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WiFi基础知识培训 2013年12月21日杨量 WLAN基础 WLAN标准Channel 信道 Rate 速率 Power 功率 EVM 矢量误差 Sensitivity 接收信号灵敏度 SSID无线安全WPS WLAN电路 Transceiver 收发器 Balun Filter DCblockTXEPA IPARXRFSwitch 射频开关 Crystal Oscillate 晶体 晶振 Antenna 天线 无线Throughput的干扰因素Splitter 功分器 802 11标准的速率与频段 IEEE802 11b IEEE802 11g IEEE802 11a 2 4GHz 5GHz 2Mb s IEEE802 11n IEEE802 11n 11n1T1R150Mb s IEEE802 11 2003 1999 2010 1999 1997 11n2T2R300Mb s 2010 802 11标准对比 802 11g兼容802 11b 802 11n兼容802 11b g a Channel 信道 无线信道类似于车道 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 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 5MHz 不同国家的2 4GHz信道 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 不同国家的5GHz信道 Rate 速率 基本速率 所有WLAN设备必须支持控制帧 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 Power 功率 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 EVM errorvectormagnitude 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 IEEE11gSpecifications 11n20M 40M带宽速率 DateRate IEEE11NEVMSpecifications Sensitivity 接收信号灵敏度 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 IEEE11NsensitivitySpecifications 信标 Beacon AP每隔一定时间广播一次Beacon帧处于IBSS模式的站点也会定时广播Beacon帧Beacon帧包含了很多IE InformationElements 标示了AP的能力 站点监听通过AP的Beacon 保持与AP的心跳 或者获知周围AP的情况 SSID 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 ExtendSeviceSetIDBSSID 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 多SSID 一个物理AP设备上虚拟出多个逻辑AP设备也叫VAP VirtualAP 类似VLAN便于区分不同用途 方便管理 单独设置的参数加密方式SSID名称接入限制隐藏SSID共用的参数信道功率速率其他物理参数 无线站点接入3步走 1 扫描 获取周围AP的信息 SSID 加密 速率 主动 被动扫描 2 认证 Open或Shared认证 3 关联 成为AP关联的站点 Data 无线安全 WPA WPA2 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WPA2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 WPS Wi FiProtectedSetup 类似称呼 QSS SES AOSS EZ SETUP为了解决无线安全设置比较繁琐 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 WiFi产品的一般射频设计框图 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 Poweramplifier 进行功率放大 然后通过收发开关 Transmit Receiveswitch 经由天线 Antenna 辐射至空间 接收信号时 天线会感应到空间的电磁信号 通过收发开关之后到低噪声放大器 Lownoiseamplifier 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 产品图 WiFi产品的一般射频设计框图 无线模块图 外置PA 外置LNA 无线模块图 内置PA LNA Transceiver 无线收发器 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 Balun Balun 阻抗和相位的转换 差分信号转换成单端信号 使用不平衡变压器 原本相位相差180度的差分信号经过不平衡变压器 俗称巴伦 就可以得到合二为一的单端射频信号 主要参数 不平衡阻抗 平衡阻抗 工作频率 不平衡端口回波损耗 相位变化 插入损耗 Balun Realtek Ralink Atheros常用的分立元件做的转换 Filter 滤波器 我们公司常用的滤波器有带通滤波器 低通波器 型滤波器 这些滤波器有三种实现方法 一种是已经设计好的专用滤波器 第二种是使用分立元件组成的滤波器 第三种几乎也是Atheros专有的印制电路板滤波器设计 这种滤波器最突出的优点就是没有成本 最突出的缺点就是点用空间较大和功率损耗较大 而且还需要净空区 带通滤波器主要参数 输入阻抗 输出阻抗 通频带 通频带内的衰减 通频带以外的衰减 Filter 滤波器 我们常用的滤波器有带通滤波器 低通波器 型滤波器 这些滤波器有三种实现方法 一种是已经设计好的专用滤波器 第二种是使用分立元件组成的滤波器 第三种几乎也是Atheros专有的印制电路板滤波器设计 这种滤波器最突出的优点就是没有成本 最突出的缺点就是点用空间较大和功率损耗较大 而且还需要净空区 DCblock 隔直作用 保护我们的IQFlex IQView等设备 PA Poweramplifier功率放大器 功率放大器 poweramplifier俗称PA 主要的作用就是将无线收发器送来的射频信号进行功率放大 保证有足够大的输出功率满足设计需求 我们的产品很多是把PA集成在Transceiver里面 外置PA的产品 都是使用IC来实现的 在实际使用PA时 我们一般会考虑PA如下几项参数 工作频率 小信号增益 最大线性输出功率 1db压缩点输出功率 误差向量幅度 EVM 相邻信道功率比 ACPR 噪声系数 是否内建功率检测功能 是否内建增益控制功能 供电电压 消耗电流 外置功率放大器 EPA 外置功率放大器 EPA 外置功率放大器 EPA VCC 主电源供电管脚VC1 一级功率放大供电管脚VC2 二级功率放大供电管脚RFIN 射频信号输入管脚RFOUT 射频信号输出管脚VB 1 一级功放增益控制管脚VB 2 二级功放增益控制管脚DET 内建功率检测输出管脚VB 1 VB 2都是来自transceiver的控制信号 是直流电压 DET 是功放芯片输出的发射功率检测值 也是直流电压 RFIN RFOUT就是两个重要的射频信号管脚 内置功率放大器 IPA 内置功率放大器电源 RX介绍 QW4为LNA 低噪声放大器 FLW2与RW273 RW274为可选设计 RFSwtich介绍 因为WiFi采用的TDD 时分双工 工作模式 所以需要一个RFSwtich开关来切换接收通道和发送通与天线之间的连接 名词解释 时分双工 在TDD模式的移动通信系统中 接收和发送在同一频率信道 即载波 的不同时隙 用保证时间来分离接收和传送信道 使用万用表简单测量RFSwitch 可使用万用表测试三处是否对地短路 晶体 晶振 Crystal Oscillate 晶体 晶振 Crystal Oscillate 我司的WiFi产品通常都有20M 40M压控晶体 提供无线模块运行时钟 同时通过PLL升频到2 4G的频率 WiFi2 4G与输入信号保持一个固定的关系 crystal的介绍 如在测试过程中发现Frequencyerrorfail则可调整C764 C765两个电容的值 Crystal装载电容尽量选取在10pF到30pF之间 而FB701 FB702只做EMC隔离 R704可改变信号幅度与频率无关 天线的介绍发射天线的基本功能 之一 是把从PA取得的能量向周围空间辐射出去 之二 是把大部分能量朝所需的方向辐射 水平面上各向能量辐射相等的天线称为全向天线 波束宽度 外置天线方向图 内置天线方向图 内置天线的平面方向图 无线传输的干扰因素 障碍物 无线传输的干扰因素 电磁干扰 2 4GHz为ISM频段 不需授权即可使用 同一区域内AP之间的互相干扰 其他工业设备的干扰 微波炉双向寻呼系统等等 WiFi信号穿透损耗估测 Splitter 功分器 功分器主要实现将主路信号分成等分多路信号 我们使用IQFlex测试11N1X2 2X2产品时都需要使用 WiFi产品对人体的电磁辐射是否安全 因WiFi无线网络的发射功率比一般的