《wlan基础知识》ppt课件.ppt

1,无线局域网基础,广东和新科技有限公司 ,2,无线局域网是计算机网络与无线通信技术相结合的产物它利用射频（RF）技术，取代旧式的双绞铜线构成局域网络，提供传统有线局域网的所有功能，网络所需的基础设施不需再埋在地下或隐藏在墙里，也能够随需移动或变化使得无线局域网络能利用简单的存取构架让用户透过它，达到“信息随身化、便利走天下”的理想境界WLAN射频技术,3,2019/1/12,4,扩展频谱通信,基本概念: 是一种信息传输方式 ， 发射信号的占有的频带宽度远大于所传信息必需的最小带宽 频带的展宽是通过扩展功能(编码及调制)来实现的，与所传信息数据无关，并只有发射器和接收器知道 在接收端则用相同的扩频码进行相关解调来解扩及恢复所传信息数据,5,WLAN的扩频技术类型,扩频技术包括以下几种方式：直接序列扩展频谱，简称直扩（DS），跳频（FH），跳时（TH），线性调频（Chirp）以及现在流行的正交频分复用（OFDM）此外，还有这些扩频方式的组合方式，如FH/DS、TH/DS、FH/TH等目前在WLAN通信中应用较多的主要是DSSS（直接序列扩频）和OFDM（正交频分复用） 扩频通信技术具有以下特点： 1.很强的抗干扰能力 2.可进行多址通信 3.安全保密 4.抗多径干扰,6,DSSS（直接序列扩频）,直接序列扩频（Direct Sequence Spread Spectrum，简称DSSS） ，就是使用具有高码率的扩频序列，在发射端扩展信号的频谱，而在接收端用相同的扩频码序列进行解扩，把展开的扩频信号还原成原来的信号。

7,原始信号,Direct Sequence spreading of initial signal,Power,Freq,Power,Freq,,,,,,DSSS（直接序列扩频）,8,直接序列扩频技术将2.4Ghz的频宽划分成14个22MHz的通道(Channel)，临近的通道互相重叠，在14个频段内，只有3个频段是互相不覆盖的，数据就是从这14个频段中的一个进行传送而不需要进行频道之间的跳跃 为了弥补特定频段中的噪音开销，一项称为“chipping”的技术被用来解决这个问题在每个22MHz通道中传输的数据中的数据都被转化成一个带冗余校验的Chips数据，它和真实数据一起进行传输用来提供错误校验和纠错由于使用了这项技术，大部分传送错误的数据也可以进行纠错而不需要重传，这就增加了网络的吞吐量DSSS（直接序列扩频）,9,FSSS （跳频扩频）,跳频扩频（Frequency Hopping Spread Sprectrum, 简称FHSS）就是载波可以在一个很宽的频带上按照伪随机码的定义从一个频率跳变到另一个频率10,使用FHSS技术，2.4G频道被划分成75个1MHz的子频道，接受方和发送方协商一个调频的模式，数据则按照这个序列在各个子频道上进行传送，每次在802.11网络上进行的会话都可能采用了一种不同的跳频模式，采用这种跳频方式主要是为了避免两个发送端同时采用同一个子频段。

FHSS技术采用的方式较为简单，这也限制了它所能获得的最大传输速度不能大于2Mbps，这个限制主要是受FCC规定的子频道的划分不得小于1MHz这个限制使得FHSS必须在2.4G整个频段内经常性跳频，带来了大量的跳频上的开销FSSS （跳频扩频）,11,OFDM（正交频分复用）,正交频分复用技术OFDM是一种多载波发射技术，它将可用频谱划分为许多载波，每一个载波都用低速率数据流进行调制它获取高数据传输率的诀窍就是，把高速数据信息分开为几个交替的、并行的BIT流，分别调制到多个分离的子载频上，从而使信道频谱被分到几个独立的、非选择的频率子信道上，在AP与无线网卡之间进行传送，实现高频谱利用率 52 副载波(用于数据 : 48个, 用于导频信号 : 4个) 多种传送速度: 6, 9, 12, 24, 36, 48, 54 Mbps,12,跳频（FH）直扩（DS）技术对比,DSSS,FHSS,FHSS系统采用跳变的频率载波，接收方与发送方协商频率跳变模式 -易于实施 -抗干扰能力强 -吞吐量有限（2-3 Mbps @ 2.4GHz）,DSSS系统采用“chip”代表数据位，称为宽带无线技术 ——吞吐量高（11Mbps) ——覆盖范围更广 ——抗干扰能力弱,扩频技术优势,,(1) 在同样的频率范围内不干扰其它信号带. (2) 对在同一频率范围内其它信号产生的干扰具有免疫性 (扩频和窄带). (3) 很难被截获 (1)+(2) = 不用对频率做任何政策性的规定，扩频系统就可以在同一地理位置内共存多个系统. 免许可证. 对共存系统的限制很小. (2) = 防止拥塞,14,IEEE802.11b DSSS调制方式,补偿码键控(CCK) 11Mbps/5.5Mbps 差动四进制相移键控(DQPSK) 2Mbps 差动二进制相移键控(DBPSK) 1Mbps,15,IEEE802.11a OFDM调制方式,BPSK(二进位移相键控, Binary Phase Shift Keying) QPSK(正交移相键控, Quadrature Phase Shift Keying) 16QAM(正交调幅, Quadrature Amplitude Modulation) 64QAM,16,IEEE802.11g OFDM调制方式,11G协议由于兼容11b协议，因此其调制方式是11a与11b的结合，即工作在6Mbps、12Mbps、24Mbps、36Mbps、48Mbps、54Mbps时与11a OFDM的调制模式相同（BPSK/QPSK/16QAM/64QAM）；当工作在1Mbps、2Mbps、5.5Mbps、11Mbps时与11b DSSS下 的调制模式相同（CCK/DQPSK/BQPSK） 。

无线信号传播,待传信息 (数据/语音),典型的无线系统图,2019/1/12,18,天线基础,全向天线: 在所有水平方位上发射和接收都相等 (在垂直剖面图上有一个方向波形图). 定向天线: 在一个方向上发射和接收大部分的信号功率 天线方向图(射线宽度): 定向天线的方向性发射主波瓣的两边信号功率下降一半时的夹角叫做射线宽度2019/1/12,19,天线的波形图,,,,,,,,全向天线,,,,,,主波瓣,边波瓣,定向天线,进 入 天 线 的 能 量 发 射 到 整 个 空 间 一 个 接 收 器 在 所 有 空 间 所 接 收 到 的 能 量 均 为17dBm (50mW) 进 入 天 线 的 能 量 发 射 到 部 分 空 间 一个远离发射器的接收器在特定的瓣中 接收的能量为 17dBm，它相当于比各向 同 性 分 布 的 能 量 大 得 多对于同样的能量进入天线，一个非各向同性天线可将信号发射到更远的空间 非各向同性天线用它们聚集能量的能力来，用天线增益来表示：,例如 - 一个3dBi增益的天线，辐射能量 的 范 围 在 50% 的 空 间 结论 - 一个3dBi天线和17dBm的输入 相当于(在有效区) 一个各向同性天线接 入20dBm，而事实上天线只辐射了17dBm， 我 们 称 之为 EIRP 辐 射 为20dBm,天线增益 = dBi,非各向同性天线的柱(辐射) 各向同性天线的柱(辐射),2019/1/12,22,天线的征性,极化方向: 电磁波的振动方向。

垂直极化 水平极化,2019/1/12,23,各向同性天线 : 理论上的天线，以一个点为中心在所有方向上等量发射 天线增益 : 天线的方向性并且和各向等向天线有关，用 dBi 表示 一个天线发射 / 接收 To / From 球体的一半有3 dBi 的增益天线特征,,功率 : PdBm = 10 Log PmW 1 Watt = 30 dBm 100 mW = 20 dBm 50mW = 17 dBm 衰减 : AttdB = -10 ×Log ( Pout / Pin ) 例： 功率的一半(Pout / Pin =1/2) AttdB = -10× Log(1/2)= 3dB,,,输入功率,,输出功率,衰减 ( 电缆，介质 .),信号功率,功率与dBm对应关系,25,2019/1/12,26,EIRP (Effective Isotropic Radiated Power): 天线的等效发射功率等于设备 的输出功率减去电缆损失再加上 发射天线的增益: EIRP = Pout - CL+ Gt 接收灵敏度: 一定性能水平所需要的最小信号强度,系统特征,2019/1/12,27,,,路径衰减: 信号在空间传播时信号功率的衰减。

距离 空间环境 天线高度,信号传播,2019/1/12,28,电磁波在空间传播时信号功率的衰减 32.4 + 20xLog Fmhz + 20xLog RKm 在 2.4 GHz : 100 + 20 Log D[km],自由空间衰减,2019/1/12,29,,距离 (KM) 衰减(dB) 5 114 8 118 10 120 12 121.6 15 123.4 18 125.2 20 126,,自由空间衰减,2019/1/12,30,链路预算计算,,发射器,,Gt,,,接收器,接收器的信号接收强度为 : Sr = Pt - Lt + Gt - PL + Gr - Lr,空间衰减PL,Gr,Sr/Pr,Lr,Pt,Lt,31,Pr=Pt-Lt+Gta-Lp+Gr-Lr 其中Ltm=92.5+20logf+20logd （Pr≥Sr） Pr=接收功率 Pt=设备的发射功率 Gt=发射天线的增益 Gr=接收天线的增益 Lt=发射端传输线路衰耗 Lr=接收端传输线路衰耗 Lp=传输空间衰耗 f=使用频率 Sr=设备的接收灵敏度 d=两站之间的距离 Pr≥Sr的预留程度应根据实地电磁环境的复杂程度、链路之间的物理环境和通信距离来定。

一般在近距离的情况下，最少应预留3dBm以上传输距离越远预留增益应越大在远距离时预留增益应在20dBm左右,2019/1/12,32,例子一,Pout = 4 dBm ( 2.5 mW ) Tx 和 Rx 电缆长度 = 10 米 电缆类型 RG214 ( 0.6 dB/米 ) Tx 和 Rx天线增益 = 18 dBi 两点之间的距离 = 3 Km 接收器的灵敏度 : -84 dBm EIRP = Pout-Ct+Gt = 16 dBm Sr= 4-6+18-110+18-6 = -82 dBm 可以建立起链路吗 ??,由于饶射，散射，反射，吸收等原 因信号将会造成信号衰减和失真 反射信号将通过不同的路径到达接 收端，而这些信号将具有不同的路 径长度，不同衰减和不同的延时多径效应,,,,,,,障碍物 (如，建筑物),障碍物 (如, 地面),,Tx 反射器,Rx 接收器,反射波可能会对直射波产生衰减也可能会增强直射号,,多路径接收,衰减,当直射波和反射波的路径不同而造成半个波长倍数的延迟时(相位相反)，将使信号抵销掉 衰减余量：系统接收信号时必须在接收灵敏度以上有一定的余量,天气 (雨和风 ) 雨 :大雨降水量 ( 150 mm/h ): 雪和冰雹 : 衰减可以忽略不计 噪音 (干扰，人造噪音 ） 同样的系统 微波炉 环境 (多路径, 不可视 ）,引起衰减的原因：,2019/1/12,37,可视效果不好: Fresnel半径内不是完全干净. 多路径: 从遮挡物反射 (如，。