WIFI基础知识培训

1、2013年年12月月21日日 杨量杨量 WLAN基础基础 nWLAN标准 nChannel(信道) nRate(速率) nPower(功率) nEVM(矢量误差) nSensitivity(接收信号灵敏度) nSSID n无线安全 nWPS WLAN电路电路 nTransceiver（收发器） nBalun/Filter/DC block nTX EPA、IPA nRX nRF Switch (射频开关） nCrystal、Oscillate（晶体、晶振） nAntenna(天线) n无线Throughput的干扰因素 nSplitter(功分器) 802.11标准的速率与频段标准的速率与频段

2、 54 Mb/s 22 Mb/s 11 Mb/s 1 Mb/s IEEE 802.11b IEEE 802.11gIEEE 802.11a 2,4 GHz5 GHz 2 Mb/s IEEE 802.11nIEEE 802.11n 11n 1T1R 150Mb/s IEEE 802.11 20031999 2010 1999 1997 11n 2T2R 300Mb/s 2010 802.11标准对比标准对比 n802.11g兼容802.11b; 802.11n兼容802.11b,g,a. Channel(信道信道) n无线信道类似于车 道； n无线信道不是独占 的，而是所有同信 道的AP共用的；

3、 n相同信道上工作的 AP会降低吞吐量； 2.4GHz 信道分布信道分布 每个信道的带宽是22MHz，不同国家能够使用的信道是不一样的 只有3个互不重叠的信道：1,6,11 (或者2,7,12) 1-13信道频率：2412+(n-1)*5 MHz 不同国家的不同国家的2.4GHz信道信道 信道标识符信道标识符 频率（单位：频率（单位： MHz） 调整域调整域 美国美国EMEA日本日本世界其它地区世界其它地区 12412 22417 32422 42427 52432 62437 72442 82447 92452 102457 112462 122467- 132472- 142484- 5G

4、Hz 信道分布信道分布 不同国家能够使用的5GHz频段很不相同，因此802.11a信道更为 零散； 每个信道的带宽是20MHz，而且互不重叠 不同国家的不同国家的5GHz 信道信道 信道标识符信道标识符频率（单位：频率（单位：MHz） 调整区域调整区域 美国美国EMEA日本日本世界其它地区世界其它地区 345170- 365180- 385190- 405200- 425210- 445220- 465230- 485240- 525260- 565280- 605300- 645320- 1005500- 1045520- 1085540- 1125560- 1165580- 1205600

5、- 1245620- 1285640- 1325660- 1365680- 1405700- 1495745- 1535765- 1575785- 1615805- Rate(速率速率) n基本速率： p所有WLAN设备必须支持 p控制帧、广播帧、多播帧采用基本速率发送 p是传输速率的一个子集 n传输速率：WLAN设备能够支持的所有速率 n一般WLAN设备支持自动选择传输速率 ModeModeTransmit Rates (Mbps)Transmit Rates (Mbps)Basic Rates (Mbps)Basic Rates (Mbps) 11b only1, 2, 5.5, 111

6、(default), 2 11g only6, 9, 12, 18, 24, 36, 48, 546, 12, 24(default) 11g - wifi 1, 2, 5.5, 11, 6, 9, 12, 18, 24, 36, 48, 54 1, 2, 5.5, 11, 6, 12, 24(default) 11bg 1, 2, 5.5, 11, 6, 9, 12, 18, 24, 36, 48, 54 1, 2 (default), 5.5, 11 Power(功率功率) nWLAN设备的发射功率，单位mW或dBm ndBm为分贝毫瓦，是以1mW相比的对数值 p dBm = 10 log

7、 (Power / 1mW) p 1mW = 0dBm, 10mW = 10dBm p 100mW=20dBm p 每下降3dB，功率减少一半 p 负的dBm表示功率小于1mW nWLAN发射功率一般不能超过100mW n不同的速率能够使用的最大功率不同 n11g和11b的功率是分别调整的 EVM (error vector magnitude，矢量误差，矢量误差) 是衡是衡 量调制信号质量的一种指标，它表示了接收机量调制信号质量的一种指标，它表示了接收机 对信号进行解调时所产生的对信号进行解调时所产生的I-Q分量与理想分量分量与理想分量 的接近程度的接近程度(接收机有一个最小的内部接收机有一

8、个最小的内部E V M误误 差差)。EVM 值越小，信号的质量越高。值越小，信号的质量越高。 Data Rate (Mbps)Relative Constellation Error (dB) 11a Relative Constellation Error (dB) 11g 6-5-5 9-8-8 12-10-10 18-13-13 24-16-16 36-19-19 48-22-22 54-25-25 IEEE 11g Specifications 11n 20M/40M带宽速率带宽速率(Date Rate） IEEE 11N EVM Specifications Modulati on

9、Coding Data Rate (R) Relative Constellat ion error (dB) 20M 1T1R 20M 2T2R 40M 1T1R 40M 2T2R BPSK1/2-56.5Mbps13Mbps13.5Mbps27Mbps QPSK1/2-1013Mbps26Mbps27Mbps54Mbps QPSK3/4-1319.5Mbps39Mbps40.5Mbps81Mbps 16-QAM1/2-1626Mbps52Mbps54Mbps108Mbps 16-QAM3/4-1939Mbps78Mbps81Mbps162Mbps 64-QAM2/3-2252Mbps104

10、Mbps108Mbps216Mbps 64-QAM3/4-2558.5Mbps117Mbps121.5Mbps243Mbps 64-QAM5/6-2865Mbps130Mbps135Mbps270Mbps Sensitivity(接收信号灵敏度接收信号灵敏度) n衡量WLAN设备能够接收的最小信号强 度 nRSSI：Receive Signal Strength Indicator n不同速率要求的最低接收灵敏度不一样 Data rate (MBps)Minimum sensitivity (dBm) 6-82 9-81 12-79 18-77 24-74 36-70 48-66 54-65

11、IEEE 11N sensitivity Specifications Modulatio n Coding Data Rate (R) 20M 1T1R 20M 2T2R Minimum sensitivity (20M channel) 40M 1T1R 40M 2T2R Minimum sensitivity (20M channel) BPSK1/26.5Mbps13Mbps-8213.5Mbps27Mbps-79 QPSK1/213Mbps26Mbps-7927Mbps54Mbps-76 QPSK3/419.5Mbps39Mbps-7740.5Mbps81Mbps-74 16-QAM

12、1/226Mbps52Mbps-7454Mbps108Mbps-71 16-QAM3/439Mbps78Mbps-7081Mbps162Mbps-67 64-QAM2/352Mbps104Mbps-66108Mbps216Mbps-63 64-QAM3/458.5Mbps117Mbps-65121.5Mbps243Mbps-62 64-QAM5/665Mbps130Mbps-64135Mbps270Mbps-61 信标信标(Beacon) nAP每隔一定时间广播一次Beacon帧 n处于IBSS模式的站点也会定时广播Beacon帧 nBeacon帧包含了很多IE（Information Ele

13、ments），标示了AP的能力。 n站点监听通过AP的Beacon，保持与AP的心跳，或者获知周围AP的情况 SSID nSSID：Service Set ID n区分不同WLAN服务单元的标识（“网络名 字”） p无线是无形，需要标识来表示一个WLAN网络服务 单元 nSSID是一个统称，不同的组网方式，SSID有不 同的称呼 pESSID：Extend Sevice Set ID pBSSID：Basic Service Set ID（AP的MAC地址） pIBSSID：Independent Basic Service Set ID n不同的AP可以使用相同的SSID（组成了ESS） n

14、最大32个字符，可以是任何字符 多多SSID n一个物理AP设备上虚拟出多个逻辑AP设备 n也叫VAP (Virtual AP)，类似VLAN n便于区分不同用途，方便管理 ChinaNet mgmt IPTV n单独设置的参数 p加密方式 pSSID名称 p接入限制 p隐藏SSID n共用的参数 p信道 p功率 p速率 p其他物理参数 无线站点接入无线站点接入3步走步走 1.扫描：获取周围AP的信息(SSID, 加密, 速率)，主动/被动扫描 2.认证：Open或Shared认证 3.关联：成为AP关联的站点 Probe Request Probe Response AUTH AUTH As

15、sociation Request Association Response Data 无线安全：无线安全：WPA / WPA2 nWiFi组织基于IEEE802.11i标准提出 pWPA：草案的IEEE802.11i标准 pWPA2：正式的IEEE802.11i标准 nWPA p128bits RC加密算法 p每个数据帧采用一个密码 pTKIP动态密码管理协议 nWPA2 p采用AES加密算法 p支持128bits,192bits,256bits pCCMP密码管理协议 p支持缓存密钥和预认证 n2种模式 pWPA Enterprise：采用802.1x认证（EAP-TLS,EAP-TTLS

16、, PEAP等） pWPA Personal：采用PSK（预共享密钥） nWPA和WPA2可以共存，TKIP和CCMP也可以共用 使用WPA与WEP加密进行 Throughput或正常使用， AP都会运行在11B、11G 模式去； Wpa2加密方式会运行在 11n模式； WEP加密很容易被破解。 WPS (Wi-Fi Protected Setup) n类似称呼：QSS / SES / AOSS / EZ-SETUP n为了解决无线安全设置比较繁琐、 专业性强的问题 n过程 p站点通过WPS协商过程获得AP 当前的无线安全设置(SSID, 安全 模式，密码) p正常接入到BSS n2种常见的启

17、动WPS协商的方式： PIN和PBC pPIN：在AP上输入站点的PIN码 pPBC：2分钟内分别按下AP和站 点上的按钮 n可以让站点快速接入 WPS协商过程 正常关联过程 启动WPS 启动WPS WiFi 产品的一般射频设计框图产品的一般射频设计框图 今天在这里，我们只讲解与射频电路相关的一些内容，今天在这里，我们只讲解与射频电路相关的一些内容， 发送信号时，收发器本身会直接输出小功率的微弱的射发送信号时，收发器本身会直接输出小功率的微弱的射 频信号，发送至功率放大器（频信号，发送至功率放大器（Power amplifier)进行功率进行功率 放大，然后通过收发开关（放大，然后通过收发开关

18、（Transmit/Receive switch)经由经由 天线（天线（Antenna)辐射至空间、接收信号时，天线会感应辐射至空间、接收信号时，天线会感应 到空间的电磁信号，通过收发开关之后到低噪声放大器到空间的电磁信号，通过收发开关之后到低噪声放大器 （Low noise amplifier, LNA)进行放大，这样，放大后的进行放大，这样，放大后的 信号就可以直接送给收发器进行处理，进行解调。信号就可以直接送给收发器进行处理，进行解调。 产品图产品图 WiFi 产品的一般射频设计框图产品的一般射频设计框图 无线模块图无线模块图 外置外置PA、外置、外置LNA 无线模块图无线模块图 内置内

19、置PA、LNA Transceiver（无线收发器）（无线收发器） 无线收发器一般会是一个设计的核心器件 之一，有时候还可能集成在CPU上，收 发器的datasheet中一般会在开始的几段话 中就指出该芯片支持哪些协议，工作在 什么频率上，几条通路（也就是几发几 收），接口类型，同时，收发器从根本 上决定着整个设计的的无线性能。 Balun Balun：阻抗和相位的转换（差分信号转换成单端信号）, 使用不平衡变压器，原本相位相差180度的差分信号经 过不平衡变压器（俗称巴伦）就可以得到合二为一的 单端射频信号。 主要参数：不平衡阻抗、平衡阻抗、工作频率、不平衡 端口回波损耗、相位变化、插入损耗

20、。 Balun Realtek、Ralink、Atheros常用的分立元件做的转换常用的分立元件做的转换 Filter（滤波器）（滤波器） 我们公司常用的滤波器有带通滤波器、低通波器、型滤 波器。 这些滤波器有三种实现方法：一种是已经设计好的专用 滤波器，第二种是使用分立元件组成的滤波器，第三 种几乎也是Atheros专有的印制电路板滤波器设计，这 种滤波器最突出的优点就是没有成本，最突出的缺点 就是点用空间较大和功率损耗较大，而且还需要净空 区。 带通滤波器主要参数： 输入阻抗、输出阻抗、通频带、通频带内的衰减、通频 带以外的衰减、 Filter（滤波器）（滤波器） 我们常用的滤波器有带通滤

21、波器、低通波器、型滤波器。 这些滤波器有三种实现方法：一种是已经设计好的专用 滤波器，第二种是使用分立元件组成的滤波器，第三 种几乎也是Atheros专有的印制电路板滤波器设计，这 种滤波器最突出的优点就是没有成本，最突出的缺点 就是点用空间较大和功率损耗较大，而且还需要净空 区。 DC block： 隔直作用，保护我们的IQ Flex、IQ View等设备 PA （Power amplifier功率放大器功率放大器) 功率放大器，power amplifier俗称PA，主要的作用就是将 无线收发器送来的射频信号进行功率放大，保证有足 够大的输出功率满足设计需求。 我们的产品很多是把PA集成在

22、Transceiver里面，外置PA 的产品，都是使用IC来实现的。在实际使用PA时，我 们一般会考虑PA如下几项参数： 工作频率、小信号增益、最大线性输出功率、1db压缩点 输出功率、误差向量幅度（EVM）、相邻信道功率比 （ACPR）、噪声系数、是否内建功率检测功能、是否 内建增益控制功能、供电电压、消耗电流。 外置功率放大器（外置功率放大器（EPA） 外置功率放大器（外置功率放大器（EPA） 外置功率放大器（外置功率放大器（EPA） VCC：主电源供电管脚 VC1：一级功率放大供电管脚 VC2：二级功率放大供电管脚 RFIN：射频信号输入管脚 RFOUT：射频信号输出管脚 VB_1：一级

23、功放增益控制管脚 VB_2：二级功放增益控制管脚 DET：内建功率检测输出管脚 VB_1, VB_2都是来自transceiver的控制信号，是直流电压。DET：是功放芯片输出的 发射功率检测值，也是直流电压，RFIN，RFOUT就是两个重要的射频信号管脚。 内置功率放大器（内置功率放大器（IPA） 内置功率放大器电源内置功率放大器电源 RX 介绍介绍 QW4为为LNA（低噪声放大器），（低噪声放大器），FLW2与与RW273、RW274 为可选设计为可选设计 RF Swtich介绍介绍 因为WiFi采用的TDD（时分双工）工作模式，所 以需要一个RF Swtich开关来切换接收通道和发 送通

24、与天线之间的连接。 名词解释： 时分双工:在TDD模式的移动通信系统中，接收和 发送在同一频率信道（即载波）的不同时隙， 用保证时间来分离接收和传送信道。 使用万用表简单测量使用万用表简单测量RF Switch 可使用万用表测试三处是否对地短路可使用万用表测试三处是否对地短路 晶体、晶振（晶体、晶振（Crystal、Oscillate) 晶体、晶振（晶体、晶振（Crystal、Oscillate) 我司的WiFi 产品通常都有20M/40M压控晶 体，提供无线模块运行时钟，同时通过 PLL升频到2.4G的频率，WiFi 2.4G与输 入信号保持一个固定的关系。 crystal的介绍的介绍 如在测试过程中发现如在测试过程中发现Frequency error fail则可调整则可调整 C764、C765两个电容的值，两个电容的值，Crystal装