《WIFI和BT技术浅析》PPT课件.ppt

WIFI BTWIFI BT技术浅析技术浅析 海信移动技术 2013/02/25 v 1 WIFI BT简介 v 2 WIFI基本原理简介 v 3 WIFI相关射频测试指标介绍 v 4 BT基本原理介绍 v 5 BT相关射频测试指标介绍 v 6 WIFI BT相关问题探讨 1 WIFI BT简介 v WIFI 全称Wireless Fidelity(无线保真)，属于在办公室和家庭中应用的一种短距离 无线通信技术，是一个基于IEEE 80211系列标准的无线网路通信技术的品牌。 它具有通信距离长（相比蓝牙）、数据传输速率高等优势，无线通信的特点使得 WIFI非常适合移动办公用户的使用。WIFI通信遵守的是802.11系列协议 v 蓝牙是一种支持设备短距离通信（一般10m内）的无线电技术。能在包括移动电 话、PDA、无线耳机、笔记本电脑、相关外设等众多设备之间进行无线信息交换 。利用“蓝牙”技术，能够有效地简化移动通信终端设备之间的通信，也能够成功 地简化设备与因特网Internet之间的通信，从而数据传输变得更加迅速高效，为无 线通信拓宽道路。蓝牙采用分散式网络结构以及快跳频和短包技术，支持点对点 及点对多点通信，工作在全球通用的2.4GHz ISM（即工业、科学、医学）频段。 其数据速率为1Mbps。采用时分双工传输方案实现全双工传输。 2 WIFI基本原理简介 802.11ac与802.11ad v 802.11ac作为11n的延续，将沿用802.11n的MIMO(多进多出)技术 ，为它的传输速率达到Gbps量级打下基础,第一阶段的目标达到的 传输速率为1Gbps，目的是达到有线电缆的传输速率. 802.11ac每 个通道的工作频宽将由802.11n的40MHz，提升到80MHz甚至是 160MHz，再加上大约10%的实际频率调制效 率提升，最终理论传 输速度将由802.11n最高的600Mbps跃升至1Gbps 。 v 802.11ad的出现针对的是多路高清视频和无损音频超过1Gbps的码 率的要求，它将被用于实现家庭内部无线高清音视频信号的传输 ，为家庭多媒体应用带来更完备的高清视频解决方案 。工作频率 在60GHz。通过对MIMO技术的支持，在实现多路传输的基础上，将 使单一信道传输速率过1GHz，目前802.11ad草案中显示的资料表 明其将支持近7GHz的吞吐量。 （1）直序列扩频调制技术(DSSS:Direct Sequence Spread Spectrum) IEEE802.11 WLAN的关键技术： （2）正交频分复用技术(OFDM：Orthogonal Frequency Division Mustiplexing ) v (3)MIMO（Multiple In, Multiple Out） u小结：802.11协议的演进过程本质上是调制技术的演进 过程，用户感受到的直观效果是数据传输速率翻倍提 高。当然，数据传输速率提高的代价是对发射信号的 调制精度要求的增加，特别是802.11n协议，所采用技 术上的复杂性使得对器件校准、一致性以及器件性能 方面的要求更加严格。） v （为保证能与802.11b设备在空间和频段上共同使用的兼容性，802.11g在系统 工作时使用与802.11b相同格式的头文件通知相邻11b设备“我要发送数据”，这 样周围的11b设备就会“保持安静”而不对设备的发射信号造成干扰。并且11g 使用的调制方式与11b不同，邻近的11b设备不会接受信息数据，从而实现了 两种不同标准的系统互不干扰地共享同一频段资源。） v 手机连接到热点，连接速率机制： v EACK协议中，我们提议让MPDU的MAC头以基本速率发送，而MSDU以高 速率发送，这样节点发现目远端的节点(或者信道较差的节点)可能解码低速 MAC头，从而获得源地址和目的地址。如果接收的地址正是自己，即使接收 节点不能对高速的MSDU解码，也可以发送一个修正的ACK帧给源节点。而 且，类似于RBAR协议，接收节点可以基于收到的数据帧的SNR计算合适的发 送速率，并利用ACK帧告知发送方。如果源节点接收到ACK帧，获知MSDU 不能被解码，那么可以以合适的速率重新发送数据帧，而不必增加竞争窗口 。如果接收节点连PLCP头和MAC头也不能解码，则假设数据由于碰撞遭到损 坏. 帧结构 802.11 mac 帧格式 v 针对帧的不同功能，可将802.11中的MAC帧细分为以下3类： v v 1）控制帧：用于竞争期间的握手通信和正向确认、结束非竞争期等； v v 2）管理帧：主要用于STA与AP之间协商、关系的控制，如关联、认证、 同步等； v v 3）数据帧：用于在竞争期和非竞争期传输数据。 802.11 帧格式 数据帧 控制帧 RTS 帧 CTS 帧 ACK 帧 PS-POLL 帧 请求发送 - RTS 0001101100001000 Protocol version TypeSub Type To DS From DS More Frag Retry Power MgMT More Data Prot Frame Order FCS Address1Address2 Frame control Duration /ID 802.11请求发送帧 清除发送 -CTS 0001110000000000 Protocol version TypeSub Type To DS From DS More Frag Retry Power MgMT More Data Prot Frame Order FCS Address1 Frame control Duration /ID 802.11清除发送帧 管理帧-Management Frames 管理 Beacon Probe request Probe response Authentication Association Request Association Response Reassociation Request Reassociation Response Disassociation Deauthentication ATIM M M P D U Beacon 0000100000000000 Protocol version TypeSub Type To DS From DS More Frag Retry Power MgMT More Data Prot Frame Order Frame body FCS Address1Address2Address3 Frame control Duration /ID Sequence Control 802.11 Beacon管理帧 探测请求(Probe Request ) 0000010000000000 Protocol version TypeSub Type To DS From DS More Frag Retry Power MgMT More Data Prot Frame Order Frame body FCS Address1Address2Address3 Frame control Duration /ID Sequence Control 802.11探测请求管理帧 连接响应帧 -Association Response 0000000100000000 Protocol version TypeSub Type To DS From DS More Frag Retry Power MgMT More Data Prot Frame Order Frame body FCS Address1Address2Address3 Frame control Duration /ID Sequence Control 802.11连接响应帧 重连接请求帧 -Reassociation Request 0000001000000000 Protocol version TypeSub Type To DS From DS More Frag Retry Power MgMT More Data Prot Frame Order Frame body FCS Address1Address2Address3 Frame control Duration /ID Sequence Control 802.11重连接请求帧 重连接响应帧 -Reassociation Response 0000001100000000 Protocol version TypeSub Type To DS From DS More Frag Retry Power MgMT More Data Prot Frame Order Frame body FCS Address1Address2Address3 Frame control Duration /ID Sequence Control 802.11重连接响应帧 解除连接帧 -Disassociation 0000101000000000 Protocol version TypeSub Type To DS From DS More Frag Retry Power MgMT More Data Prot Frame Order Frame body FCS Address1Address2Address3 Frame control Duration /ID Sequence Control 802.11解除连接帧 解除认证帧 -Deauthentication 0000110000000000 Protocol version TypeSub Type To DS From DS More Frag Retry Power MgMT More Data Prot Frame Order Frame body FCS Address1Address2Address3 Frame control Duration /ID Sequence Control 802.11解除认证帧 ATIM 0000100100000000 Protocol version TypeSub Type To DS From DS More Frag Retry Power MgMT More Data Prot Frame Order FCS Address1Address2Address3 Frame control Duration /ID Sequence Control 802.11ATIM帧 ATIM：Announcement Traffic Indication Message ATIM仅在ATIM 窗口期间传送， ATIM没有负载 v 单台N4010A仪表针对发射机性能可提供的测试项目： 1、对于802.11b（DSSS）模式 发射功率：仪表测量出WLAN发射信号的强度 不同国家对最大功率的限值要求不同，如美国是30dBm，欧洲是 20dBm，而日本是10dBm。我国入网规范的要求是： 等效全向辐射功率应满足 天线增益小于10 dBi时：不大于100 mW或不大于20 dBm。 天线增益不小于10 dBi时：不大于500 mW或不大于27 dBm。 v 3 WIFI相关射频测试指标介绍 v 发射频谱掩模 v 发射频谱分布 N4010A提供的频谱显示，等同于使用频谱分析仪查看信号频谱， 入网规范中对此并无要求。 v 发射加电与掉电坡度 规范中要求对于DSSS和CCK方式，从最大功率的10%上升到90% 的发射加电坡度应不大于2s。 v RF载波抑制 规范中要求对于DSSS和CCK方式，在信道中心频率处测量的RF 载波抑制应比功率谱峰值至15dB。 v 发射中心频率容限 入网规范要求对于DSSS和CCK方式，发射中心频率容限应小于 。 v 发射调制精度 规范中要求对于DSSS和CCK方式，最差情况的向量误差幅度不应 超过归一化采样码片数据的0.35。 v 功率时间关系 该项目为安捷伦提供的测试项，反映发射功率随时间的变化情况， 规范中对此没有要求。 vI/Q信号波形 仪表从发射信号中提取的I/Q信息，不属于射频指标的内容。 v 综合指标指示 该窗口将多种测试结果集合到一起显示，包括了EVM、频率偏移、数 据速率、调制方式、码片时钟频率误差等指标。规范要求对于DSSS和 CCK方式码片时钟频率容限小于20ppm 。 2、对于802.11g（OFDM）模式 v 发射频谱掩模 v 发射频谱分布 v 发射机中心频率泄漏 规范中要求对于OFDM、DSSS-OFDM方式，发射机心频率分量的 能量与发射总功率相比不超过-15 dB。 v 发射中心频率容限 入网规范要求对于DSSS和CCK方式，发射中心频率容限应小于 25ppm。 v发射机星座图差错 规范要求对于OFDM、DSSS- OFDM方式，在OFDM子载波 、OFDM帧和分组上取平均后 的相对星座RMS差错应不超 过下表的限值。 v发射机频谱平坦度 规范要求对于OFDM、DSSS-OFDM方式，在谱线-16-1和+1+16 中，每条谱线的星座图的平均能量与它们的总平均能量相比不超过 2dB。在谱线-26-17和+17+26中，每条谱线的星座图的平均能量 与谱线-16-1和+1+16的平均能量相比不超过+2/-4dB。 v 功率时间关系 vI/Q信号波形 v 综合指标指示 该窗口将多种测试结果集合到一起显示，包括了EVM、频率偏移、数 据速率、调制方式、符号时钟频率误差等指标。规范要求对于OFDM 和DSSS-OFDM方式符号时钟频率容限小于25ppm 。 v 以上基于N4010A介绍了下WLAN发射指标。 v 规范中对于接收机的指标要求包括： 1 最小输入电平 2 最大输入电平 3 相邻信道抑制 附上行业指标要求和入库指标要求 入网入库WIFI射频测试项 v 无委测试 主要测试2412 2472高低信道的TX指标 v 泰尔测试 主要关注2412 2472高低信道的54M 11M接收灵敏度 v 移动入库测试项： Tx关注11M 54M的发射指标 RX关注11b 11g各个速率下最大接收电平、最小接收电平 、邻信道抑制、吞吐量 4 BT基本原理介绍 蓝牙是一种支持设备短距离通信（一般10m内）的无线电技术。能在 包括移动电话、PDA、无线耳机、笔记本电脑、相关外设等众多设 备之间进行无线信息交换。利用“蓝牙”技术，能够有效地简化 移动通信终端设备之间的通信，也能够成功地简化设备与因特网 Internet之间的通信，从而数据传输变得更加迅速高效，为无线 通信拓宽道路。蓝牙采用分散式网络结构以及快跳频和短包技术 ，支持点对点及点对多点通信，工作在全球通用的2.4GHz ISM（ 即工业、科学、医学）频段。其数据速率为1Mbps。采用时分双工 传输方案实现全双工传输。 蓝牙标准的发展 V1.1(1998年): 为最早期版本，传输率约在748810kb/s，因是早期设计，容易受到同频率 之产品所干扰下影响通讯质量。 V1.2: 748810kb/s 的传输率，增加了(改善 Software)抗干扰跳频功能。 V2.1(2004年): 改善了装置配对流程，短距离的配对方面，具备了在两个支持蓝牙的手机 之间互相进行配对与通讯传输的NFC（Near Field CoMMunication）机制。具 备更佳的省电效果。 V3.0(2009年): 核心是“Generic Alternate MAC/PHY”(AMP)，这是一种全新的交替射频技术 ，允许蓝牙协议栈针对任一任务动态地选择正确射频。传输速率更高，功耗更 低。 V4.0(2010年): 包括三个子规范，即传统蓝牙技术、高速蓝 牙和新的蓝牙低功耗技术。蓝牙 4.0的改进之处主要体现在三个方面，电池续航时间、节能和设备种类上。有效 传输距离也有所提升，为60M。 蓝牙技术的特点 很好的抗干扰 能力和安全性 可建立临时 对等连接 全球范围 适用 同时传输 语音数据 近距离通信 功耗低 体积小 蓝牙技术 特点 l蓝牙工作在2.4GHz的 ISM频段 ，全球大多数国家ISM频段的范 围是2.4-2.4835GHz。 l蓝牙采用电路交换和分组交换 技术，支持异步数据信道、三路 语音信道以及异步数据与同步语 音同时传输的信道。 l主设备是组网连接主动发 起连接请求的蓝牙设备， 几个蓝牙设备连接成一个 皮网（Piconet）时，其中 只有一个主设备，其余的 均为从设备。 l蓝牙采用了跳频（ Frequency Hopping）方式来 扩展频谱，抵抗来自这些设 备的干扰。 l提供了认证和加密功能， 以保证链路级的安全。 l蓝牙设备在通信连（Connection） 状态下，有四种工作模式：激活（ Active）模式，呼吸（Sniff）模式 保持（Hold）模式，休眠（Park） 模式，Active 模式是正常的工作 状态，另外三种模式是为了节能所 规定的低功耗模式。 l蓝牙技术通信距离为10m,可根 据需要扩展至100m，以满足不同 设备的需要。 1、2.4GHz ISM 频段 ISM频段：Industry Science and Medical Band （工业、科学、医学） 。 v 信道数：79 个 （0-78） 范围：2.402GHz - 2.480GHz 信道间隔：1MHz 2、调制方式 v GFSK（载波向上频移157kHz表示“1”，向下频移157kHz表 示“0”，速率是1Mbit/s） v BT=0.5（0.5是将数据滤波器的-3dB带宽设定在500kHz， 可以限制射频占用的频谱） v 调制指数=0.28-0.35 v 采用跳频技术1600H/s，T=625s v 采用时分复用多路访问技术(TDD) v 语音信道采用连续可变斜率增量调制（CVSD） v 数据速率： 1MBit/s gross 分组交换或电路交换模式 异步数据和同步语音 v 功率： Class 1:+20dBm (with PA) Class 2:+4dBm（-6-+4dBm） Class 3:0dBm 3、FH/TDD Channel 625 ms t t master slave f(2k)f(2k+1)f(2k+2) 4、跳频 2.4022.480 freq slave master time 5、包的格式 接入码包头内容 72b54b 0-2745b PREAMBLESYNC WORDTRAILER 4644 34246 LSBMSB BCH LAP BRK 接入码 包头 AM_ADDRHEC 3 18 AM_ADDR TYPE FLOW ARQN slave active member address payload type LC flow control ACK/NAK parameterinformation FLOW 1 ARQN 1 SEQN TYPE 4 SEQN retransmit ordering HEC header error check 6、DH1/3/5 分组结构 f(k) 625 s f(k+1)f(k+2)f(k+3)f(k+4) f(k+3)f(k+4)f(k) f(k) f(k+5) f(k+5) f(k+5) 7、微微网（皮网） Master Slave Slave Slave Slave Slave Slave Slave 一个微微网可由8个蓝牙设备组成。 在同一个微微网中，主设备为所有的 设备提供时钟和跳频同步序列。 在同一个微微网中，所有的设备有同 样的跳频序列。 8、分散网 Master Slave Slave Slave Slave Slave Slave Slave Master 两个或更多的微微网在重叠的区 域可以建立特殊的呼叫。 9、微微网的应用（一拖七） 10、建立通信 Standby(缺省) Inquiry(查询) (unknown address) Page(寻呼) (known address) Connection .Active power(活动) Sniff(呼吸) Hold(保持) Park(休眠) Standby 等待加入一个微微网。 Inquiry 邀请周围的无线连接。 Page 连接一个明确的无线链路。 Connected 加入一个皮网(主设备或 者从设备) 5 BT相关射频测试指标介绍 一、发信机测试 目前的蓝牙无线测试规范的版本为0.91版本，它定义了蓝牙 无线测试指标及其测试方法。蓝牙无线测试配置包括一台测 试仪和被测设备（EUT,Equipment Under Test），其中测试 仪作为主单元，EUT作为从单元。两者之间可以通过射频电 缆相连也可以通过天线经空中传输相连。测试仪发送LMP指 令，激活EUT进入测试模式，并对测试仪与EUT之间的蓝牙链 路的一些参数进行配置。如测试方式是环回还是发送方式， 是否需要进行跳频，分组是单时隙分组还是多时隙分组，分 组的净菏是PN9，还是00001111、01010101。测试模式是一 个特殊的状态，出于安全的考虑，EUT必须首先设为“Enalle” 状态，然后才能空中激活进入测试模式。 1、输出功率 测试仪对初始状态设置如下：链路为跳频，EUT置为环回 （Loop back）。测试仪发射净荷为PN9，分组类型为所支持 的最大长度的分组，EUT对测试仪发出的分组解码，并使用 相同的分组类型以其最大输出功率将净荷回送给测试仪。测 试仪在低、中、高三个频点，对整个突发范围内测量峰值功 率和平均功率。规范要求峰值功率和平均功率各小于23dBm 和20dBm，并且满足以下要求：如果EUT的功率等级为1，平 均功率 0dBm；如果EUT的功率等级为2，-6dBm115kHz；Df2avg /Df1avg 0.8。 8、初始载波容限 EUT为环回状态，回送净荷为PN9的DH1给测试仪。 测试仪先将链路置为非跳频，EUT分别工作在低、 中、高三个频点，然后测试仪再将链路置为跳频。 测试仪根据4个前导码计算载波频率f0，要求与标 称频率fTX的差小于75kHz。 9、载波频率漂移 初始状态同（3），EUT分别工作在低、中、高三个 频点，回送调制信号为10101010的DH1/DH3/DH5分组。 测试仪先根据4个前导码计算载波频率f0，然后每10 比特净荷测试一次频率，其与初始载频的差为瞬时 频率漂移。最后测试仪将跳频打开，重新测试所有 频点下的瞬时频率漂移。瞬时频率漂移之间的差定 义为漂移速率。对于DH1分组，要求每次的瞬时漂移 小于25kHz，对于DH3、DH5分组，要求载波瞬时漂移 小于40kHz。规范还要求载波漂移速率小于 4000Hz/10s。 二、收信机测试 对于收信机测试来说，所有指标的测试都是基于误 比特率的统计，并且至少要统计1600000个比特。 众所周知，在误帧率较大的情况下统计误比特率没 有任何意义，因此，为了准确测试收信机的性能， 测试仪必须能测试由以下6种情况导致的FER：CRC 误差、不正确的净荷长度、同步字出错、HEC出错、 EUT给MT8850A回送NACK分组、在预期的时隙内没有 收到EUT发送的分组。下面介绍蓝牙收信机的测试。 1、单时隙灵敏度 初始状态同1.1（3），EUT分别工作在低、中、高三个频点，回送调制 信号为PN9的DH1分组。依照蓝牙规范的要求，测试仪控制其输出功率， 以使EUT的收信功率为-70dBm。蓝牙规范允许EUT发送的射频信号具有 75kHz的初始误差和40kHz的频率漂移，即总共允许有115kHz的误差。此 外，还要考虑调制、符号定时等引起的误差。假如EUT的收信机性能由 一个输出“完美”信号的测试仪来测试，其测试结果不足以提供冗余度来 适应真正的无线传输环境，用户将得到一个关于收信机质量的错误结果。 经验告诉我们，对于有扰测试，蓝牙收信机的灵敏度一般会劣化4