WLAN原理.ppt

1、WLAN技术交流,WLAN的原理 技术实现方案 射频的基础知识,使用无线通信技术进行 网络连接的计算机局域网（LAN）就是WLAN(Wireless LAN) 接入技术之一，最早作为有线以太网的补充及拓展，现在发展为重要的无线数据业务技术,WLAN的原理,什么是WLAN,何谓无线局域网 ?,WLAN定义范围,WLAN的原理,WLAN定义的范围,IEEE802.11系列标准,散射红外线(Diffused IR),跳频扩频(FHSS),直序扩频(DSSS),WLAN的原理,物理层(PHY),展频(Spread Spectrum),窄频微波(Narrow band Microwave),波长: 85

2、0nm 950nm 红外线 传输速率: 1、2 Mbps 技术特点： 视线传输 功率受限 接收端指向性 802.11b及以后标准不再定义,WLAN的原理, 红外线传输,WLAN的原理, 窄频微波传输,适用: 大楼间LAN网路连接和不同网路之间的连结 技术特点： Link终端须要有个大的Disk（碟形天线）。 Disk and Disk之间必须保持line of sight的直径距离 微波频率须要特许的授权 半径范围限制在27.5km以内 802.11b及以后标准不再定义,波段：2.4GHz 2.4835GHz 传输速率：1、2 Mbps 技术特点： 将83.5MHz频段划分为75个子信道 定义

3、了22种跳变方式 传输时在不同子信道间调变- 最少2.5跳/秒 抗干扰性较强 802.11b及以后标准不再定义,WLAN的原理, 跳频扩频传输(FHSS),波段：2.4GHz 2.4835GHz 传输速率： Barker 列 + BPSK - 1Mbps Barker 列 + QPSK - 2Mbps CCK + BPSK - 5.5Mbps CCK + QPSK - 11Mbps PBCC + QAM - 22Mbps 技术特点： 用伪随机码调制载波，使难于被解码 将83.5MHz带宽划分为13个宽22MHz的子信道 最多三个相互不重叠的信道,WLAN的原理, 直序扩频传输(DSSS),WL

4、AN的原理, 直序扩频传输(DSSS),DSSS信道频率,WLAN的原理, FHSS、DSSS比较,验证(Authentication) 联接(Association) 安全(Privacy) 数据传输(CSMA/CA) 电源管理(Power Management),WLAN的原理, 数据链路层服务(MAC),双向验证： 客户端 接入点 安全验证方式： SSID - 不同SSID无法建立连接 WEP - 采用RC4加密算法和静态密钥 MAC地址 - 限制可接入的MAC地址 802.1x - 基于逻辑端口的链路层安全验证 EAP - PPP扩展验证方式 RADIUS - 最为广泛应用的应用层验证

5、方式 其他 - 如VPN (IPsec、SSL),WLAN的原理, 验证与安全,扫描 探试信标 重联接 获取新IP地址 信包转发 管制移交 在同一SSID覆盖下才能实现漫游,WLAN的原理, 漫游,CSMA/CD (802.3标准使用) 载波倾听和多重访问/冲突检测 CSMA/CA (802.11标准使用) 载波倾听和多重访问/冲突避免 隐藏终端问题 点协调(PCF) 802.11协议中，提供CSMA/CA机制的功能 RTS/CTS/ACK帧 分布式协调(DCF) AP的选用功能，因此只支持在Infrastructure模式中,WLAN的原理, 数据传输,工作状态 能耗最大 睡眠状态 节电模式

6、 唤醒 信包缓存 唤醒终端 传输数据,WLAN的原理, 电源管理,对等模式 (Ad-hoc) 不需要AP 任两个客户端可直接通讯 无法与其它网络相联 规模较小 集中模式(Infrastructure) 需要一个或多个AP 任两客户通讯必须通过AP 为较大型网络,WLAN的原理, 网络拓扑,IEEE802.11 1997年6月定义,用于解决办公室局域网和校园网中用户终 端的无线接入,速率最高到2Mbps IEEE802.11b 1999年9月定义,主导厂家 3COM,Intersil, Lucent,Nokia, Symbol Technologies ,速率最高到1Mbps, 认定标记为WiF

7、i IEEE802.11a 802.11b无线联网标准的后续标准,速率最高到54Mbps,认 定标记为WiFi5 IEEE802.11g 是一种混合标准，它既能适应传统的802.11b标准，在 2.4GHz频率下提供每秒11Mbps数据传输率，也符合 802.11a数据传输率标准，在2.4GHz频率下提供54Mbps数 据传输率，可兼容802.11, 802.11b WECA 1999年8月,推动无线局域网标准化的组织, Wireless Ethernet Compatibility Alliance,无线以太网兼容联盟,WLAN的原理, WLAN标准发展,具有高移动性，通信范围不受环境条件的

8、限制 不需要施工布线与设计,可以节省成本与时间 便于行动中的特殊人员使用（如大型仓储人员、业务人员） 建网容易，管理方便 微软Windows操作系统已支持WLAN技术标准,WLAN的原理,WLAN的优势,WLAN的原理,常见问题FAQ,电磁辐射量？ 国家规定无线集线器的电磁辐射功率为不超过100mW，比一般手机200mW到1W少很多，并且随发射频率越高，辐射能力越低 抗干扰能力？ 无线局域网一般采用扩频技术，采用适当的室外天线，可以具有较好的抗干扰能力（譬如多径干扰、墙、建筑物、办公器材等）；无线局域网采用2.4GHZ国家开放的频率，一般设备譬如对讲机、医疗设备、家用电器等常规设备均不会产生干

9、扰 覆盖范围？ 一般在室外开阔地有400m的覆盖能力，室内有50m到100m的覆盖能力 无线集线器接入用户数量？ 无线局域网在传送数据采用和以太网类似，一般不超过1024个用户，但由于带宽只有11M，因此建议同时连接到一个无线集线器的用户数量不超过25个。,技术实现方案,基本网络解决方案 运营商级解决方案 无线局域网的市场驱动力 中国移动的商业应用优势 中国移动的WLAN应用 商务合作模式,基本网络解决方案一 （室内无线解决方案),技术实现方案,无 线 桥 接 器1,无 线 桥 接 器2,技术实现方案,基本网络解决方案二 （室外点对点网络连接),技术实现方案,基本网络解决方案三 （室外点对多点

10、网络连接),技术实现方案,基本网络解决方案四 （WLAN和室内覆盖两网合一）,运营商级解决方案（组网）,技术实现方案,运营商级解决方案 （基于RADIUS的认证）,技术实现方案,有线以太LAN,RADIUS服务器,用户机器 (配有客户机适配器),访问点,1.客户机与访问节点间的通信,2.访问节点拒绝所有的该用户访问LAN的请求,3.用户执行网络登陆(用户名和口令),4.RADIUS服务器和客户机进行双向的身份验证并产生WEP密钥,5.RADIUS服务器为访问节点提供密钥,6.客户机适配器和访问节点激活WEP并利用密钥进行传播,无线电传播,运营商级解决方案 （基于SIM卡的认证）,技术实现方案,

11、MSC /HLR,AS,AC,认证请求,认证请求,发送认证请求,返回个人资料信息及鉴权数据,用户发出认证请求 AC将认证请求发送到AS AS检查用户认证要求的有效性 如果有效，AS把信息传递给 MSC，HLR取用户的资料信息 AS发送GSM RAND至用户终端 用户根据存储在SIM卡上的算法 计算得到SERS返回给AS AS比较从用户和HLR传过来的 SERS，如果相符，则允许接入。,技术实现方案,通过网络拓扑图显示AS、AC设备； 实时监控设备的状态,设备故障自动告警； 远程调整设备状态； 查询设备历史告警； 系统配置。,AS manager,运营商级解决方案（网管）,技术实现方案,无线局域

12、网的市场驱动力,网络成为所有类型信息的储藏室已成为事实 人们工作以及生活的大部分时间是花在移动上 离开办公室时不能降低生产力 便携设备稳步增长 无线的引入 70的商业旅行者携带笔记本电脑 移动工作人员平均每年有15次旅行,工作已不再局限于一个地点,作为中国最大的移动运营商，处于高端市场的大部分都是中国移动的用户，中国移动的品牌效益彰显； 已提供GPRS广域无线接入，可以满足用户随时随地无线上网的需求； 无线领域技术优势，长期积累、广泛的业主关系； 可以利用现有认证系统、计费系统，支付非常方便。,技术实现方案,中国移动的商业应用优势,为了发挥出相对优势，中国移动提供和GPRS相捆绑的WLAN业务

13、，用户在热点区域可以通过使用配置双模网卡（WLAN+GPRS）或单模网卡以及内置网卡的笔记本电脑、PDA等终端设备以无线方式接入互联网/企业网； 在WLAN覆盖范围内，提供最高接入速率11Mb/s的无线互联网接入，在WLAN覆盖不到的地区，自动转到中国移动的GPRS网络访问移动互联网； 实现用户在多网间漫游时身份的 统一认证和用户单一帐单等服务。,技术实现方案,中国移动的WLAN应用,在客户流量大的热点地区，可由移动运营商投资建设WLAN； 移动运营商获取经营的全部收入，业主只提供场地； 业主的回报通过提升场地的服务 附加值吸引稳定客户来实现。,技术实现方案,商务合作模式（一）,移动运营商与场

14、所业主建立合作关系； 移动运营商提供网络带宽、计费、认证以及WLAN维护；业主提供场地、WLAN投资和用户资源； 移动运营商负责向已经申请并开通了WLAN业务的用户收取费用，业主在提供租卡业务时负责向租卡用户收取费用。,技术实现方案,商务合作模式（二）,机场休息室和候机室 酒店 展览馆、会议中心 咖啡店、酒吧和餐馆 网吧（自带笔记本电脑） 服务站 政府大楼 教育环境和公共图书馆 购物场所 企业的公共场所 公共交通（火车和国际航班） 医院患者就诊 运动场所 娱乐场所 等。,技术实现方案,WLAN商业覆盖区域,射频的基础知识,索 引,基本物理量和基本概念介绍 常用射频器件、模块及参数介绍,1、基本

15、物理量、基本概念的介绍,功率/电平,功率理论上定义为做功的速率。单位为 mW、W（瓦）、kW等。 电平功率的另一种表示。单位为dBm（取1mW为基准值，以分贝表示的绝对功率电平）。 换算公式：电平(dBm)=10lg(功率mW1mW) 。如 5W10lg5000=37dBm; 10W10lg10000=40dBm.（功率增倍，电平增加3dB） 输出功率指放大器的功率输出能力。常以功率或电平表示。,增益（dB）,增益指放大器或系统的功率放大倍数，单位为分贝（dB）。 增益（dB）=系统输出电平（dBm）系统输入电平（dBm）,插损（dB）,插损插入损耗的简称，表示当电路中接入某一无源器件或部件后

16、所引起的损耗（即衰减）。单位为分贝（dB）。 插损（dB）=器件输出电平（dBm）器件输入电平（dBm）,选择性、带宽,选择性衡量滤波器选择有用信号同时抑制无用信号 的能力。常用带宽BW、矩形系数K0.1来表示。 带宽BW滤波器对信号的衰减为-3dB时所决定的频率宽度。 矩形系数K0.1滤波器对信号的衰减为-20dB(或-40dB、-60dB）时的频宽与滤波器带宽BW的比值。其值越接近于1，滤波器的选择性越好。,K 0.1=BW 0.1/BW,阻抗匹配,阻抗匹配使系统反射系数为零，即无反射时称为匹配。 相应的传输线有三种状态：无反射状态（行波）、全反射状态（驻波）、行驻波。,驻波比、回波损耗,

17、驻波比行驻波状态时，波腹电压与波节电压之比（VSWR）。 回波损耗RL（dB) =反射信号电平（dBm）入射信号电平（dBm）,驻波比回波损耗对照表：,三阶互调,三阶互调若存在两个正弦信号1和2，由于非线性作用将产生许多互调分量|p 1 q 2 |，p+q称为阶。其中的2 12和2 2 1两个频率分量称为三阶互调分量。 三阶互调系数M3三阶互调分量的功率P3和信号1或2的功率P 1（2）之比称为三阶互调系数M3，即M3=10lgP3/P1 (dBc)。M3越小，互调干扰就越小。,噪声系数（NF）,噪声系数（NF）衡量电路或系统的噪声性能好坏（噪声恶化程度）的参数。定义为输入信（载）噪比与输出信

18、（载）噪比的比值。单位为分贝（dB）。 NF（dB）=输入载噪比（dB）输出载噪比（dB） NF（dB）越小，系统噪声性能越好。理想时，NF=0dB（1）。,耦合度,耦合度耦合端口与输入端口的功率比。单位为dB。 耦合度（dB）=耦合端口功率（dBm）输入端口功率（dBm）,耦合度为10dB 损耗为0.7dB,隔离度,隔离度非耦合端口与输入端口的功率比，单位为dB。 隔离度（dB）=非耦合端口功率（dBm）输入端口功率（dBm） 例如：天线隔离度LC指天线1的输出功率与它进入天线2输出端（末级）的功率之比。（图中L1称为转换损耗指天线2上来自天线1的功率（即干扰）与天线2产生的互调产物功率之比

19、。）,天线增益（dB）、天线前后比F/B,天线增益指天线将发射功率往某一指定方向集中辐射的能力。一般把天线的最大辐射方向上的场强E与理想多向同性天线均匀辐射场强E0相比，以功率密度增加的倍数定义为增益，即Ga=（E / E0）2。 天线增益Ga（dB）=10lg Ga（dB） 天线前后比F/B指最大正向增益与最大反向增益之比，用分贝（dB）表示。其值越大天线的方向性越好。,天线方向图（波瓣图）,天线方向图表示天线各辐射方向的场强的图（或者说是天线辐射的电磁波在空间存在的范围）。由于方向图呈花瓣状，又称为波瓣图。 方向图宽度表示天线辐射能量集中的程度，又称半功率波瓣宽度。其定义为辐射功率下降到最

20、大辐射方向的一半（或者说场强下降到最大方向的0.707倍）的两个方向的夹角（20.5）。一般是方向图越宽，增益越低；方向图越窄，增益越高，向前辐射能力强。 E面方向图指与电场平行的平面内辐射方向图。 H面方向图指与磁场平行的平面内辐射方向图。,天线波瓣图,单工、双工,单工有单频单工、双频单工之分。单频（同频）单工制，即收发使用同一频率，由于接收和发送使用同一个频率，所以收发不能同时进行，称为单工。适用于用户少、专业性强的移动通信系统中（如对讲机）。 双工异频双工制，即收发双方使用两个不同的频率，任何一方在发话的同时都能收到对方的讲话。但这种工作方式的缺点是发射机总是工作的，故耗电大。 准双工M

21、S的发射机仅在发话时才工作，而接收机总是工作的，这样MS可省电。准双工与双工制兼容，在移动通信中广泛应用。,2、常用射频器件、模块及参数介绍,放大器（Amplifier）,放大器（Amp.）用于实现信号放大的电路。有低噪声放大器（LNA）和功率放大器（PA）。 主要指标增益、饱和功率(ALC电平）。,滤波器（Filter）、双工滤波器（Duplex）,滤波器通过有用频率信号而抑制无用频率信号的电路、器件或模块。有有源滤波器和无源滤波器之分。 主要指标选频宽度（带宽BW）、选择性、插损、带外衰减。 双工滤波器简称双工器。可把两路不同频段的信号合成一路，或把一条传输线中两路不同频段的信号分成两路。 主要指标插损、隔离度。,环行器、双工环行器,环行器使信号单方向传输的器件。 双工环行器即双工环行滤波器，是一