无线局域网讲解

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(PersonalAreaNetwork)LAN(LocalAreaNetwork)WAN(WideAreaNetwork)MAN(MetropolitanAreaNetwork)PANLANMANWANStandardsBluetoothIEEE802.11b,11a,11g，11n802.16MMDS,LMDSGSM,GPRS,CDMA,2.5–3G-4GSpeed1Mbps1–600Mbps22+Mbps1-7Mbps-100MbpsRange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2.4GISM:工业,科学和医疗频段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（FederalCommunicationsCommission）美国联邦通讯委员会中国无线电管理局IEEE(InstituteofElectricalandElectronicsEngineers)美国电气和电子工程师协会Wi-Fi联盟(Wi-FiAlliance)是一家全球及非营利性的行业协会，致力于通过其测试和认证方案确保基于IEEE802.11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IEEE802.11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（QualityofService,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MIMOOFDM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表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层LLCMACMACLayer载波侦听冲突避让机制CSMA/CA接入控制加密、漫游、节电PhysicalLayer2.4GHz&5.8GHzFHSSDSSSOFDMMIMO1-54Mbps600Mbps100-500m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电场和地面平行为水平极化频率Frequency频率越高提供的带宽越大频率越高,衰减越大，覆盖区域越小1second波长Wavelength波长=光速/频率2.4GHZ波长为12.24CM5.8GHZ波长为5.19CMAP100~500mW网卡30~50mW移动电话200~1000mW微波炉700~1000W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主信号同相90°异相180°异相同相提高振幅异相降低振幅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WAVEPROPAGATION吸收ABSORPTION反射REFLECTION折射RAFRACTION衍射DIFFRACTION衰减LOSS（ATTENUATION）自由空间损耗FREESPACEPATHLOSS多路径MULTIPATH第一菲尼尔区域THEFIRSTFRESNELZONE传播WavePropagationAP天线馈线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天线馈线墙体反射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天线馈线AP天线馈线AP天线馈线AP天线馈线冷空气湿润空气衍射Diffraction无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天线馈线衰减Loss（Attenuation）-30dbm-45dbm-30dbm•-60dbm-30dbm-45dbm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混凝土外墙451.5cm玻璃隔断8自由空间损耗FreePathLoss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天线馈线Client天线馈线1000m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天线馈线Client天线馈线第一菲尼尔区域ThefirstFresnelzone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π/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RF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WMW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）=20DBM10W=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7DB20DBM-27DBM=-7DB减少-7DBdBmmW对应表dBmmWdBmmW0dBm1mW0dBm1mW1dBm1.25mW-1dBm0.8mW3dBm2mW-3dBm0.5mW6dBm4mW-6dBm0.25mW7dBm5mW-7dBm0.20mW10dBm10mW-10dBm0.10mW12dBm16mW-12dBm0.06mW13dBm20mW-13dBm0.05mW15dBm32mW-15dBm0.03mW17dBm50mW-17dBm0.02mw20dBm100mW-20dBm0.01mW30dBm1000mW(1W)-30dBm0.001mW40dBm10,000mW(10W)-40dBm0.0001mW+3db功率增加一倍、+10db功率增加10倍-3db功率减少一倍、-10db功率减少10倍等效全向辐射功率EIRP(EquivalentIsotropicRadiatedPower)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(17dBi)馈线（1dB）Client接收灵敏度-90dB天线(17dBi)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+17dBi-传输损耗-100dB+接收天线增益+17dBi-接收灵敏度-（-90dB）1000m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（ReceiverSignalStrengthIndicator）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ReceiverSensitivity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OFDMOFDMOFDMOFDMCCKCCKDQPSKDBPSK传输速率54Mb/s48Mb/s36Mb/s24Mb/s11Mb/s5.5Mb/s2Mb/s1Mb/s接收灵敏度dBm(forBER=10%)-68-69-75-79-83-87-91-94信噪比SNR(Signal-to-noiseratio)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0102030405060123456速率SNR成正比信干比SIR(signal-to-interferenceratio)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2.3RF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/64QAMOFDMMIMOOFDM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