无线局域网讲解

1、无线网络1WLAN网络概览2WLAN基础知识（物理层）3WLAN基础知识（MAC层）4802.11n技术介绍WLAN属于LAN的范畴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l 2.4G ISM: 工业, 科学和医疗频段l 5.8G 无授权的国家信息基础实施频段ITU-R国际电联无线电通信部门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 )美国电气和电子工程师协会Wi-Fi联盟 (Wi-Fi Alliance) 是一家全球及非

3、营利性的行业协会，致力于通过其测试和认证方案确保基于IEEE 802.11标准的无线局域网产品的可互操作性。 WLAN标准化组织及相关机构IEEE 802.11系列协议发展概况标准描述备注802.11工作在2.4G频段，采用FHSS调制解调技术，2Mbps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，11Mbps已批准802.11e对服务等级（Quality of Service, QoS）的支持已批准802.11g工作在2.4G频段,采用OFDM调制解调技术, 54Mbps已批准802.11h传输功

4、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制定中802.11n工作在2.4G、5.8G采用MIMO OFDM最大速率600Mbps已批准802.11sMesh网状网标准制定中802.11ac工作在5GHz，目标1Gbps制定中WLAN物理层和数据链路层应用层应用层表示层表示层会话层会话层传输层传输层网络层网络层数据链路层数据链路层物理层物理层LLCLLCMACMACMAC Layerl 载波侦听冲突避让机制载波侦听冲突避让机制CSMA/CAl 接入控制接入控制l 加密、漫游、节电加密、漫游、节电Phys

5、ical Layerl 2.4GHz&5.8GHzl FHSS DSSS OFDM MIMOl 1-54 Mbps 600Mbpsl 100-500m 覆盖范围覆盖范围2WLAN基础知识（物理层）2.1RF射频属性2.2RF射频行为特性2.3RF相关计算2.4WLAN 物理层重要参数2.5802.11abgn介绍RF属性极化 POLARITY波长 WAVELENGTH频率 FREQUENCY振幅 AMPLITUDE相位 PHASE极化 PolarityAP 天线天线馈线馈线电场电场电场电波传输方向磁场磁场电场和地面垂直为垂直极化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和地面

6、平行为水平极化频率 Frequency频率频率越高越高 提供的提供的带宽越大带宽越大频率频率越高越高,衰减越大衰减越大，覆盖区域越小覆盖区域越小1 second波长 Wavelength 波长=光速/频率 2.4GHZ 波长为12.24CM 5.8GHZ 波长为5.19CM AP 100500mW网卡网卡3050mW移动电话移动电话2001000mW微波炉微波炉7001000W振幅 AmplitudePower振幅越大、能量越大 网卡功率小于AP功率，AP和网卡功率不对称 微波炉工作在2.4G，功率大，对WLAN影响大相位 Phase主信号主信号同相同相90异相异相180 异相异相同相提高振幅

7、异相降低振幅2WLAN基础知识（物理层）2.1RF射频属性2.2RF射频行为特性2.3RF相关计算2.4WLAN 物理层重要参数2.5802.11abgn介绍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多路径 MULTIPATH第一菲尼尔区域 THE FIRST FRESNEL ZONE传播 Wave PropagationAP天线天线馈线馈线无线电磁波在传播过程中，不断扩散，能量逐渐减小吸

8、收 Absorption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AP天线天线馈线馈线墙墙体体反射 Reflection 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AP天线天线馈线馈线折射 Refraction无线信号从一个介质到达另一个介质时发生折射,改变传播方向信号在穿透密度不同的大气和墙体时会发生折射AP天线天线馈线馈线AP天线天线馈线馈线AP天线天线馈线馈线AP天线天线馈线馈线冷空气湿润空气衍射 Diffraction 无

9、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散射 Scattering 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AP天线天线馈线馈线衰减 Loss（Attenuation）-30dbm-45dbm-30dbm-60dbm-30dbm-45dbm-30dbm-60dbm材质厚度 角度 障碍物 衰减量2.4GHz衰减量（dB)4.5cm厚金属门134.5cm实木门64.5cm中空门44.5cm内部隔断墙49cm砖块645cm混凝土墙1870cm混凝

10、土外墙451.5cm玻璃隔断8自由空间损耗 Free Path Loss 计算公式LP=32.4+（20log10F）+（20log10D）LP 自由空间损耗F 电磁波频率D 传播距离（km）AP100mW 天线天线馈线馈线Client天线天线馈线馈线1000m衰减多少？衰减多少？020406080100120124101001000dB距离（m）距离每增加一倍衰减增加6dB5GHz比2.4GHz衰减高6dB结合1m、10m、100m、1000m的衰减可以估算实际的衰减5G2.4G46自由空间衰减图多路径 Multipath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

11、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。AP天线天线馈线馈线Client天线天线馈线馈线第一菲尼尔区域 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/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2WLAN基础知识（物理层）2.1RF射频属性2.2RF射频行为特性2.3RF相关计算2.4WLAN 物理层重要参数2.5802.11abgn介绍R

12、F计算RF功率表示EIRP计算系统增益计算RF功率表示WMW 常用的功率单位 功率的范围非常大，用W MW表示困难 10W=10000MWDBM 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=40DBMDB 是一个表示功率相对值，表示功率增加多少和减少多少 27DBM-20DBM=7DB 增加7DB 20DBM-27DBM=-7DB 减少-7DBdBm mW对应表dBmmWdBmmW0 dBm1 mW0 dBm1 mW1 dBm1.25 mW-

13、1 dBm0.8 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+

14、3db 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 功率减少一倍、功率减少一倍、 -10db功率减少功率减少10倍倍等效全向辐射功率 EIRP (Equivalent Isotropic Radiated Power)指射频发射机在指定方向上的辐射功率，单位为dBm。EIRPEIRP=36dBm=设备发射功率20dBm-线路衰减-1dB+发射天线增益+17dBi系统增益AP20dBm 天线天线(17dBi)馈线（馈线（1dB）Client接收灵敏度-90dB天线天线(17dBi)馈线馈线系统增益=43dB=设备发射功率20dBm-线路衰减-1dB+发射天线增益+17

15、dBi-传输损耗-100dB+接收天线增益+17dBi-接收灵敏度-（-90dB）1000m 衰减衰减100dB2WLAN基础知识（物理层）2.1RF射频属性2.2RF射频行为特性2.3RF相关计算2.4WLAN 物理层重要参数2.5802.11abgn介绍WLAN 物理层重要参数接收信号强度 RSSI最大接收电平接收灵敏度信号噪声比 SNR信号干扰比 SIR是指接收机处基频信号的功率大小。接收信号强度指示 RSSI （Receiver Signal Strength Indicator）TX:20dBmRSSI:-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

16、够接收的最大接收信号电平，一般用DBM表示。最大接收电平反映了接收机接收强信号的能力，超过最大接收电平将导致接收机饱和，误码率明显升高调制解调方式最大接收电平OFDM-30dBmCCK-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。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调制方式OFDMOFDMOFDMOFDMCCKCCKDQPSKDBPSK传输速率传输速率54 Mb/s48 Mb/s36 Mb/s24 Mb/s11 Mb/

17、s5.5 Mb/s2 Mb/s1 Mb/s接收灵敏度接收灵敏度 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。提供的带宽越高，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)信号强度和干扰的比越大越好2WLAN基础知识（物理层）2.1RF射频属性2.2RF射频行为特性2.

18、3RF相关计算2.4WLAN 物理层重要参数2.5802.11abgn介绍802.11系列协议802.11802.11b802.11a802.11g802.11n标准发布时间19971999199920032009频率范围 2.4G2.4G5.8G2.4G2.4G5.8G非重叠信道 33533、5调制传输技术BPSK/QPSKFHSSCCKDSSS64QAMOFDMCCK/64QAMOFDMMIMO OFDM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, 54协议规范最高600Mbps兼容性N/A

19、与11g产品可互通与11b/g不能互通与11b产品可互通兼容11abg802.11g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)传输支持12种数据速率，最高速率为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标准单台AP TCP最大吞吐量约为24Mbps，网络最大吞吐量72Mbps（3*24）2.4 GHz信道的使用北美地区: 1-11中国、

20、欧洲: 1-13日本、1-13，14（11b only）1、6、11为完全无重叠信道在同一个区域可以存在3个接入点(AP)1 123456 6789101111121322Mhz2.402Ghz2.483Ghz142.4GHz频段信道分配表信道中心频率 (MHz)信道低端/高端频率 (MHz)124122401/2423224172406/2428324222411/2433424272416/2438524322421/2443624372426/2448724422431/2453824472426/2448924522441/24631024572446/24681124622451/24731224672456/24781324722461/2483信道间隔5MHz信道宽度22MHz，从中心频率左右扩展11MHz802.1