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1、802.11WLAN802.11WLAN技术基础技术基础软件学院软件学院王长征王长征2023/1/27WLANWLAN原理与技术原理与技术2/282*2MIMO双频小米mini3/28教学索引教学索引WLAN信信道使用道使用新一代新一代WLAN接接入技术入技术WLAN通信通信技术参数技术参数WLAN接接入标准入标准4/281.WLAN接入技术标准接入技术标准标准号IEEE 802.11bIEEE 802.11aIEEE 802.11gIEEE 802.11n标准发布时间1999年年9月月1999年年9月月2003年年6月月2009年年9月月工作频率范围2.42.4835GHz5.1505.35
2、0GHz5.4755.725GHz5.7255.850GHz2.42.4835GHz2.42.4835GHz5.1505.850GHz非重叠信道数324315物理速率（Mbps）115454600实际吞吐量（Mbps）62424100以上以上频宽20MHz20MHz20MHz20MHz/40MHz调制方式CCK/DSSSOFDMCCK/DSSS/OFDMMIMO-OFDM/DSSS/CCK兼容性802.11b802.11a802.11b/g802.11a/b/g/n5/28WLAN信道使用信道使用WLAN工作频段：工作频段：2.4Ghz和和5Ghz工作在工作在2.4Ghz频段的设备频段的设备支
3、持802.11a/b/g/n/ac协议的WLAN设备ZigBee设备微波炉双向寻呼系统双向寻呼系统脉冲雷达系统脉冲雷达系统5Ghz频段频段支持802.11/n/ac协议的WLAN设备其他多媒体通信设备其他多媒体通信设备6/282.4Ghz信道划分信道划分v2.4Ghz每个信道频每个信道频段宽度为段宽度为20MHz；v在多个频道同时工作在多个频道同时工作的情况下，为保证频的情况下，为保证频道之间不相互干扰，道之间不相互干扰，要求要求两个频道的中心两个频道的中心频率间隔不能低于频率间隔不能低于25MHz，在实际使，在实际使用中一般选择用中一般选择1，6，11三个频道进行频率三个频道进行频率规划，同
4、频道间必须规划，同频道间必须两两隔离。两两隔离。信道标号信道标号中心频率中心频率信道低端信道低端/高端高端频率频率1 12412MHz2412MHz2401/2423MHz2401/2423MHz2 22417MHz2417MHz2406/2428MHz2406/2428MHz3 32422MHz2422MHz2411/2433MHz2411/2433MHz4 42427MHz2427MHz2416/2438MHz2416/2438MHz5 52432MHz2432MHz2421/2443MHz2421/2443MHz6 62437MHz2437MHz2426/2448MHz2426/2448
5、MHz7 72442MHz2442MHz2431/2453MHz2431/2453MHz8 82447MHz2447MHz2436/2458MHz2436/2458MHz9 92452MHz2452MHz2441/2463MHz2441/2463MHz10102457MHz2457MHz2446/2468MHz2446/2468MHz11112462MHz2462MHz2451/2473MHz2451/2473MHz12122467MHz2467MHz2456/2478MHz2456/2478MHz13132472MHz2472MHz2461/2483MHz2461/2483MHz25Mhz2
6、5Mhz7/282.4Ghz信道的使用信道的使用v国内国内WLAN普遍使用普遍使用2.4Ghz的的1、6、11信道信道12345678910111234567891011信道信道频率率24002472243724122462121324831213两个频道的中心频率间隔不能低于两个频道的中心频率间隔不能低于25MHz8/285Ghz信道的划分与使用信道的划分与使用5Ghz信道的使用信道的使用v美国美国UNII将将5Ghz频段分为包频段分为包含含24个互不干扰的信道。个互不干扰的信道。v5GHz频段以频段以5Mhz为步进划分为步进划分信道，每个信道信道，每个信道20Mhzv信道编号信道编号n=(
7、信道中心频率信道中心频率GHz5GHz)*1000/5v目前中国目前中国WIFI设备在设备在5GHz可可以使用以使用36,40,44,48,52,56,60,64,149,153,157,161,165共计共计13个信个信道道。9/28教学索引教学索引WLAN信信道使用道使用新一代新一代WLAN接接入技术入技术WLAN通信通信技术参数技术参数WLAN接接入标准入标准10/28（1）天线增益）天线增益v天线增益：定量地描述一天线增益：定量地描述一个天线把输入功率个天线把输入功率集中辐集中辐射的程度射的程度。v在输入功率相等的条件下，在输入功率相等的条件下，天线增益等于实际天线与天线增益等于实际天
8、线与理想的辐射单元在空间同理想的辐射单元在空间同一点处所产生的信号的功一点处所产生的信号的功率密度之比。率密度之比。5dBi室内全向天线室内全向天线室外定向天线室外定向天线11/28（2）天线增益单位）天线增益单位天线增益常用单位是天线增益常用单位是dBi：dBi是以理想点源天线（在各方向的辐是以理想点源天线（在各方向的辐射是均匀的）为参考的基准值射是均匀的）为参考的基准值室内部署的无线路由器的天线增益一室内部署的无线路由器的天线增益一般为般为3 5dBi，室外的一般为，室外的一般为8.5dBi14dBi12/28（3）天线发射功率）天线发射功率天线发射功率单位天线发射功率单位dBm（分贝毫瓦
9、）（分贝毫瓦）vdBm是一个表示功率绝对值的单位，计算公式是一个表示功率绝对值的单位，计算公式为：为：发射功率发射功率=10 lg（功率值功率值/1mW）v为控制为控制WLAN设备电磁辐射，国标规定无线路由设备电磁辐射，国标规定无线路由器的发射功率不能超过器的发射功率不能超过100mW，代入公式可以，代入公式可以计算出以计算出以dBm为单位的值：为单位的值：20dBm小米路由器小米路由器mini的信号接收灵敏度为的信号接收灵敏度为54 Mbps:-72dBm 的含义是什么？的含义是什么？把把-72dBm代入公式，求解出天线能接收的代入公式，求解出天线能接收的最小信号功率为最小信号功率为6.31
10、10-8mW13/28（4）增益对无线通信信号的影响）增益对无线通信信号的影响天线增益高低对无线信号的影响：天线增益高低对无线信号的影响：高增益天线电磁辐射比低增益天线高增益天线电磁辐射比低增益天线大吗？大吗？2dBi5dBi天线是无源设备，没有对功率的放大作用，仅仅天线是无源设备，没有对功率的放大作用，仅仅调整了电磁信号辐射的空间形态，室内天线只要调整了电磁信号辐射的空间形态，室内天线只要离开天线离开天线1米以上，电磁辐射都很小。米以上，电磁辐射都很小。14/28教学索引教学索引WLAN信信道使用道使用新一代新一代WLAN接接入技术入技术WLAN通信通信技术参数技术参数WLAN接接入标准入标
11、准15/28802.112.4Ghz2Mbps802.11a2.4Ghz11Mbps802.11b5Ghz54Mbps802.11b2.4Ghz54Mbps802.11n2.4Ghz5Ghz600Mbps4*4MIMO40Mhz802.11ac2.4Ghz5Ghz6.9GbpsMU-MIMO160Mhz802.11ad60Ghz7Gbps802.11af超级超级WiFiTV空闲段空闲段802.11ah900MhzHaLow低功耗低功耗远距离远距离物联网物联网802.11WLAN标准演进标准演进16/28各标准通信距离模型各标准通信距离模型802.11x覆盖范围：覆盖范围：802.11ad覆盖覆
12、盖1530m；802.11ah覆盖覆盖1km；802.af理论覆盖理论覆盖160km主流接入速度超过主流接入速度超过1Gbps17/28关键技术：关键技术：MIMO、聚合帧等、聚合帧等峰值速率：峰值速率：44 MIMO可达可达600Mbps频点：频点：2.4GHz和和5GHz带宽：带宽：20MHz、40MHz兼容性：兼容兼容性：兼容11a/b/g物理层关键技术物理层关键技术MAC层关键技术层关键技术MIMO信道绑定信道绑定更多子载波更多子载波更短时隙更短时隙GI更高调制速率更高调制速率帧聚合帧聚合Block ACK缩小帧间间隔缩小帧间间隔增强的节能模式增强的节能模式WLANWLAN双频接入技术
13、双频接入技术802.11n802.11n18/28多输入多输出技术多输入多输出技术MIMOvMIMO：多输入多输出：多输入多输出 MIMO可同时启动多条可同时启动多条空间空间流流与与WiFi终端通信终端通信双天线双天线19/28SU-MIMO和和MU-MIMOvSU-MIMO：单用户多输入多输出：单用户多输入多输出 vMU-MIMO：多用户多输入多输出：多用户多输入多输出SU-MIMO同一时间与同一时间与1个个WiFi终端通信终端通信MU-MIMO同一时间与同一时间与3个个WiFi终端通信终端通信20/28小米路由器最高数据率的工作模式？小米路由器最高数据率的工作模式？天线增益天线增益WLAN
14、标准标准频率范围和频率范围和速率速率特色调制方式特色调制方式不同编码调制方式不同编码调制方式下的信号灵敏度下的信号灵敏度35dBiIEEE 802.11a802.11b802.11g802.11n802.11ac2.4GHz300Mbps；5GHz867Mbps；共计共计1167MbpsMIMO-OFDM:BPSKQPSK16QAM64QAM 54 Mbps:-72dBmHT20 MCS7:-69dBmHT40 MCS7:-66dBmVHT20 MCS8:-65dBmVHT40 MCS9:-60dBmVHT80 MCS9:-58dBm小米路由器小米路由器mini设备参数设备参数21/28802
15、.11n不同调制方式的数据率不同调制方式的数据率MCS空间流数空间流数调制方式调制方式码率码率带宽（带宽（20MHz）带宽（带宽（40MHz）GI=800nsGI=400nsGI=800nsGI=400ns01BPSK1/26.57.213.51511QPSK1/21314.4273021QPSK3/419.521.740.5453116-QAM1/22628.954604116-QAM3/43943.381905164-QAM2/35257.81081206164-QAM3/458.565121.61357164-QAM5/66572.213515082BPSK1/21314.4273092
16、QPSK1/22628.95460102QPSK3/43943.3819011216-QAM1/25257.810812012216-QAM3/47886.716218013264-QAM2/3104115.621624014264-QAM3/411713024327015264-QAM5/6130144.427030023364-QAM5/6195216.740545031464-QAM5/6260288.9540600小米路由器mini2.4Ghz下2*2MIMO达到300Mbps的调制方式22/28802.11ac不同调制方式的数据率不同调制方式的数据率Theoretical throu
17、ghput for single Spatial Stream(in Mb/s)MCSModulationtypeCodingrate20 MHz channels40 MHz channels80 MHz channels160 MHz channels800 ns GI400 ns GI800 ns GI400 ns GI800 ns GI400 ns GI800 ns GI400 ns GI0BPSK1/26.57.213.51529.332.558.5651QPSK1/21314.4273058.5651171302QPSF3/419.521.740.54587.897.5175.51
18、95316-QAM1/22628.95460117130234260416-QAM3/43943.38190175.5195351390564-QAM2/35257.8108120234260468520664-QAM3/458.565121.5135263.3292.5526.5585764-QAM5/66572.2135150292.53255856508256-QAM3/47886.71621803513907027809256-QAM5/6N/AN/A180200390433.3780866.7802.11ac协议下协议下1*1MIMO（1条空间流）的调制方式和数据率条空间流）的调制方
19、式和数据率小米路由器mini 5Ghz下2*2MIMO达到433.3*2Mbps的调制方式23/28教学索引教学索引WLAN信信道使用道使用新一代新一代WLAN接接入技术入技术WLAN通信通信技术参数技术参数WLAN接接入标准入标准24/28v合理的射频功率调整合理调整合理调整APAP功率，避免设备间相互干扰。功率，避免设备间相互干扰。合理的信道设计，不合合理的信道设计，不合理的功率设计理的功率设计1116116116111611611161161161116116合理的信道和功率设计合理的信道和功率设计3.WLAN信道使用信道使用25/28手机连接小米路由器的速度为135Mbps,信号强度-
20、34dBm，可以得出什么结论？问题思考问题思考26/28手机与路由器速率协商结果说明手机与路由器速率协商结果说明什么问题什么问题802.11n802.11ac双频天线双频天线2*2MIMO2.4GHz300Mbps5GHz867Mbps135Mbps135Mbps对应：对应：1*1MIMO40MhzMCS7-64-QAMGI=800ns路由器使用路由器使用1根根天线，使用了天线，使用了2.4Ghz的两个相的两个相邻信道，邻信道，40Mhz带宽与手机通信带宽与手机通信-34dBm换算换算为功率密度单为功率密度单位为位为0.0004mW27/28小结小结v802.11802.11系列标准系列标准vWLANWLAN射频技术中的几个概念射频技术中的几个概念v新一代新一代WLANWLAN通信标准通信标准vWLANWLAN信道的分配与使用信道的分配与使用19/20