WLAN基础与原理

WLAN基础与原理2008-3什么是WLAN什么是WLANWLAN是WirelessLAN（无线局域网）的简称：基于IP的，能提供一定范围内的高速数据连接；采用2.4GHz或5.8GHz无线频率（ISM频率）传输，没有线缆限制；传输距离几十米，采用特殊技术可以达到几百米以上；WiFi是WirelessFidelity（无线高保真）的简称，主要指WiFi论坛组织，负责设备的互操作性的认证（非强制性）；802.11系列标准，IEEE制定的一个无线局域网标准，主要用于解决局域网中，用户与用户终端的无线接入。WLAN的网络结构WLAN的网络结构WLAN标准族（一）WLAN标准族（一）日本采用的等同于IEEE802.11h的规范IEEE802.11j无线局域媒质接入控制层安全性增强协议IEEE802.11i额外定义了物理层方面的要求（如信道化、跳频模式等）IEEE802.11h2.4GHz频段高速物理层扩展IEEE802.11g支持IEEE802.11的接入点互操作协议（IAPP）IEEE802.11fMAC层增强——服务质量保证（QoS）IEEE802.11e物理层方面的特殊要求IEEE802.11d物理层和媒质接入层规范——2.4GHz频段高速物理层扩展IEEE802.11b物理层和媒质接入层规范——5.8GHz频段高速物理层规范IEEE802.11a物理层和媒质接入层规范IEEE802.11负责的技术领域标准编号WLAN标准族（二）WLAN标准族（二）与其他网络的交互性IEEE802.11u无线网络管理IEEE802.11v无线网络性能预测IEEE802.11tMesh网状网IEEE802.11s快速漫游IEEE802.11rVLAN的支持机制IEEE802.11q车载条件下的无线通信IEEE802.11pVoWLANIEEE802.11o高速物理层和媒质接入层规范IEEE802.11n对IEEE802.11规范体系进行维护、修正和改进IEEE802.11m射频资源管理IEEE802.11k负责的技术领域标准编号WLAN标准演进WLAN标准演进WLAN标准演进802.11IEEE在1997年推出的第一代WLAN标准；定义了无线局域网的物理层以及MAC层标准；定义了物理层数据的传输方式：两种使用2.4GHz的RF传输方式：DSSS（直接序列扩频）以及FHSS（调频扩频）采用红外线传输方式采用DSSS或FHSS技术时，传输速率有1Mbps和2Mbps在MAC层采用了类似与有线以太网CSMA/CD协议的CSMA/CA协议；WLAN标准演进WLAN标准演进802.11b：1999年推出，802.11标准的扩展；对802.11的物理层要求作出修改；兼容802.11，保留DSSS方式的调制方式；采用2.4GHz频段，采用CCK调制方式速率增加了5.5Mbps和11Mbps两种速率；可选5.5Mbps、11Mbps、22MbpsDSSS/PBCC＋前向纠错编码（FEC）必选5.5Mbps、11MbpsCCK必选2MbpsDSSS/DQPSK必选1MbpsDSSS/DBPSK强制性数据速率物理层实现方式WLAN标准演进WLAN标准演进802.11a：1999年推出；采用5.8GHz频段，采用OFDM调制技术，速率可以达到54Mbps；不能和802.11b兼容；WLAN标准演进WLAN标准演进802.11g：2003年推出，组合11b和11a的优点；采用2.4GHz频段；引入了OFDM调制方式，速率可以达到54Mbps；兼容802.11b；可选5.5Mbps、11Mbps、22Mbps、33MbpsPBCC可选6Mbps、9Mbps、12Mbps、18Mbps、24Mbps、36Mbps、48Mbps、54MbpsDSSS-OFDM必选6Mbps、9Mbps、12Mbps、18Mbps、24Mbps、36Mbps、48Mbps、54MbpsOFDM必选1Mbps、2Mbps、5.5Mbps、11MbpsDSSS/CCK强制性数据速率物理层实现方式WLAN标准演进WLAN标准演进802.11n：正在制定和完善；包括了2.4GHz和5.8GHz频段，保持对802.11b/g/a的兼容；使用MIMO、OFDM等技术，目前速率达到108Mbps，并最终达到320~600Mbps。其他802.11重要的标准其他802.11重要的标准802.11e增强了802.11的MAC层，提供了QoS保障；能保证WLAN提供VoIP等业务；802.11i和802.11x为WLAN提供认证和安全机制；802.11q实现对VLAN的支持，可以使用一个AP向不同用户提供不同业务以及权限；IEEE802.11与国标对应IEEE802.11与国标对应IEEE802.11GB15629.11-2003IEEE802.11bGB15629.1102-2003IEEE802.11aGB15629.1101-2006IEEE802.11gGB15629.1104-2006WiFi使用频率WiFi使用频率2.4GHz频段的划分使用工作频率范围为2400~2483.5MHz，属于无需申请的ISM频段；由于使用ISM频段，频率干扰无可避免；83.5MHz带宽，划分为13个信道，每个信道带宽为22MHz；相邻的信道间有重叠尽量不要同时使用，造成干扰；在同一个覆盖其余只可以同时使用3个互不重叠的信道；CH5CH10CH4CH9CH3CH8CH13CH2CH7CH12CH1CH6CH112.4122.4372.462Fre.(GHz)WiFi使用频率WiFi使用频率5.8GHz频率的划分使用工作频率范围为5725~5850MHz；可用带宽为125MHz，划分为5个信道，每个信道带宽为20MHz；相邻信道互不重叠；MHz5725574557655785580558255850WiFi使用频率WiFi使用频率由于信道衰落等条件限制，目前WLAN多用2.4GHz频率；ISM（Industrial、Scientific、Medical）频段使用无需申请、无需缴纳频率占用费；在我国2.4GHz设备的使用，要求满足《信部无[2002]353号》文件；其他使用2.4GHzISM频段的设备其他使用2.4GHzISM频段的设备蓝牙设备无绳电话ZigBee遥控设备视频监控。。。。。。802.11b/g协议简介802.11b/g协议简介802.11b/g协议定义了WLAN物理层以及MAC层的协议标准；上层协议LLC子层MAC子层物理层数据链路层802.11802.11b/g物理层802.11b/g物理层采用2.4GHz频段；每个信道占用带宽不大于20MHz；采用DSSS/CCK（11b）或OFDM（11g）；支持多种的调制速率：802.11b的速率包括1MbpsBPSK、2MbpsQPSK、5.5MbpsCCK以及11MbpsCCK；802.11g兼容11b，并且补充了OFDM6Mbps、9Mbps、12Mbps、18Mbps、24Mbps、36Mbps、48Mbps、54Mbps；OFDM技术简介OFDM技术简介OFDM（正交频分复用）每个载波间的频率是正交的，也就是说在每个载波频率的峰值上其它所有载波的幅度为零；这样各个载波可以重复排列，有效地提高频谱的利用率；优点：具有频谱资源灵活配置、抗多径衰落、带宽扩展性强、频谱利用率高等；缺点：峰均比过高、对频率要求高、处理复杂；在WiFi、WiMax、3GPPLTE、3GPP2UMB、（DVB）数字电视、（DAB）数字广播等领域得到应用；OFDM技术简介OFDM技术简介什么是正交频率：（OrthogonalFrequency）正交可以这样理解：两个信号的频谱，当其中一个频谱达到最大值（峰值），而另一个为零；如果两个信号正交之间没有干扰；ff1f2f3f4f5f6?fOFDM技术的优/缺点OFDM技术的优/缺点优点提高了频谱利用率；减少多径带来的码间干扰；频谱资源配置灵活；缺点峰均比过高，要求使用高线形度的功放，设备成本高，功放效率低；对频率要求高，对频率的偏差敏感；处理复杂，OFDM涉及了大量的FFT和IFFT运算；802.11gOFDM调制方式802.11gOFDM调制方式子载波频率间隔为312.5kHz；符号周期为4uS；调制方式包括：BPSK、QPSK、16-QAM、64QAM；编码方式：1/2、2/3、3/4；空口调制速率包括：6Mbps、9Mbps、12Mbps、18Mbps、24Mbps、36Mbps、48Mbps、54Mbps802.11gOFDM调制方式802.11gOFDM调制方式调制精度星座的平均功率；个子载波的检测点；符号的第个个帧的第复平面上第；个子载波的理想符号点符号的第个个帧的第复平面上第被测量帧的数目；分组长度；000kOFDMji),,(),,,(kOFDMji),,(),,,(PkjiQkjiIkjiQkjiINLfpMeasurementCompleteIEEE802.11gFrequency:2.462GHzRefLevel:-28.1dBmExternalAtt:0dBSweepMode:SingleTriggerMode:FreeRunTriggerOffset:-10?PreambleType:ShortPLCPModulation:11MbpsCCKPSDUDataLength:1/4095BytesCaptureMemoryNoofSamples440000Marker1CaptureTime10msGateOff-32.27dBmRef-28.1dBmAtt/El0.00/0.00dBBurst1(1)190.779?0.0000ms10.0000ms1.0000ms/div-114-104-94-84-74-64-54-44-34ASGL1ConstellationvsSymbolMarker1Quadrature-0.7095Inphase-0.6917-0.710.71-0.710.71B1Date:9.APR.200720:11:52MeasurementCompleteIEEE802.11gFrequency:2.462GHzRefLevel:-22.7dBmExternalAtt:0dBSweepMode:SingleTriggerMode:FreeRunTriggerOffset:-10?PreambleType:OFDMModulation:18MbpsQPSKPSDUDataLength:1/1366CaptureMemoryNoofSamples440000Marker1CaptureTime10msGateOff-25.76dBmRef-22.7dBmAtt/El0.00/0.00dBBurst12(12)190.779?0.0000ms10.0000ms1.0000ms/div-107-97-87-77-67-57-47-37-27ASGL1ConstellationvsSymbolMarker1Quadrature-1.1452Inphase-1.1931-1.001.00-1.001.00B1Date:9.APR.200719:44:47fNipLjkRMSNPLkjiQkjiQkjiIkjiIErrorfp101521202052),,(),,(),,(),,(WLAN基本概念WLAN基本概念WLAN基本概念802.11数据的封装802.11数据的封装LLCMACPHY802.11MSDU上层数据流MPDUPSDUPPDU调制/解调MAC帧格式MAC帧格式MAC帧结构：帧头：包括了帧控制域、持续时间/ID域、地址域以及顺序控