無線網(wǎng)絡(luò)

B站鏈接

一、電磁波的傳輸

電磁波傳播方式

地波（低于2MHZ）

天波(2MHZ–30MHZ)

直線波(30MHZ以上)

電磁波的發(fā)射與接收裝置——天線

• 作用：將電磁波輻射到空間中或收集電磁波

• 輻射模式：全向天線、有向天線

• 天線類型：

• 拋物面反射天線

• 偶極天線

• 天線增益：主要與天線有效面積有關(guān)：

  $$\begin{gathered} G=\frac{4\pi A_e}{{\lambda }^2}=\frac{4\pi f^2{A}_e}{c^2} \\ G:增益 \\ {A}_e:有效面積 \\ F:載波頻率 \\ \lambda :載波波長 \\ C:光速 \end{gathered}$$

• 天線高度與傳輸距離：

  $$\begin{gathered} d=3.57(\sqrt{K{h}_1}+\sqrt{K{h}_2}) \\ {h}_1,h_2分別為接收發(fā)送天線的高度 \\ K=\frac{4}{3} \end{gathered}$$

二、 無線信號(hào)接收

電磁信號(hào)成功接收條件

• 接收端信號(hào)強(qiáng)度足夠大（聲音足夠大）

• 信噪比足夠大（不能背其他人說話蓋過）

• 信號(hào)不失真（不能怪腔怪調(diào)）

無線傳輸過程中收到的各類影響

• 衰減和衰減失真

• 自由空間損耗
  $$\begin{gathered} \frac{P_t}{P_r}=\frac{(4\pi d{)}^2}{{\lambda }^2}=\frac{(4\pi fd{)}^2}{c^2} \\ {P}_t:發(fā)送功率 \\ {P}_r:接收功率 \end{gathered}$$

  $$\begin{gathered} Lbf=32.5+20lgF+20lgD \\ Lbf:自由空間損耗(dB) \\ D:距離(km) \\ F:頻率(MHz) \end{gathered}$$

  ? 頻率越高，衰減越明顯

• 信號(hào)接收強(qiáng)度
  $$\begin{gathered} RSS=P_t+G_t+G_r?L_c?Lbf \\ RSS:接收信號(hào)強(qiáng)度 \\ {P}_t:發(fā)射功率 \\ {G}_t:接收天線增益 \\ {G}_r:發(fā)射天線增益 \\ {L}_c:電纜的損耗 \\ Lbf:自由空間損耗 \end{gathered}$$

• 噪聲

• 大氣吸收

• 多徑

• 折射（反射、散射、衍射）

• 移動(dòng)中的信號(hào)衰退

  • 快速衰退
    • 當(dāng)收發(fā)雙方逐漸遠(yuǎn)離，總體而言，接收端接收到的信號(hào)強(qiáng)度呈下降趨勢(shì)，在小范圍內(nèi)，會(huì)出現(xiàn)劇烈抖動(dòng)
    • 原因：多徑現(xiàn)象。由于同一信號(hào)多個(gè)分量抵達(dá)時(shí)間不同，信號(hào)強(qiáng)度的疊加，將帶來小范圍內(nèi)的劇烈抖動(dòng)。
  • 慢速衰退
  • 非選擇性衰退
    • 不同頻率的電磁波呈現(xiàn)不同的衰減特性
  • 選擇性衰退
    • 特定頻率（高頻）的電磁波衰減嚴(yán)重
  • 多普勒效應(yīng)

差錯(cuò)控制技術(shù)

• 前向糾錯(cuò)與后向糾錯(cuò)

  • 差錯(cuò)檢測(cè)碼：奇偶校驗(yàn)、循環(huán)冗余校驗(yàn)（CRC），只能檢測(cè)，不能糾錯(cuò)
  • 自動(dòng)重發(fā)請(qǐng)求協(xié)議ARQ

  一般這兩個(gè)搭配使用，因?yàn)槭窃阱e(cuò)誤發(fā)生之后，又叫后向糾錯(cuò)

  • 差錯(cuò)糾錯(cuò)碼：不就可以發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，還能糾錯(cuò)，也稱前向糾錯(cuò)碼，海明碼、漢明碼

• 差錯(cuò)補(bǔ)償機(jī)制

  • 自適應(yīng)均衡
  • 分集技術(shù)
    • 時(shí)間分集：比如把多徑不同時(shí)間到達(dá)信號(hào)匯集起來
    • 空間分集：拋物面天線，把很大空間的信號(hào)匯集起來，以達(dá)到增強(qiáng)信號(hào)的作用
    • 頻率分集：將要傳輸?shù)男盘?hào)放在很寬的頻帶上傳輸，接收端匯集起來

三、數(shù)據(jù)與信號(hào)的相互轉(zhuǎn)化

• 編碼技術(shù)

• 數(shù)據(jù)：需要傳遞的信息

  • 模擬數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)連續(xù)
  • 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)對(duì)應(yīng)離散

• 信號(hào)：數(shù)據(jù)的電氣或電磁表示

  • 連續(xù)波（模擬信號(hào)）vs脈沖序列（數(shù)字信號(hào)）

    脈沖信號(hào)：單極性雙極性脈沖

• 傳輸：信號(hào)的傳播和處理過程

• 模擬數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)

  奈奎斯特采樣，工程上采樣頻率取原始信號(hào)最大頻率的5—10倍。

• 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為模擬信號(hào)

  調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相（ask,fsk,psk）

四、無線局域網(wǎng)

• 無線廣域網(wǎng)、無線城域網(wǎng)、無線局域網(wǎng)、無線個(gè)域網(wǎng)

  類似的結(jié)構(gòu)：蜂窩結(jié)構(gòu)。

  按照基站假設(shè)高度：大蜂窩（Megacell）、宏蜂窩(Macrocell)、微蜂窩(Microcell)、微微蜂窩（Picocell）毫微微蜂窩（Femtpcell）

• 無線局域網(wǎng)

  只作為接入使用，骨干網(wǎng)依舊是LAN。（穩(wěn)定性、安全性不夠）

  • 相關(guān)術(shù)語：

    • 2.4g、5g ：5g頻段下速率更快，頻率越高，能夠提供的潛在帶寬越大。
    • 增益：dBi/dBd：功率增益單位，dBi參考基準(zhǔn)是全向天線；dBd參考基準(zhǔn)是偶極天線。
    • MIMO/SISO：家用路由器都有多根天線，將要傳輸?shù)男畔⒎殖啥鄠€(gè)部分并行傳輸（空分編碼），在接收端分別接收，合并處理。規(guī)定最多分成4個(gè)（即最多“四根”天線），對(duì)于5根、6根天線的路由器，其實(shí)每根天線工作頻率不同，分別間隔的工作在2.4gHz和5gHz。因此工作在同一頻率下的天線數(shù)目沒有超過4根。

  • WLAN(wireless local area network) = WI-FI (wireless fidelity)?

    Wi-Fi: 主要采用802.11b協(xié)議。 WIFI 屬于 WLAN。（下一章介紹，很多工作需要！！！）

  • 分類

    • 有線
      • 總線網(wǎng)
      • 環(huán)型網(wǎng)
      • 樹型網(wǎng)
      • 星型網(wǎng)（現(xiàn)在主流）
    • 無線

五、WiFi原理

無線局域網(wǎng)的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)

802協(xié)議是網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，

• 802.11：WiFi協(xié)議

• 802.3：以太網(wǎng)協(xié)議

• 802.15：藍(lán)牙協(xié)議

• WiFi發(fā)展史：
  WiFi的標(biāo)準(zhǔn)不是為了滿足當(dāng)時(shí)的網(wǎng)絡(luò) 需求，是為給接下來幾年鋪路
  WiFi發(fā)展史

Re.Dateprotocolfrequencydata ratenotes

1997	802.11 1997 / 802.11 legacy			提出標(biāo)準(zhǔn)。DSSS（直接序列擴(kuò)頻）、FHSS(跳頻)
1999	802.11b 802.11a	2.4GHz 5GHz	11Mbps 54Mbps	802.11a設(shè)備昂貴，民用主要還是以802.11b為主，并迅速普及。實(shí)現(xiàn)無線從無到有
2003	802.11g	2.4GHz 帶寬20M	54Mbps	提高2.4GHz的速率（OFDM）、向下兼容（但此時(shí)我國帶寬速率不到10Mbps）
2009	802.11n	2.4GHz 5GHz 帶寬40M	288Mbps 600Mbps（條件苛刻，比如需要多根天線）	雙頻通信，多根天線，MIMO，向下兼容 2.4GHz是由802.11g演化而來 5GHz是由802.11a演化而來 2.4GHz信道帶寬20MHz 5GHz信道帶寬40MHz	iPhone 4發(fā)布。 此時(shí)無線局域網(wǎng)速率遠(yuǎn)超寬帶速率，溢出的速率，iPhone使用D2D airdrop通信，利用藍(lán)牙對(duì)頻，使用手機(jī)上支持802.11n協(xié)議的WiFi模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)發(fā)送和接收
2013	802.11ac	5GHz 帶寬160M	1.6Gbps	是由802.11a演化而來，信道160MHz，MIMO, beamforming, 256QAM
2019	802.11ax WiFi 6	2.4GHz 5GHz 6GHz	3.5GHz	使用了4G LTE蜂窩手機(jī)的OFDMA	WiFi的應(yīng)用開始 WiFi direct 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信： 手機(jī)熱點(diǎn)、airdrop、airplay

WiFi 6 已經(jīng)開始使用蜂窩網(wǎng)絡(luò)里的技術(shù)，WiFi逐漸向蜂窩網(wǎng)絡(luò)靠近，多年后可能室內(nèi)WiFi設(shè)備被毫微微蜂窩（Femtpcell）替代。

• 奈奎斯特準(zhǔn)則
  帶寬為W的無噪聲低通信道，極限信息傳輸速率（信道容量）$C_{max}=2Wlo{g}_{2}M$(b/s), M編碼方式的碼元狀態(tài)數(shù)，即一個(gè)碼元表示的符號(hào)數(shù)。

• 香農(nóng)定理

  有噪聲情況，$C=Blo{g}_2(1+\frac{S}{N})$

• WiFi 5和WiFi 6對(duì)比
  

• 2.4G頻譜
  
  

  • 802.11b/g 工作在2.4G頻段，范圍在2.4—2.4835GHz，共83.5M帶寬

  • 劃分為14個(gè)子信道

  • 每個(gè)子信道22MHz，與常說的20M相差2M，這2M是隔離頻帶

  • 相鄰信道的中心頻點(diǎn)間隔5MHz

  • 相鄰的多個(gè)信道存在頻率重疊

  • 互不干擾的信道，有4組，1/6/11, 2/7/12，3/8/13，4/9/14.最常用的是第一組，1、6、11

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的无线网络知识、WiFi原理的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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