WiFi信道、無(wú)線OSI模型與802.11b/g/n
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(一) IEEE 協(xié)會(huì) 與 802.11 標(biāo)準(zhǔn)
在早些年，我們看到比較多的 WiFi 分類(lèi)是按 802.11b/g/n 字母來(lái)區(qū)分，但是隨著 WiFi 協(xié)議的不斷發(fā)展，WiFi 聯(lián)盟對(duì)不同 WiFi 標(biāo)準(zhǔn)指定了新的名字，也就是 WiFi4、WiFi5、WiFi6、WiFi7 按數(shù)字代號(hào)表示；其主要目的是方便大家記憶和區(qū)分。  802.11 be 也就是 WiFi7，預(yù)計(jì)在今年(2024)正式發(fā)布,現(xiàn)在網(wǎng)上可以買(mǎi)到的 WiFi7 設(shè)備，應(yīng)該是預(yù)認(rèn)證設(shè)備，具備 WiFi7 的部分功能，但可能與正式發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)會(huì)存在一些差異。 在介紹各 WiFi 協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)之前，我們先了解一下 WiFi 信道相關(guān)的概念。 (二) WiFi信道目前在安防IPC設(shè)備上，使用比較多的還是 802.11b/g/n 三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，但也有不少?gòu)S家開(kāi)始切換到 802.11ax(WiFi6) 協(xié)議上來(lái)了。 實(shí)際上大部分產(chǎn)品是直接 從 802.11n(WiFi4) 直接切換到 802.11ax(WiFi6)。 為什么不使用 WiFi5，而是從 WiFi4 直接跨越到了 WiFi6 呢？ 因?yàn)?WiFi5 只支持 5GHz 頻段，對(duì)于以前使用 2.4GHz 的設(shè)備就沒(méi)法兼容了。 (1) 2.4Ghz 頻段信道
由于 802.11b (使用 DSSS 調(diào)制技術(shù)頻寬22 MHz) 已經(jīng)淡出 WLAN 網(wǎng)絡(luò)，不考慮兼容性問(wèn)題，通常情況下，可以認(rèn)為1、5、9和13信道也是非重疊信道。
對(duì)于 12~14 信道，不同國(guó)家有不同的要求規(guī)范，實(shí)際產(chǎn)品設(shè)計(jì)需要根據(jù)國(guó)家碼去適配。  (2) 5GHz 頻段信號(hào) 
上面表格數(shù)據(jù)是來(lái)源于華為的一份開(kāi)源文檔，我們可以看到低頻和中頻是被限定在室內(nèi)使用，但是我們查看很多其它的資料，發(fā)現(xiàn)與華為的數(shù)據(jù)對(duì)不上，比如下圖，它們對(duì)我國(guó)在 UNII-1 和 UNII-2 的部分信道并沒(méi)有做限定。  通過(guò)查詢(xún)最新版本上的《中華人民共和國(guó)無(wú)線電頻率劃分規(guī)定》，我們可以看到，華為的數(shù)據(jù)是對(duì)的，在 2023 年我國(guó)有規(guī)定，UNII-1 和 UNII-2 的信道只能在室內(nèi)使用。  所以，對(duì)于中國(guó) 5GHz 可以直接使用的信道，2023年之前的資料會(huì)包括UNII-1 和 UNII-2 里面的信道，但是在2023年之后，UNII-1 和 UNII-2 會(huì)被標(biāo)注為僅限室內(nèi)使用。 (3) 6GHz 頻段信道在 WiFi6 和 WiFi7 中會(huì)使用到一些 6GHz 的信道，但是目前我國(guó)還沒(méi)有開(kāi)放 6GHz 信道的使用。
6GHz 頻段范圍從 5925MHz 擴(kuò)展到 7125MHz，共計(jì) 1200MHz 頻譜。它可以通過(guò)信道綁定成 3 個(gè) 320MHz 信道、7 個(gè) 160MHz 信道、14 個(gè) 80MHz 信道或者是 29 個(gè)40MHz 信道。如果不綁定直接使用，它提供了 59 個(gè) 20MHz 信道。 對(duì)比 2.4GHz 和 5GHz，6GHz 頻段的頻譜資源比前兩者相加還要多。 隨著 WiFi6、WiFi7 逐漸地普及，國(guó)內(nèi)將來(lái)應(yīng)該也會(huì)開(kāi)放一部分 6GHz 的 WiFi 信道 (三) 無(wú)線網(wǎng)中的 OSI 模型計(jì)算機(jī)課程中常用網(wǎng)絡(luò)分層參考7層模型：物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、會(huì)話(huà)層、表示層、應(yīng)用層。
上面這個(gè)模型其實(shí)是非常概括性的，實(shí)際要復(fù)雜很多，從這個(gè)圖上我們看不出以太網(wǎng)與無(wú)線網(wǎng)有什么差別。 以太網(wǎng)與無(wú)線網(wǎng)在 OSI 模型上主要的差異在于第一和第二層，也就是物理層和數(shù)據(jù)鏈路層。 (1) 物理層(Physical Layer)物理層主要負(fù)責(zé)在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間傳輸原始的比特流(0和1)。它涉及物理連接，如電纜、光纖和無(wú)線電波，以及數(shù)據(jù)傳輸?shù)碾姎夂蜋C(jī)械特性。常見(jiàn)的物理層設(shè)備包括網(wǎng)卡、集線器和電纜。 以太網(wǎng)：以太網(wǎng)使用有線連接，如雙絞線電纜或光纖來(lái)傳輸數(shù)據(jù)。物理層定義了傳輸?shù)碾娦盘?hào)、電壓和脈沖等特性。 無(wú)線網(wǎng)(Wi-Fi)：Wi-Fi通過(guò)無(wú)線電波在空氣中傳輸數(shù)據(jù)。物理層涉及無(wú)線頻率的選擇、天線的配置，以及信號(hào)的調(diào)制和解調(diào)方式 (2) 數(shù)據(jù)鏈路層(Data Link Layer)數(shù)據(jù)鏈路層負(fù)責(zé)在相鄰節(jié)點(diǎn)之間建立可靠的通信鏈路。它將數(shù)據(jù)幀從一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送到下一個(gè)節(jié)點(diǎn)，并處理幀的傳輸錯(cuò)誤。數(shù)據(jù)鏈路層還包括 MAC (介質(zhì)訪問(wèn)控制)子層和 LLC (邏輯鏈路控制)子層。常見(jiàn)的設(shè)備有交換機(jī)和網(wǎng)橋。 以太網(wǎng)：在數(shù)據(jù)鏈路層，以太網(wǎng)通常使用以太網(wǎng)幀(Ethernet Frame)進(jìn)行數(shù)據(jù)封裝。MAC 地址用于標(biāo)識(shí)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，并控制對(duì)介質(zhì)的訪問(wèn)(CSMA/CD，載波偵聽(tīng)多路訪問(wèn)/沖突檢測(cè)機(jī)制)。 無(wú)線網(wǎng)(Wi-Fi): 無(wú)線網(wǎng)在數(shù)據(jù)鏈路層也使用幀進(jìn)行數(shù)據(jù)封裝，但 Wi-Fi 幀格式與以太網(wǎng)幀有所不同。Wi-Fi使用 CSMA/CA (載波偵聽(tīng)多路訪問(wèn)/沖突避免機(jī)制)來(lái)管理介質(zhì)訪問(wèn)，并增加了加密(如 WPA/WPA2 )和認(rèn)證(如802.1X)的功能，以增強(qiáng)安全性。 (3) 無(wú)線網(wǎng)數(shù)據(jù)幀封裝對(duì)無(wú)線網(wǎng)的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層再進(jìn)一步劃分，我們可以看到物理層有：PLCP 和 PMD 層，數(shù)據(jù)鏈路層有：MAC 層和 LLC層
這里我們簡(jiǎn)單介紹一下各層的一個(gè)基本功能，詳細(xì)的 WiFi 數(shù)據(jù)幀分析我們將在后面章節(jié)來(lái)介紹。
我們常說(shuō)的802.11 b/g/n等協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)際上是位于物理層。
(4) 物理層擴(kuò)頻技術(shù)擴(kuò)頻技術(shù)是無(wú)線局域網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸使用的技術(shù)，擴(kuò)頻技術(shù)最初是用于軍事部門(mén)防止竊聽(tīng)或信號(hào)干擾。
WiFi(無(wú)線局域網(wǎng)) 使用擴(kuò)頻技術(shù)來(lái)提高通信的可靠性和抗干擾能力，擴(kuò)頻技術(shù)在 WiFi 中的應(yīng)用主要通過(guò)以下幾種方式實(shí)現(xiàn)： (a) 直接序列擴(kuò)頻 (Direct Sequence Spread Spectrum, DSSS) DSSS 通過(guò)將數(shù)據(jù)與一個(gè)偽隨機(jī)噪聲碼 (PN碼)進(jìn)行異或運(yùn)算，將數(shù)據(jù)分散到一個(gè)更寬的頻譜上。這樣做的好處是使得信號(hào)在頻譜中的能量密度降低，從而提高了信號(hào)對(duì)噪聲和干擾的抵抗力。 (b) 跳頻擴(kuò)頻 (Frequency Hopping Spread Spectrum, FHSS) FHSS 通過(guò)快速在多個(gè)頻率之間跳轉(zhuǎn)來(lái)避免干擾,這需要提前在發(fā)送和接收端約定好跳頻的規(guī)律，實(shí)際在WiFi中使用得比較少。 (c) 正交頻分復(fù)用 (Orthogonal Frequency-Division Multiplexing, OFDM) OFDM 使用多個(gè)正交子載波，每個(gè)子載波傳輸數(shù)據(jù)的一部分，這樣就大大降低了多徑效應(yīng)的影響，并提高了頻譜效率。 上面的這三種擴(kuò)頻方式看不懂沒(méi)關(guān)系，下面會(huì)有稍微比較詳細(xì)的介紹。 (四) 802.11b
802.11b 是1999年發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)，為什么它最大的理論數(shù)據(jù)只有11Mps？ 這與802.11b 物理層使用的編碼方式和調(diào)制方式有關(guān)系：
(a) BPSK 與 QPSK調(diào)制方式BPSK: (Binary Phase Shift Keying)每個(gè)符號(hào)代表1個(gè)比特，即每次調(diào)制一個(gè)符號(hào)時(shí)只能傳遞1個(gè)比特。
QPSK: (Quadrature Phase Shift Keying)每個(gè)符號(hào)代表2個(gè)比特，因?yàn)樗梢詤^(qū)分四種相位，所以比BPSK效率更高。 (b) Barker 與 CCK 編碼Barker編碼: Barker 碼是一個(gè) 11 比特序列 (例如10110111000)，在無(wú)線傳輸方面存在優(yōu)勢(shì)，可以有效降低干擾，不過(guò)降低了效率。 每一個(gè)比特編碼為一個(gè) 11 位 Barker 碼，因此而產(chǎn)生的一個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)象形成一個(gè)chip(碎片)。實(shí)際傳輸?shù)男畔⒘渴怯行鬏數(shù)?11 倍。
CCK編碼: (Complementary Code Keying)補(bǔ)碼鍵控,采用了復(fù)雜的數(shù)學(xué)轉(zhuǎn)換函數(shù)，可以使用若干個(gè) 8-bit 序列在每個(gè)碼字中編碼 4 或 8 個(gè)位。 補(bǔ)碼鍵控編碼方式能有效防止噪聲及多徑干擾，缺點(diǎn)是補(bǔ)碼鍵控為了對(duì)抗多徑干擾，技術(shù)復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)困難。 (c) 802.11b 速率計(jì)算關(guān)于802.11b 各速率的計(jì)算： 1Mbps (Barker + BPSK) 調(diào)制方式: BPSK，每個(gè)符號(hào)1比特。 編碼方式: Barker 編碼，每個(gè)符號(hào)被編碼為11位。 結(jié)果: 由于符號(hào)速率是1 MSym/s，BPSK調(diào)制1個(gè)符號(hào)1比特，所以最大理論速率是1 Mbps。 2Mbps (Barker + QPSK) 調(diào)制方式: QPSK，每個(gè)符號(hào)2比特。 編碼方式: Barker編碼。 結(jié)果: 符號(hào)速率1 MSym/s，每個(gè)符號(hào)傳輸2比特，所以最大理論速率是2 Mbps。 5.5Mbps (4-bits CCK + QPSK) 調(diào)制方式: QPSK，每個(gè)符號(hào) 2 比特。 編碼方式: 4-bits CCK編碼，利用復(fù)雜的編碼方式提高了每符號(hào)的比特傳輸效率。 結(jié)果: 雖然每個(gè)符號(hào)代表 2 個(gè)比特，但CCK編碼使得每個(gè)符號(hào)最終可以傳遞 4 個(gè)比特。因此最大理論速率是 5.5 Mbps。 11Mbps (8-bits CCK + QPSK) 調(diào)制方式: QPSK，每個(gè)符號(hào) 2 比特。 編碼方式: 8-bits CCK 編碼，每個(gè)符號(hào)可傳遞 8 個(gè)比特。 結(jié)果: 在QPSK的基礎(chǔ)上，通過(guò)CCK編碼的優(yōu)化使得每個(gè)符號(hào)可以傳輸8個(gè)比特，所以最大理論速率是11 Mbps。 注意：上面 Sym/s 是符號(hào)率/碼元速率的單位，用于表示通信系統(tǒng)中每秒傳輸符號(hào)數(shù)量的單位。
(五) 802.11g
802.11g 可以從 802.11b 中的最大速率 11Mbps 提升到 54Mbps, 核心是使用了OFDM 調(diào)制載波技術(shù)。 (1)正交頻分復(fù)用技術(shù)(OFDM)正交頻分復(fù)用 (Orthogonal Frequency Division Multiplexing ，OFDM) 是一種數(shù)字多載波調(diào)制方案，它通過(guò)在同一單信道內(nèi)使用多個(gè)子載波來(lái)擴(kuò)展單子載波調(diào)制的概念。 OFDM 不是使用單個(gè)子載波傳輸高速率數(shù)據(jù)流，而是使用大量并行傳輸?shù)木o密間隔的正交子載波。每個(gè)子載波均采用傳統(tǒng)的數(shù)字調(diào)制方案。許多子載波的組合可以在等效帶寬內(nèi)實(shí)現(xiàn)與傳統(tǒng)單載波調(diào)制方案類(lèi)似的數(shù)據(jù)速率。
從上圖我們可以看到，當(dāng)某個(gè)載波信號(hào)振幅最高的時(shí)候，也就是信號(hào)強(qiáng)度最強(qiáng)的時(shí)候，其它載波的振幅都剛好為0。 OFDM 基于頻分復(fù)用 (FDM) 技術(shù)，在 FDM 中，不同的信息流被映射到單獨(dú)的并行頻道上，每個(gè) FDM 信道均通過(guò)頻率保護(hù)帶與其他信道分開(kāi)，以減少相鄰信道之間的干擾。 OFDM 方案與傳統(tǒng) FDM 的不同之處在于以下相關(guān)方面：
上圖說(shuō)明了 OFDM 信號(hào)的主要概念以及頻域和時(shí)域之間的相互關(guān)系。 在頻域中，多個(gè)相鄰子載波各自獨(dú)立地用復(fù)數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制。對(duì)頻域子載波執(zhí)行逆 FFT 變換以產(chǎn)生時(shí)域中的 OFDM 符號(hào)。 在時(shí)域中，在每個(gè)符號(hào)之間插入保護(hù)間隔，以防止由于無(wú)線電信道中的多徑延遲擴(kuò)展而在接收機(jī)處引起的符號(hào)間干擾。可以連接多個(gè)符號(hào)來(lái)創(chuàng)建最終的 OFDM 突發(fā)信號(hào)。 在接收器處，對(duì) OFDM 符號(hào)執(zhí)行 FFT 以恢復(fù)原始數(shù)據(jù)位。這里的 FFT 就是高數(shù)中的傅里葉變換。 在802.11g 中，有48個(gè)子載波用來(lái)傳輸數(shù)據(jù)，4個(gè)子載波用來(lái)做相位參考。 為什么802.11g速率可以達(dá)到 54Mbps 呢？ 802.11g 除了使用了OFDM調(diào)制載波技術(shù)，它還使用了64-QAM 的編碼方式。 (2) 64-QAM 編碼方式QAM (Quadrature Amplitude Modulation)正交幅度調(diào)制，在QAM (正交幅度調(diào)制)中，數(shù)據(jù)信號(hào)由相互正交的兩個(gè)載波的幅度變化表示。模擬信號(hào)的相位調(diào)制和數(shù)字信號(hào)的PSK (相移鍵控)可以被認(rèn)為是幅度不變、僅有相位變化的特殊的正交幅度調(diào)制。
64-QAM 中的每個(gè)符號(hào)都是一個(gè)包含 6 位的星座狀態(tài)，每個(gè)符號(hào)是從 000 000 到 111 111 的 64 種不同狀態(tài)中的一種可能組合。由于該調(diào)制方案使用二進(jìn)制數(shù)據(jù)，因此可能的組合總數(shù)使用6 位為 2的6次方，即 64。
相應(yīng)的在WiFi中還有使用16-QAM和256-QAM的編碼方式，16-QAM 傳輸4個(gè)位，64-QAM 傳輸6個(gè)位，256-QAM傳輸8個(gè)位。 在802.11g 中使用的是64-QAM，并且它的編碼率是3/4。 (3) 802.11g 速率計(jì)算數(shù)據(jù)速率是符號(hào)速率、每個(gè)符號(hào)承載的比特?cái)?shù)和信道編碼率的乘積。 調(diào)制方式: 64-QAM，每個(gè)符號(hào)代表6個(gè)比特。 編碼率: 3/4 (前向糾錯(cuò)編碼中使用的編碼率)。 符號(hào)速率: 250 ksps。 每個(gè)OFDM符號(hào)在所有子載波上傳輸?shù)目倳r(shí)間為4微秒 (μs)，其中包括3.2微秒的數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間和0.8微秒的保護(hù)間隔 (Guard Interval)。 因此，符號(hào)周期 (Symbol Period)為4微秒。 由于每個(gè)符號(hào)周期為4微秒，符號(hào)速率為：
由上面的計(jì)算可以知道，802.11g 最大支持的速率是54Mbps。 于此同時(shí)，802.11g可以向下兼容，在不同調(diào)制方式和編碼率下，可以匹配到不同的速率上。
(六) 802.11n (WiFi4)
2009 年更新的 802.11n 也就是 WiFi4，可以同時(shí)支持 2.4G 和 5G 信道，2.4Ghz 的理論速度達(dá)到了 450 Mbps, 5GHz 的理論速度達(dá)到了 600Mbps。同時(shí)支持兩個(gè)頻段，并且速率得到了跨越式的增長(zhǎng)，大大地提升了 WiFi 的使用體驗(yàn)。 就目前而言，很多設(shè)備還是使用的 802.11n 協(xié)議，特別是在安防 IPC 行業(yè)。 那么，從 2003 年的 802.11g 到 2009 年的 802.11n(WiFi4)，又有哪些關(guān)鍵技術(shù)的實(shí)現(xiàn)讓 WiFi4 的速率得到質(zhì)的飛躍呢？
WiFi4 核心的技術(shù)是 OFDM、FEC、MIMO、40Mhz、Short Gi。 (1) 802.11n 的 OFDM這里使用的 OFDM 正交頻分復(fù)用技術(shù)與 802.11g 中使用的是相同的。不同的點(diǎn)是：
數(shù)據(jù)子載波數(shù) x 每個(gè)符號(hào)傳輸比特?cái)?shù) x 載波編碼率 x 符號(hào)速率 = 最大理論速率 52 * 6bit * 3/4 * 250 ksps = 58.5Mbps 數(shù)據(jù)子載波數(shù)量增加了 4 個(gè)，所以速率由 802.11g 的 54Mbps 提升到了 58.5Mbps。 (2) 802.11n 的 FEC前向糾錯(cuò)編碼 (Forward Error Correction，F(xiàn)EC) 技術(shù)在發(fā)送端將原始數(shù)據(jù)塊進(jìn)行編碼，添加冗余信息形成編碼數(shù)據(jù)塊。接收端通過(guò)解析這些冗余信息來(lái)檢測(cè)和糾正傳輸過(guò)程中出現(xiàn)的錯(cuò)誤。 這種方法不需要反饋和重傳，因此可以顯著提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)男剩貏e是在高噪聲或信號(hào)衰減嚴(yán)重的無(wú)線環(huán)境中。
數(shù)據(jù)子載波數(shù) x 每個(gè)符號(hào)傳輸比特?cái)?shù) x 載波編碼率 x 符號(hào)速率 = 最大理論速率 52 * 6bit * 5/6 * 250 ksps = 65Mbps 使用 FEC 編碼之后，速率提升到了 65Mbps (3) 802.11n 的 Short GiGuard Interval (GI) 是指在每個(gè) OFDM (正交頻分復(fù)用) 符號(hào)之間插入的一段保護(hù)時(shí)間，用來(lái)防止符號(hào)間的干擾 (ISI, Inter-Symbol Interference)。這種干擾通常由多徑傳播引起，即信號(hào)在傳播過(guò)程中經(jīng)過(guò)多次反射、折射和散射，從而導(dǎo)致信號(hào)在不同的時(shí)間到達(dá)接收端。 在傳統(tǒng)的 802.11 系統(tǒng)中，GI 的標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度為 800 納秒 (ns)，這個(gè)時(shí)間間隔足夠長(zhǎng)，以消除大部分的符號(hào)間干擾。然而，長(zhǎng)時(shí)間的 GI 也意味著浪費(fèi)了一部分可以用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)間。
為了提高數(shù)據(jù)傳輸效率，802.11n 及后續(xù)標(biāo)準(zhǔn)引入了 Short GI 技術(shù)，將 GI 的長(zhǎng)度從 800 ns 縮短到 400 ns。這一縮短的保護(hù)時(shí)間段帶來(lái)了顯著的性能提升。 由于保護(hù)時(shí)間縮短了400ns，所以每個(gè)符號(hào)周期為4微秒-0.4微秒 = 3.6微秒 符號(hào)率為：277.778ksps
數(shù)據(jù)子載波數(shù) x 每個(gè)符號(hào)傳輸比特?cái)?shù) x 載波編碼率 x 符號(hào)速率 = 最大理論速率 52 * 6bit * 5/6 * 277.778 ksps = 72.2222Mbps 使用 Short GI技術(shù)之后，速率提升到了 72.2222Mbps. (4) 802.11n 信道捆綁802.11n 允許使用 信道捆綁 技術(shù)，將兩個(gè)相鄰的 20 MHz 信道捆綁在一起，形成一個(gè) 40 MHz 的信道。這使得數(shù)據(jù)傳輸可以在更寬的頻譜范圍內(nèi)進(jìn)行。 通過(guò)增加信道寬度，可以承載更多的子載波 (subcarriers)，從而提高數(shù)據(jù)的傳輸速率。
為什么上面兩個(gè)信道捆綁到一起后，子載波數(shù)還多了4個(gè)呢？ 因?yàn)樾诺琅c信道之間有間隙，當(dāng)兩個(gè)信道綁定之后，兩個(gè)信道中間的頻段也可以被使用到。 在 2.4G 模式上最多可以有一個(gè) 40M 信道，在5G模式上 40M 信道數(shù)目因國(guó)家不同而不同，理論上最多有11個(gè) 40M 信道。
數(shù)據(jù)子載波數(shù) x 每個(gè)符號(hào)傳輸比特?cái)?shù) x 載波編碼率 x 符號(hào)速率 = 最大理論速率 108 * 6bit * 5/6 * 277.778 ksps = 150Mbps 2.4Ghz頻段信道捆綁注意事項(xiàng)：在 2.4 GHz 頻段，由于可用的信道較少且信道間隔較窄，通常使用的信道捆綁配置包括：
由于 2.4 GHz 頻段的信道帶寬較小，捆綁時(shí)的信道間隔可能會(huì)導(dǎo)致較高的信道重疊和干擾，因此在這個(gè)頻段使用信道捆綁時(shí)需要特別注意干擾管理。 (5) 802.11n MIMOMIMO(Multiple Input Multiple Output)概念 多輸入多輸出：MIMO 技術(shù)利用多個(gè)發(fā)射天線和接收天線在無(wú)線通信中進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。通過(guò)同時(shí)傳輸多個(gè)數(shù)據(jù)流，MIMO 技術(shù)可以顯著提高無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的吞吐量和覆蓋范圍。 空間復(fù)用：MIMO 技術(shù)允許在相同的頻譜資源上同時(shí)傳輸多個(gè)數(shù)據(jù)流，增加了頻譜的利用效率。這種技術(shù)基于空間復(fù)用原理，即在同一頻段內(nèi)通過(guò)空間分離的數(shù)據(jù)流來(lái)實(shí)現(xiàn)更高的數(shù)據(jù)傳輸速率。
發(fā)射機(jī)的多個(gè)天線意味著有多個(gè)信號(hào)輸入到無(wú)線信道中，接收機(jī)的多個(gè)天線是指有多個(gè)信號(hào)從無(wú)線信道輸出，多天線接收機(jī)利用先進(jìn)的空時(shí)編碼處理能夠分開(kāi)并解碼這些數(shù)據(jù)子流，從而實(shí)現(xiàn)最佳處理，并有效地抵抗空間選擇性衰落。
802.11n 使用了 MIMO 技術(shù)之后，速率可以提升到 150Mbps*n(n為空間流個(gè)數(shù))，n 的最大值為4， 數(shù)據(jù)子載波數(shù) x 每個(gè)符號(hào)傳輸比特?cái)?shù) x 載波編碼率 x 符號(hào)速率 x MIMO = 最大理論速率 108 * 6bit * 5/6 * 277.778 ksps *4 = 600Mbps 所以 802.11n 的最大速率是 600Mbps 我們回到最開(kāi)始的WiFi標(biāo)準(zhǔn)與WiFi世代圖中，我們可以看到 802.11n (WiFi4) 在2.4GHz 的最大速率是 450Mbps,而在 5Ghz 的最大速率是 600Mbps,這是為什么？ 我在網(wǎng)上看的資料是，802.11n 在 2.4GHz 的時(shí)候最大是 3 條數(shù)據(jù)流，而在 5GHz 的時(shí)候最大是 4 條數(shù)據(jù)流。 802.11n 除了上面介紹的 OFDM、FEC、MIMO、40Mhz、Short Gi 這些關(guān)鍵技術(shù)之外，它還有幀聚合、Block Ack 塊確認(rèn)、更加高效的MAC層等技術(shù)使 WiFi 的整體性能得到了很大的提升。 轉(zhuǎn)自https://www.cnblogs.com/liwen01/p/18392118 該文章在 2024/9/4 10:37:38 編輯過(guò) |
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使用 FEC 前向糾錯(cuò)編碼之后，載波編碼率由 802.11g 的 3/4 提升到了 5/6 。
