無線局域網(wǎng)講解

1、無線網(wǎng)絡(luò)1WLAN網(wǎng)絡(luò)概覽2WLAN基礎(chǔ)知識（物理層）3WLAN基礎(chǔ)知識（MAC層）4802.11n技術(shù)介紹WLAN屬于LAN的范疇PAN(Personal Area Network)LAN(Local Area Network)WAN(Wide Area Network)MAN(Metropolitan Area Network)PANLANMANWANStandardsBluetoothIEEE 802.11b, 11a, 11g，11n802.16MMDS, LMDSGSM, GPRS,CDMA, 2.53G-4GSpeed1 Mbps1600 Mbps22+ Mbps1-7Mbps-1

2、00MbpsRange小中等中等-大大Applications點到點設(shè)備到設(shè)備企業(yè)、園區(qū)、高校、酒店等網(wǎng)絡(luò)最后一公里接入PDA、移動電話,接入WLAN使用無許可證的頻段l 2.4G ISM: 工業(yè), 科學(xué)和醫(yī)療頻段l 5.8G 無授權(quán)的國家信息基礎(chǔ)實施頻段ITU-R國際電聯(lián)無線電通信部門FCC（Federal Communications Commission）美國聯(lián)邦通訊委員會中國無線電管理局IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers )美國電氣和電子工程師協(xié)會Wi-Fi聯(lián)盟 (Wi-Fi Alliance) 是一家全球及非

3、營利性的行業(yè)協(xié)會，致力于通過其測試和認(rèn)證方案確?；贗EEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)的無線局域網(wǎng)產(chǎn)品的可互操作性。 WLAN標(biāo)準(zhǔn)化組織及相關(guān)機構(gòu)IEEE 802.11系列協(xié)議發(fā)展概況標(biāo)準(zhǔn)描述備注802.11工作在2.4G頻段，采用FHSS調(diào)制解調(diào)技術(shù)，2Mbps已批準(zhǔn)802.11a工作在5G頻段，采用OFDM調(diào)制解調(diào)技術(shù)，54Mbps已批準(zhǔn)802.11b工作在2.4G頻段，采用DSSS調(diào)制解調(diào)技術(shù)，11Mbps已批準(zhǔn)802.11e對服務(wù)等級（Quality of Service, QoS）的支持已批準(zhǔn)802.11g工作在2.4G頻段,采用OFDM調(diào)制解調(diào)技術(shù), 54Mbps已批準(zhǔn)802.11h傳輸功

4、率控制(TPC),動態(tài)頻率選擇（DFS）歐洲要求802.11i強健安全網(wǎng)絡(luò)已批準(zhǔn)802.11k該協(xié)議規(guī)范規(guī)定了無線局域網(wǎng)絡(luò)頻譜測量規(guī)范制定中802.11n工作在2.4G、5.8G采用MIMO OFDM最大速率600Mbps已批準(zhǔn)802.11sMesh網(wǎng)狀網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)制定中802.11ac工作在5GHz，目標(biāo)1Gbps制定中WLAN物理層和數(shù)據(jù)鏈路層應(yīng)用層應(yīng)用層表示層表示層會話層會話層傳輸層傳輸層網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層物理層物理層LLCLLCMACMACMAC Layerl 載波偵聽沖突避讓機制載波偵聽沖突避讓機制CSMA/CAl 接入控制接入控制l 加密、漫游、節(jié)電加密、漫游、節(jié)電Phys

5、ical Layerl 2.4GHz&5.8GHzl FHSS DSSS OFDM MIMOl 1-54 Mbps 600Mbpsl 100-500m 覆蓋范圍覆蓋范圍2WLAN基礎(chǔ)知識（物理層）2.1RF射頻屬性2.2RF射頻行為特性2.3RF相關(guān)計算2.4WLAN 物理層重要參數(shù)2.5802.11abgn介紹RF屬性極化 POLARITY波長 WAVELENGTH頻率 FREQUENCY振幅 AMPLITUDE相位 PHASE極化 PolarityAP 天線天線饋線饋線電場電場電場電波傳輸方向磁場磁場電場和地面垂直為垂直極化電場和地面垂直為垂直極化電場和地面平行為水平極化電場和地面平行為水

6、平極化頻率 Frequency頻率頻率越高越高 提供的提供的帶寬越大帶寬越大頻率頻率越高越高,衰減越大衰減越大，覆蓋區(qū)域越小覆蓋區(qū)域越小1 second波長 Wavelength 波長=光速/頻率 2.4GHZ 波長為12.24CM 5.8GHZ 波長為5.19CM AP 100500mW網(wǎng)卡網(wǎng)卡3050mW移動電話移動電話2001000mW微波爐微波爐7001000W振幅 AmplitudePower振幅越大、能量越大 網(wǎng)卡功率小于AP功率，AP和網(wǎng)卡功率不對稱 微波爐工作在2.4G，功率大，對WLAN影響大相位 Phase主信號主信號同相同相90異相異相180 異相異相同相提高振幅異相降低

7、振幅2WLAN基礎(chǔ)知識（物理層）2.1RF射頻屬性2.2RF射頻行為特性2.3RF相關(guān)計算2.4WLAN 物理層重要參數(shù)2.5802.11abgn介紹RF行為特性傳播 WAVE PROPAGATION吸收 ABSORPTION反射 REFLECTION折射 RAFRACTION衍射 DIFFRACTION衰減 LOSS（ATTENUATION）自由空間損耗 FREE SPACE PATH LOSS多路徑 MULTIPATH第一菲尼爾區(qū)域 THE FIRST FRESNEL ZONE傳播 Wave PropagationAP天線天線饋線饋線無線電磁波在傳播過程中，不斷擴散，能量逐漸減小吸收 Ab

8、sorption振幅減小，能量減弱信號穿過水分時，將會被吸收。水分可能包含在無線傳輸路徑中的樹葉和人體中體育館、會展中心等人群密集區(qū)域需要考慮人體的吸收AP天線天線饋線饋線墻墻體體反射 Reflection 改變無線信號的傳播方向 室內(nèi)的物體，金屬家具、文件柜和金屬門、墻體會造成反射 室外的信號遇到水面和大氣層會發(fā)生反射AP天線天線饋線饋線折射 Refraction無線信號從一個介質(zhì)到達(dá)另一個介質(zhì)時發(fā)生折射,改變傳播方向信號在穿透密度不同的大氣和墻體時會發(fā)生折射AP天線天線饋線饋線AP天線天線饋線饋線AP天線天線饋線饋線AP天線天線饋線饋線冷空氣濕潤空氣衍射 Diffraction 無線電波在

9、傳播過程中經(jīng)過障礙物邊緣或孔隙時所發(fā)生的傳播方向彎曲現(xiàn)象 會改變傳輸?shù)姆较蚝退俣壬⑸?Scattering 細(xì)小粗糙的顆粒造成無線信號發(fā)散 無線信號在穿過充滿灰塵或沙礫的環(huán)境時會發(fā)生散射 散射對波長較短的無線信號（例如2.4GHZ和5.8GHZ）影響比較大AP天線天線饋線饋線衰減 Loss（Attenuation）-30dbm-45dbm-30dbm-60dbm-30dbm-45dbm-30dbm-60dbm材質(zhì)厚度 角度 障礙物 衰減量2.4GHz衰減量（dB)4.5cm厚金屬門134.5cm實木門64.5cm中空門44.5cm內(nèi)部隔斷墻49cm磚塊645cm混凝土墻1870cm混凝土外墻4

10、51.5cm玻璃隔斷8自由空間損耗 Free Path Loss 計算公式LP=32.4+（20log10F）+（20log10D）LP 自由空間損耗F 電磁波頻率D 傳播距離（km）AP100mW 天線天線饋線饋線Client天線天線饋線饋線1000m衰減多少？衰減多少？020406080100120124101001000dB距離（m）距離每增加一倍衰減增加6dB5GHz比2.4GHz衰減高6dB結(jié)合1m、10m、100m、1000m的衰減可以估算實際的衰減5G2.4G46自由空間衰減圖多路徑 Multipath信號在傳播鏈路中發(fā)生反射、散射、衍射，到達(dá)接收端的信號往往是多個幅度和相位各不

11、相同的信號的耦合，接收信號與原始信號相比出現(xiàn)隨機變化。AP天線天線饋線饋線Client天線天線饋線饋線第一菲尼爾區(qū)域 The first Fresnel zone菲涅爾區(qū)域是一個橢圓球體，如下圖。實際傳播中，如果橢圓球體內(nèi)存在阻擋物，直射波和反射波（繞射波）的路徑差小于半個波長，相位差的影響小于/2，這樣會大大影響無線電波的傳播效果，這個橢圓球體的半徑就是第一菲尼爾區(qū)域半徑。電磁波主要通過第一菲涅爾區(qū)域傳播，近似于自由空間傳播菲尼爾區(qū)域示例2WLAN基礎(chǔ)知識（物理層）2.1RF射頻屬性2.2RF射頻行為特性2.3RF相關(guān)計算2.4WLAN 物理層重要參數(shù)2.5802.11abgn介紹RF計算R

12、F功率表示EIRP計算系統(tǒng)增益計算RF功率表示W(wǎng)MW 常用的功率單位 功率的范圍非常大，用W MW表示困難 10W=10000MWDBM 是一個表示功率絕對值的值（也可以認(rèn)為是以1MW功率為基準(zhǔn)的一個比值） 容易表示大的功率的范圍，容易計算 10LG（P/1MW）P為功率值 100MW=10LG（100/1MW）=20DBM 10W=40DBMDB 是一個表示功率相對值，表示功率增加多少和減少多少 27DBM-20DBM=7DB 增加7DB 20DBM-27DBM=-7DB 減少-7DBdBm mW對應(yīng)表dBmmWdBmmW0 dBm1 mW0 dBm1 mW1 dBm1.25 mW-1 dB

13、m0.8 mW3 dBm2 mW-3 dBm0.5 mW6 dBm4 mW-6 dBm0.25 mW7 dBm5 mW-7 dBm0.20 mW10 dBm10 mW-10 dBm0.10 mW12 dBm16 mW-12 dBm0.06 mW13 dBm20 mW-13 dBm0.05 mW15 dBm32 mW-15 dBm0.03 mW17 dBm50 mW-17 dBm0.02 mw20 dBm100 mW-20 dBm0.01 mW30 dBm1000 mW (1 W)-30 dBm0.001 mW40 dBm10,000 mW (10 W)-40 dBm0.0001 mW+3db

14、功率增加一倍、功率增加一倍、+10db功率增加功率增加10倍倍-3db 功率減少一倍、功率減少一倍、 -10db功率減少功率減少10倍倍等效全向輻射功率 EIRP (Equivalent Isotropic Radiated Power)指射頻發(fā)射機在指定方向上的輻射功率，單位為dBm。EIRPEIRP=36dBm=設(shè)備發(fā)射功率20dBm-線路衰減-1dB+發(fā)射天線增益+17dBi系統(tǒng)增益AP20dBm 天線天線(17dBi)饋線（饋線（1dB）Client接收靈敏度-90dB天線天線(17dBi)饋線饋線系統(tǒng)增益=43dB=設(shè)備發(fā)射功率20dBm-線路衰減-1dB+發(fā)射天線增益+17dBi-

15、傳輸損耗-100dB+接收天線增益+17dBi-接收靈敏度-（-90dB）1000m 衰減衰減100dB2WLAN基礎(chǔ)知識（物理層）2.1RF射頻屬性2.2RF射頻行為特性2.3RF相關(guān)計算2.4WLAN 物理層重要參數(shù)2.5802.11abgn介紹WLAN 物理層重要參數(shù)接收信號強度 RSSI最大接收電平接收靈敏度信號噪聲比 SNR信號干擾比 SIR是指接收機處基頻信號的功率大小。接收信號強度指示 RSSI （Receiver Signal Strength Indicator）TX:20dBmRSSI:-30dBm最大接收電平指接收機在滿足PER（錯包率）小于10的條件下，天線口能夠接收的

16、最大接收信號電平，一般用DBM表示。最大接收電平反映了接收機接收強信號的能力，超過最大接收電平將導(dǎo)致接收機飽和，誤碼率明顯升高調(diào)制解調(diào)方式最大接收電平OFDM-30dBmCCK-20dBm接收靈敏度 Receiver Sensitivity接收靈敏度是指接收機在滿足PER（錯包率）小于10的條件下，天線口能夠接收到的最小接收信號電平，用DBM表示。它反映了設(shè)備接收弱信號的能力，在發(fā)射功率一定的情況下，靈敏度越高，覆蓋范圍越大調(diào)制方式調(diào)制方式OFDMOFDMOFDMOFDMCCKCCKDQPSKDBPSK傳輸速率傳輸速率54 Mb/s48 Mb/s36 Mb/s24 Mb/s11 Mb/s5.5

17、 Mb/s2 Mb/s1 Mb/s接收靈敏度接收靈敏度 dBm (for BER = 10 %)-68-69-75-79-83-87-91-94信噪比 SNR (Signal-to-noise ratio)衡量系統(tǒng)解調(diào)處理能力的指標(biāo)。它是在接收機接收到信號經(jīng)各級放大、解調(diào)后的信號與噪聲的比值。提供的帶寬越高，SNR要求越高0 0101020203030404050506060123456速率速率 SNR成正比成正比信干比 SIR (signal-to-interference ratio)信號強度和干擾的比越大越好2WLAN基礎(chǔ)知識（物理層）2.1RF射頻屬性2.2RF射頻行為特性2.3RF相

18、關(guān)計算2.4WLAN 物理層重要參數(shù)2.5802.11abgn介紹802.11系列協(xié)議802.11802.11b802.11a802.11g802.11n標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布時間19971999199920032009頻率范圍 2.4G2.4G5.8G2.4G2.4G5.8G非重疊信道 33533、5調(diào)制傳輸技術(shù)BPSK/QPSKFHSSCCKDSSS64QAMOFDMCCK/64QAMOFDMMIMO OFDM物理發(fā)送速率1, 21,2,5.5, 116, 9, 12, 18,24, 36, 48, 546, 9, 12, 18,24, 36, 48, 54協(xié)議規(guī)范最高600Mbps兼容性N/A與11g

19、產(chǎn)品可互通與11b/g不能互通與11b產(chǎn)品可互通兼容11abg802.11g標(biāo)準(zhǔn)與802.11b類似，工作在2.4GHz頻段3個非重疊信道: 1, 6, 11采用直接序列擴頻-補償碼鍵控(DSSS-CCK)和正交頻分復(fù)用(OFDM)傳輸支持12種數(shù)據(jù)速率，最高速率為54 Mbps1, 2, 5.5, 11 Mbps (DSSS / 802.11b)6, 9, 12, 18, 24, 36, 48, 54 Mbps (OFDM)向后完全兼容802.11b標(biāo)準(zhǔn)單臺AP TCP最大吞吐量約為24Mbps，網(wǎng)絡(luò)最大吞吐量72Mbps（3*24）2.4 GHz信道的使用北美地區(qū): 1-11中國、歐洲:

20、1-13日本、1-13，14（11b only）1、6、11為完全無重疊信道在同一個區(qū)域可以存在3個接入點(AP)1 123456 6789101111121322Mhz2.402Ghz2.483Ghz142.4GHz頻段信道分配表信道中心頻率 (MHz)信道低端/高端頻率 (MHz)124122401/2423224172406/2428324222411/2433424272416/2438524322421/2443624372426/2448724422431/2453824472426/2448924522441/24631024572446/24681124622451/24731224672456/24781324722461/2483信道間隔5MHz信道寬度22MHz，從中心頻率左右擴展11MHz802.1