有不同的称呼ESSID:ExtendSeviceS
20、etIDBSSID:BasicServiceSetID(AP的MAC地址)IBSSID:IndependentBasicServiceSetID不同的AP可以使用相同的SSID(组成了ESS)最大32个字符,可以是任何字符2.7 SSID2024/4/7周日无线用户站点接入过程1.无线扫描无线扫描:获取周围AP的信息(SSID,加密,速率),主动/被动扫描2.认证过程认证过程:为防止非法用户接入,首先需要在用户和AC/FAT、AP/Gateway之间建立认证,认证机制包括两种。只有通过认证后才能进入关联。开放系统认证 共享密钥认证3.关联过程关联过程:如果用户想通过AP 接入无线网络,用户必须
21、同特定的AP 关联。当用户通过指定SSID 选择无线网络,并通过AP 认证后,就可以向AP 发送关联请求帧。AP 将用户信息添加到数据库,向用户回复关联响应。用户每次只可以关联到一个AP 上,并且关联总是由用户发起。Probe RequestProbe ResponseAUTHAUTHAssociation RequestAssociation ResponseData2024/4/7周日WiFi组织基于IEEE802.11i标准提出WPA:草案的IEEE802.11i标准WPA2:正式的IEEE802.11i标准WPA128bitsRC加密算法每个数据帧采用一个密码TKIP动态密码管理协议W
22、PA2采用AES加密算法支持128bits,192bits,256bitsCCMP密码管理协议支持缓存密钥和预认证2种模式WPAEnterprise:采用802.1x认证(EAP-TLS,EAP-TTLS,PEAP等)WPAPersonal:采用PSK(预共享密钥)WPA和WPA2可以共存,TKIP和CCMP也可以共用使用WPA与WEP加密进行Throughput或正常使用,AP都会运行在11B、11G模式去;Wpa2加密方式会运行在11n模式;WEP加密很容易被破解。2.8 无线安全:WPA/WPA22024/4/7周日类似称呼:QSS/SES/AOSS/EZ-SETUP为了解决无线安全设置
23、比较繁琐、专业性强的问题过程站点通过WPS协商过程获得AP当前的无线安全设置(SSID,安全模式,密码)正常接入到BSS2种常见的启动WPS协商的方式:PIN和PBCPIN:在AP上输入站点的PIN码PBC:2分钟内分别按下AP和站点上的按钮可以让站点快速接入WPS协商过程正常关联过程启动WPS启动WPS2.9 WPS(Wi-Fi Protected Setup)2024/4/7周日第三部分:第三部分:WiFiWiFi电路基础电路基础3.1 WiFi产品射频设计3.2 Transceiver(收发器)3.3 Balun/Filter/DCblock3.4 PA(poweramplifier功率
24、放大器)3.5 RX3.6 RFSwitch(射频开关)3.7 Crystal、Oscillate(晶体、晶振)3.8 Antenna(天线)3.9 无线Throughput的干扰因素3.10 WiFi电磁辐射的安全性2024/4/7周日WiFi产品的一般射频设计框图3.1 WiFi产品的射频设计今天在这里,我们只讲解与射频电路相关的一些内容,发送信号时,收发器本身会直接输出小功率的微弱的射频信号,发送至功率放大器(power amplifier)进行功率放大,然后通过收发开关(transmit/receive switch)经由天线(antenna)辐射至空间;接收信号时,天线会感应到空间的
25、电磁信号,通过收发开关之后到低噪声放大器(low noise amplifier,LNA)进行放大,这样,放大后的信号就可以直接送给收发器进行处理,进行解调。2024/4/7周日产品图2024/4/7周日无线模块图外置PA、外置LNA2024/4/7周日无线模块图内置PA、LNA2024/4/7周日无线收发器一般会是一个设计的核心器件之一,有时候还可能集成在CPU上,收发器的datasheet中一般会在开始的几段话中就指出该芯片支持哪些协议,工作在什么频率上,几条通路(也就是几发几收),接口类型,同时,收发器从根本上决定着整个设计的的无线性能。3.2 无线收发器(Transceiver)202
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