一、Wi-Fi主要技術(shù)原理

1、Wi-Fi概念

Wi-Fi是WLAN（無(wú)線局域網(wǎng)，Wireless Local Area Network）目前最主流的一種技術(shù)，基于IEEE 802.11 系列協(xié)議。

Wi-Fi的原意是一種認(rèn)證標(biāo)志，通過(guò)認(rèn)證的設(shè)備保證能按照802.11協(xié)議相互兼容。全球的認(rèn)證機(jī)構(gòu)是Wi-Fi聯(lián)盟（WFA），其前身是WECA（無(wú)線以太網(wǎng)兼容性聯(lián)盟，Wireless Ethernet Compatibility Alliance）。

2、Wi-Fi基本工作原理

半雙工時(shí)分系統(tǒng)：同一區(qū)域、同一頻點(diǎn) / 信道、同一時(shí)間只有一個(gè)設(shè)備能發(fā)送報(bào)文。

工作模式：主要采用DCF（分布式協(xié)調(diào)，Distributed Coordination Function），即通過(guò)CSMA/CA（載波偵聽(tīng)多路訪問(wèn)/沖突避免，Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance）技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)信道共享。

類似于以太網(wǎng)802.3協(xié)議中的CSMA/CD（載波偵聽(tīng)多路訪問(wèn)/沖突檢測(cè)，Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection），由于Wi-Fi是半雙工的，所以進(jìn)行了調(diào)整。

CSMA/CD能檢測(cè)沖突，但不能“避免”； CSMA/CA在發(fā)送是不能檢測(cè)沖突，只能盡量“避免” 。

環(huán)境中的Wi-Fi設(shè)備 / 終端多了，整體的傳輸效率就會(huì)急速降低，所有時(shí)間都被用來(lái)傳信令報(bào)，無(wú)法進(jìn)行正常的數(shù)據(jù)通信。因此，能搜索到的Wi-Fi信號(hào)越多，Wi-Fi環(huán)境就越差。盡管不可能控制終端數(shù)量，但至少應(yīng)該盡量少部署Wi-Fi設(shè)備，降低功率（減小其影響范圍），盡量不要發(fā)布過(guò)多的SSID！

3、Wi-Fi主要技術(shù)參數(shù)——頻段

頻段：兩個(gè)主要頻段2.4GHz，5GHz頻段

2.4GHz：

中國(guó)開(kāi)放了13個(gè)信道（ 2.402～2.483 GHz），但北美只開(kāi)放11個(gè)信道，所以建議只使用1～11信道。

適用協(xié)議：802.11b / g / n，其中802.11n支持雙頻工作。

2.4GHz是ISM頻段（工業(yè)/科學(xué)/醫(yī)學(xué)用頻段，Industrial Scientific and Medical Band）中的一段，各國(guó)都開(kāi)放，因此許多無(wú)線技術(shù)都采用該頻段（主要有：微波爐、藍(lán)牙和ZigBee、Wi-Fi、車庫(kù)門控制器、無(wú)繩電話、無(wú)線鼠標(biāo)、一些無(wú)線家用設(shè)備） 。

2.4GHz頻段上存在許多非Wi-Fi的干擾源。

子信道劃分間隔是5MHz，Wi-Fi的工作頻寬是22MHz，所以相鄰信道的Wi-Fi信號(hào)之間有干擾，必須至少間隔5個(gè)子信道才相互無(wú)干擾。

5GHz：

中國(guó)開(kāi)放了5.8GHz和5.1GHz兩個(gè)頻段

5.8GHz（5.725～5.850GHz）頻段：含5個(gè)互不干擾的子信道（149，153，157，161，165），也屬于ISM頻段

5.1GHz（5.150～5.350GHz）頻段：含8個(gè)互不干擾的子信道（36，40，44，48，52，56，60，64）

適用協(xié)議：802.11a / n / ac，其中802.11n支持雙頻工作

2.4GHz和5GHz頻段：

無(wú)線信號(hào)衰減公式：Los=32.4+20lg(F)+20lg(R)

其中：Los(dB)是衰減，F(xiàn)(MHz)是頻率，R(km)是距離

所以：2.4GHz的衰減慢，穿墻性能好；5GHz的衰減快，穿墻性能差

最早的802.11a / b，分別工作在5GHz和2.4GHz，但考慮到覆蓋能力，之后主要在2.4GHz頻段發(fā)展。直到802.11n開(kāi)始追求高速率，才又轉(zhuǎn)向5GHz發(fā)展。

穿墻性能好，意味著覆蓋范圍大，但同時(shí)也意味著接受干擾源的范圍大

其它頻段：

60GHz：802.11ad（WiGig），最高可達(dá)7Gbps，覆蓋距離只有幾米，一般用于鄰近設(shè)備間的超高速傳輸

470～710MHz：802.11af（White-Fi / 超級(jí)Wi-Fi），使用“在電視頻率之間使用頻率較低的白色空間”即為電視頻道保留的緩沖頻段，占用空間帶寬與現(xiàn)有的廣電頻道帶寬一致，速率可達(dá)426.7Mbps（6/7MHz）和568.9Mbps（8MHz）（采用MIMO+STBC技術(shù)，4空間流與4廣電頻道），覆蓋距離可達(dá)1.6公里，缺點(diǎn)是需要廣電放開(kāi)該頻段

900MHz：802.11ah（Wi-Fi HaLow / Sensor-Fi），使用900MHz（非電視空白頻段），速率為100kbps，覆蓋距離為1公里，低功耗，用于WSN（無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，Wireless Sensor Networks）和IoT（物聯(lián)網(wǎng)，Internet of Things）

4、Wi-Fi主要技術(shù)參數(shù)——速率

關(guān)聯(lián)速率和實(shí)際吞吐量：

以下描述的都是Wi-Fi的關(guān)聯(lián)速率

在實(shí)際傳輸時(shí)，由于有Beacon幀（信標(biāo)）類的短報(bào)文、傳輸延遲、競(jìng)爭(zhēng)避讓等因素，最大的有效吞吐量只有關(guān)聯(lián)速率的50%！

2、3個(gè)設(shè)備以最大關(guān)聯(lián)速率發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，整個(gè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)利用率最高；設(shè)備數(shù)量再增加，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)總體的吞吐量會(huì)急速下降！

802.11：只有1、2Mbps兩種速率：

采用FHSS（跳頻擴(kuò)頻，F(xiàn)requency Hopping Spread Spectrum）和DSSS（直接序列擴(kuò)頻，Direct Sequence Spread Spectrum）技術(shù)，發(fā)送頻率為1MSps，即每秒發(fā)送1M個(gè) Symbol（符號(hào)）

Symbol為11bit的Barker碼

采用BPSK（二進(jìn)制相移鍵控，Binary Phase Shift Keying）編碼方式，此時(shí)每個(gè)Symbol代表1bit，速率為1Mbps

采用QPSK（正交相移鍵控，Quadrature Phase Shift Keying）編碼方式，此時(shí)，每個(gè)Symbol代表2bit，速率為2Mbps

802.11b：共4種速率，增加5.5、11Mbps兩種速率，向下兼容802.11

采用HR-DSSS（高速直接序列擴(kuò)頻，High Rate Direct Sequence Spread Spectrum），發(fā)送頻率提高到1.375MSps

Symbol為8bit的CCK（補(bǔ)碼鍵控，Complementary Code Keying）碼

采用4序列時(shí)，加上四種相位調(diào)制，每個(gè)Symbol代表4bit，速率為5.5Mbps

采用64序列時(shí)，加上四種相位調(diào)制，每個(gè)Symbol代表8bit，速率為11Mbps

802.11a/g：支持6、9、12、18、24、36、48、54Mbps八種速率；802.11g向下兼容802.11b，共12種速率

采用OFDM（正交頻分復(fù)用，Orthogonal Frequency Division Multiplexing）技術(shù)

總頻寬20MHz：

劃分成64個(gè)子載波

前6個(gè)、后5個(gè)作為保護(hù)

中間1個(gè)DC不工作

實(shí)際工作有52個(gè)子載波，其中4個(gè)用作導(dǎo)頻（PS，Pilot Signal），48個(gè)傳數(shù)據(jù)

工作周期為4μs：

1÷20MHz=0.05μs

0.05×64=3.2μs

3.2+0.8=4μs，其中0.8μs為循環(huán)前綴（CP，Cyclic Prefix），用于保護(hù)，稱為GI（保護(hù)間隔，Guard Interval）