WIFI基础知识ppt课件.pptx

WIFI知识培训 培训内容 具体有如下几方面 今天着重介绍RF基本的参数和调试方面内容 基本概念无线产品的介绍无线测试RF射频参数设计的注意事项调试方法 什么是WIFI WLAN是WirelessLocalAreaNetwork 无线局域网 的缩写 与蓝牙技术一样 都是近距离的无线技术 蓝牙技术的电波覆盖范围约15米 而WLAN的覆盖半径室内最高可以达到100米 室外最高可以达到300米 Wi Fi wirelessfidelity 无线保真 的缩写 实质上是一种商业认证 具有Wi Fi认证的产品符合IEEE802 11无线网络规范 它是当前应用最为广泛的WLAN标准 采用2 4G和5G两个频谱 无线局域网使用的无线电波和微波频率由各个国家的无线电管理部门规定 不同的国家有不同的电波法规 一般分为两种 即专用频段和自由使用频段 专用频段是需要经过批准 发执照或许可证 并需要交纳相关费用 有偿使用 的独自使用频段 而自由频段是指工业 科研和医疗所用的频段或其他不需要执照 许可证 的频段 2 4G属于自由频段 该频段存在的干扰较大 应用无线通信技术将计算机设备互联起来 不再使用通信电缆将计算机与网络连接起来 而是通过无线的方式连接 从而使网络的构建和终端的移动更加灵活 无线在当今时代 应用极其广泛 不受限于时间和地点的无线网络 满足各行各业 农业 工业 航空 WLAN的标准和发展 1 802 11全球第一个无线局域网标准IEEE802 11标准是由IEEE成立的无线局域网委员会于1997年6月制定的 作为第一代无线局域网准 IEEE802 11建立了无线局域网的拓扑结构 定义了媒体访问控制 MAC 协议和物理层的规范 并允许无线局域网及无线设备制造商在一定范围内建立互操作网络设备 802 11标准速率最高只能达到2Mbps 由于它在速率和传输距离上都不能满足人们的需要 因此 IEEE小子又相继推出了802 11b和802 11a两个标准 2 802 11b在2 4GHzISM频段开发更高速率的物理层标准 在1999年提交了IEEE802 11b标准 该标准的传输速率最高可达11Mbps 比IEEE802 11标准快5倍 扩大了无线局域网的应用领域 被成为 Wi Fi 标准 另外 也可根据实际情况采用5 5Mbps 2Mbps和1Mbps带宽 实际的工作速度在5Mb s左右 是普及最广的标准 WLAN的标准和发展 5 802 11n在高吞吐量上有很大突破 是目前最新的无线网络技术标准 结合了很多技术 其中包括SpatialMultiplexingMIMO 空间多路复用多入多出 20和40MHz信道和双频 以便形成很高的速率 可以实现最高450Mbps 3T3R时最大的理论速率 同时能与802 11b g兼容 6 80211 i802 11i标准结合802 1x中的用户端口身份验证和设备验证 对WLAN的MAC层进行修改与整合定义了严格的加密格式和鉴权机制 以改善WLAN的安全性 Wi Fi联盟计划采用802 11i标准作为WPA的第二个版本 并于2004年初开始实行 802 11i标准在WLAN网络建设中相当重要 数据的安全性是WLAN设备制造商和WLAN网络运营商应该首先考虑的问题 只有用户数据的安全性得到了保证 WLAN产品才会有强大的市场 WLAN的标准和发展 3 802 11a在5GHzUNII UnlicensedNationalInformationInfrastructure 频段开发新的物理层标准 在1999年提交了IEEE802 11a标准 该标准的传输速率最高达到54Mbps 有更广阔的应用前景 因此该标准又被视为下一代高速无线局域网络 被称为 Wi Fi5 标准 802 11a使用OFDM调变技术 并选择干扰较少的5GHz频段 它不能与802 11b兼容 由于2 4G频带已经被广泛使用 采用5G的频带让802 11a具有更少的冲突优点 然而 高载波频率也带来负面的影响 802 11a几乎被限制在直线范围内使用 这导致必须使用更多的接入点 同时还意味着802 11a不能传的像802 11b那么远 因为它更容易被吸收 4 802 11g该标准拥有802 11a的传输速率 载波频率是2 4G 安全性较802 11b好 采用两种调制方式 含802 11a中采用的OFDM与802 11b中采用的CCK 做到与802 11b兼容 无线产品介绍 目前市场上的主流WLAN产品主要包括 无线网卡 消费类AP 3G无线路由器 大功率AP 采取的芯片方案主要有 Broadcom Ralink Realtek Atheros 1 无线网卡无线网卡的作用能跟普通电脑有线网卡一样 是用来用户上网的 它是一个信号收发设备 只有连接AP类的接入点后 才能够正常上网 市场上无线网卡的接口主要有 USB MINIPCI MINIPCIe 无线产品的介绍 2 消费类AP无线AP AP为AccessPoint简称 一般翻译为 无线访问节点 它主要是提供无线工作站对有线局域网和有线局域网对无线工作站的访问 在访问接入点覆盖范围内的无线工作站可以通过它进行相互通信 通俗的讲 无线AP是无线网和有线网之间沟通的桥梁 由于无线AP的覆盖范围是一个向外扩散的圆形区域 因此 应尽量把无线AP放置在无线网络的中心位置 而且各无线客户端与无线AP的直线距离最好不要超过30米 以避免因通讯信号衰减过多而导致通信失败无线路由器 无线路由器是单纯型AP与宽带路由器的一种结合体 它借助于路由器功能 可实现家庭无线网络中的Internet连接共享 实现ADSL和小区宽带的无线共享接入 另外 无线路由器可以把通过它进行无线和有线连接的终端都分配到一个子网 这样子网内的各种设备交换数据就非常方便 无线路由器就是AP 路由功能和交换机的集合体 支持有线无线组成同一子网 直接接上MODEM 无线AP相当于一个无线交换机 接在有线交换机或路由器上 为跟它连接的无线网卡从路由器那里分得IP AP不能直接跟ADSLMODEM相连 所以在使用时必须再添加一台交换机或者集线器使用上面的拓扑架构时 AP和无线路由的用法是一样的 不过 大部分无线路由器由于具有宽带拨号的功能 因此可以直接跟ADSLMODEM连接进行宽带共享 无线产品的介绍 消费类AP软件主要特性 支持IEEE802 3 IEEE802 3u 802 11b g n 802 11i 802 11e支持DHCP和Client功能支持静态路由和动态路由功能支持通过WEB页面版本升级功能支持DMZ功能支持恢复出厂设置功能支持QoS功能支持无线安全认证 WEP WPA WPA2 TKIP AES WPA PSK WPA2 PSK WPA WPA2Mixed 支持广域网多种连接方式 StaticIPAddress DynamicIPAddress PPPoverEthernet PPPOE PPTP L2TP 支持远程访问 支持防火墙功能 支持系统日志3 大功率AP也叫热点 他可以分为胖AP和瘦AP 胖AP可以单独工作 本身集成了无线接入功能 优点是功能多 缺点是配置复杂 维护成本高等 瘦AP不能单独工作 它必须配合AC控制器才能实现正常的上网 无线产品的框架 无线产品图片 WLAN的组网 1 AP模式针对我们大多数用户来说 在一些小型办公室和家庭用户中 我们可以用一个无线路由器进行组网 红色部份可以使用带WIFI的XDSL产品 WLAN的组网 2 WDS模式由于房屋基本都是钢筋混凝土结构 并且格局复杂多样 环境对无线信号的衰减严重 所以使用一个无线AP进行无线网络覆盖时 会存在信号差 数据传输速率达不到用户需求 甚至存在信号盲点的问题 为了增加无线网络的覆盖范围 增加远距离无线传输速率 使较远处能够方便快捷地使用无线来上网冲浪 这样就需要用到我们无线路由器的桥接或WDS功能 比如一个小型企业 网络是从B部门接入的 但如果只是在B部门放一个无线路由器 那么A C部门上网就会出现信号弱 或者某些区域没有信号 为了解决这个问题 在A C部门各放一个无线路由器 A C无线路由器和B之间可以通过WDS无线连接 这样就能实现三个部门无线大面积覆盖上网 实际上WDS组网一般采取的都是星型结构 而组网的AP也就3 5台 太多会出现效率不高 同时同频干扰会非常严重 导致上网会变得更慢 WLAN的组网 3 APClient模式APClient模式其实类同于上面提到的WDS 只是在协议上有所不同 APClient相当于AP同时具有AP和Client二重功能 它可以像网卡一样实现自动连接 网络从A进来 B相对于A来说就是网卡的功能 同时B相对C来讲它就是AP的功能 理论上可以这样循环下去 有效的实现资源共享和组网 而实际上每增加一个AP 带宽的利用率就降低了50 所有WDS和APClient二种组网模式实用的范围不能太大 但是可以非常有效的解决小区域内信号不好的问题 信道 无线信道就和车道一样 并不是某一个AP和设备独占的 而是同一个信道上的设备都是共用一个信道 所以才会出现相同信道的上设备会相互干扰 会降低产品性能和吞吐量 在AP密集型的区域我们最好避免无线的信道用在同一个channel 802 11b g n 2 4G频谱里通常涉及到14个信道 分别是Channel1 14 而且不同国家对channel使用情况是不一样的 比如美国用到的是ch1 ch11 日本用到是ch1 14 其他地区一般用到是ch1 ch13 5G的频道里涉及的信道非常之多 从5100MHz延伸到5945MHz 每个国家用到的频道比较有限 一般大多是在中低频带200MHz范围内 5 150 51250GHz一般用在室内 FCC的规定内功率不超过50mW 5 250 5 350GHz一般用在室内和室外 FCC的规定的功率不超过250mW 5 725 5 825GHz一般用于室外 FCC规定的功率不超过1W 调制 Modulation 方式 802 11b有称HighRate DSSS 简称HR DSSS 它支持两种Preamble的长度 为Long Preamble与ShortPreamble 属于可选项 他不支持1Mbps的速度 所以不见得所有的11b设备都支持ShortPreamble 802 11b所采用的coding方式有BarkerCode和CCK ComlimentaryCodeKeying 802 11a g所用的技术是OFDM OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing 技术 OFDM是一种特殊的多载波传输方案 它可以被看作是一种调制技术 也可以被当作一种复用技术 多载波传输把数据流分解成若干个子比特流 这样每个子数据流将具有低得多的比特速率 用这样的低比特率形成的低速率多状态符号再去调制相应的子载波 就构成多个低速率符号并行发送的传输系统 正交频分复用是对多载波调制 MICM Multi CarrierModulation 的一种改进 它的特点是各个子载波相互正交 所以扩频调制后的的频谱可以相互重叠 不但减少了子载波间的相互干扰 还大大提高了频谱利用率 测试仪器 AglientN4010A LitePointIQnxn IQview IQflex RF射频参数 RF可以说是WIFI产品的灵魂 一个基本的RF电路 可分为传送端 Transmitter 与接受端 Receiver 两部分 实际上 WIFI是以半双工的方式轮流作传送与接受的射频部分的主要参数介绍涉及到如下几个重要指标发射功率 Transmitpower EVM ErrorVectorMagnitude 频谱模板 SpectralMask 频偏 FrequencyError 接收灵敏度 Sensitivity 功率平坦度 Spectralflatness 天线 Antenna 发射功率 发射功率 Transmitpower WLAN设备的发射功率 单位mW或dBm dBm为分贝毫瓦 有时也以dBr来表示是以1mW相比的对数值dBm 10log Power 1mW dBm的参考点为千分之一瓦 1mW 0dBm 10mW 10dBm 100mW 20dBm 每下降3dBm 功率减少一半 每增加3dBm 功率表示2倍 负的dBm表示功率小于1mW 每下降10dBm 功率为十分之一 一般来说普通AP功率不超过100mW 也就是FCC里规定的功率不超过20dbm 如果功率下降了3dBm 那么计算下来就是输出只有50mW 这里解释下 我们双天线和单天线的区别 理论上来讲 双天线并不会比单天线传得远 只是稳定性和方向性会好很多 尤其是在隔墙后效果会好点 发射功率校准模式 BCM功率模式校准时是得到一组PA参数 后写入到NVRAM里去 好处是ATE测试时间效率高 不好处是 会有些个别的板功率不在范围之内RALINK功率模式校准是针对11G54M进行的 在EEPROM里其他速率补偿是11NHT20 HT40MCS7 11B11M 针对54M进行补偿 低速率对各自高速率进行补偿RELTEK功率模式分别针对11B11M 11NHT40进行校准 11G和11NHT20另外进行差值补偿 EVM 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 EVM计算方式 一般按 来算 接是IQ分量与理想分量差异有多少 大多数标准里是以相对值来表示 就是db 他们之间的转换关系是db 20logEVM 下面列出11a g n的EVM802 11的规范标准 频谱模块 描述了发射信号的频谱分布 反映了信号能量的集中范围 要确保主信道外没有过多的功率发射 如果带外的能量多的话 会影响到相邻信道的通信按正常的信道的带宽是22MHz 但在IEEE的规范里面 在扩展的频宽里许可一定能量的信号比如在11b模式下 在 22MHz带宽里许可 30dBr的功率 频偏 频偏 FrequencyError 频率偏移 的简称 指调频波的瞬时频率对于载波频率的最大偏离量 本振频率偏差 在解调过程中产生相位误差 致使有效信号幅度下降 增加误码率 产品的频偏通常产品发射射频信号频偏不允许超过 15ppm 当然产品频偏越小 射频信号质量会越好天线的工作频率范围 无论是发射天线还是接收天线 它们总是在一定的频率范围内工作的 通常 工作在中心频率时天线所能输送的功率最大 偏离中心频率时它所输送的功率都将减小 接受灵敏度 接收灵敏度 Sensitivity 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 如果一个设备接受灵敏度不够好的 那么在远距离或者隔墙传输过程中 因为信号的严重衰减 会导致性能下降 甚至是不能正常工作 IEEE里规范了RX的标准 参考下面的标准 功率平坦度 功率平坦度 Spectralflatness 反映信号子载波的功率变化 它测量每个子载波的平均功率对所有子载波的平均功率的偏移 11b没有平坦度 是因为其采用的调制方式是单载波调制 11g n采用的是OFDM 正交频分复用 调制方式 天线 天线 Antenna 天线是能有效将高频振荡电流 能量 转变为无线电波 或将无线电波转变为高频电流 能量 起到能量转换作用 天线按方向性分为全向天线 定向天线等 用途分为通信天线 电视天线 雷达天线等 按工作频率分为短波天线 超短波天线 微波天线等 按外型分为线状天线 面状天线天线主要技术指标有工作频率 增益 驻波 极化 阻抗 天线 天线增益 单位是dBi 指的是天线在某一个方向的辐射的程度 一般是指PEAK增益 他和我们平时提到的功率dBm是不一样的概念 也不是增益越大越好 一个天线好坏 不能只看增益是否足够大 更重要的是其方向性 一个方向天线增益大了 那么必定牺牲另一个方向的增益 如我们先前用的是3dBi后改成了5dBi 那么在某一个方向的性能就会下降了 驻波VSWR 表示天线和馈线的匹配情况 如果在不匹配的情况下 信号就会有一部分反射回来 最终变成热量 下面是SWR的波图 2 4 2 45 2 5G3点的SWR 一般来说越小越好 大多厂家能做到V1 1 V1 5 极化 目前我们用到天线基本都是垂直极化 实际上是天线辐射时产生的电场强度方向 如振动的波形是垂直地面的话就是垂直极化 波形是平行地面的话就水平极化 就比如我用一根绳子上下和左右抖动一样 天线方向性 测试讲解 无线产品设计 SCH EBOM LAYOUT设计备料 EV生产调试板的性能测试 TX RX SI信号 兼容性 穿墙性能 可靠性测试 雷击 EMC ESD 高低温 压力测试 稳定性测试 设计的注意事项 阻抗控制 这个是所有WIFI产品的在设计时最重要的因素 在我们设计原理图就要考虑进去 我们的射频走线需要做多宽的线 线间距多少 PP层厚度多少 这些我们在前期设计时可以通过Polar或者CPPCAD这2个软件进行计算 比如射频2 4G阻抗一般控制50R 在PCB厂家给我们工程确认的时候 我们也要对阻抗确认清楚 也保证EV DV的板阻抗控制和PCB跌层结构是一样的 厂家目前一般的PP材质有2116 0 12mm 7268 0 18mm 1080 0 076mm 不过不同厂家都不一定一样 一般来说厂家会根据我们提供的资料进行微调的 4层板D1要至少2倍H1 2层板H1远远大于D1 下面是Polar软件计算方法 供参考 设计的注意事项 设计的注意事项 射频走线方面 除非是有SPEC里有特殊要求的 我们尽量要做到短截线 下面有图片介绍 这样尽量保证的阻抗的连续性 不要走直角 尽量走弧线 射频线的边上有尽量多