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WiFi通信系統簡介

10/18 08:40
2036
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WiFi(Wi-Fi),是Wi-Fi聯盟的商標,也是一個基于IEEE 802.11標準的無線局域網(WLAN)技術。從1997年第一代IEEE 802.11標準發(fā)布至今,802.11標準經歷了7個版本的演進,在Wi-Fi 6發(fā)布之前,Wi-Fi標準是通過從802.11b到802.11ac的版本號來標識的。

隨著Wi-Fi標準的演進,Wi-Fi聯盟為了便于Wi-Fi用戶和設備廠商輕松了解Wi-Fi標準,選擇使用數字序號來對Wi-Fi重新命名。

WiFi遵循802.11協議

IEEE802.11系列常見協議

?11a: for 5GHz at up to 54 Mb/s

?11b: for 2.4GHz at up to 11 Mb/s

?11g: for 2.4GHz at up to 54 Mb/s

?11n: for 5GHz and 2.4GHz using MIMO at up to 600Mb/s

?11c: Bridge operation

?11d: International roaming

?11e: Quality of Service (QoS)

?11f: Inter-Access Point Protocol (IAPP)

?11h: spectrum protection for radar and satellites

?11i: security

?11j: for Japan

?11k: radio resource measurement

?11p: for vehicular environment

?11r: fast roaming

?11s: ESS mesh networking

?11T: wireless performance prediction

?11u: interworking with non-802 networks

?11v: WLAN management

?11w: protected management

?11y: 3650-3700 MHz in US

?11z: Direct Link Setup

802.11協議主要包括數據鏈路層物理層。

數據鏈路層:決定如何傳輸數據與訪問規(guī)則,采用沖突避免(CSMA/CA)機制控制對傳輸媒介的控制。MAC負責訪問機制,分段,加密處理。

物理層:定義傳送與接收的規(guī)則,主要為直接序列擴頻物理層(DSSS)與正交頻分復用物理層(OFDM)。PLCP(物理層匯聚協議)負責將MAC幀映射到傳輸媒介,PMD負責調制、編碼轉換為無線電波。

WiFi物理層采用兩種方式:DSSS與OFDM

1)DSSS:用擴頻技術提高抗干擾能力

直接序列擴頻為一種擴頻技術,信號經過擴頻處理后,以數學轉換方式將窄帶輸入信號平坦化,分布至較寬的頻帶。接收時,通過相關性將信號還原。直接序列擴頻可以提高系統的抗窄帶干擾能力。如下圖所示。

2)OFDM:利用OFDM技術高通信容量、減小多徑效應影響

正交頻分復用,將帶寬分割成許多副載波片段。從每個信道取得編碼以后使用快速傅里葉逆變換(IFFT)由每個子信道的振幅產生一個組合波形,OFDM接收機使用快速傅里葉變換(FFT)從所得到的波形中取得每個副載波的振幅。802.11g帶寬為20MHz,有64個副載波,48個用于數據傳輸,12個用于降低鄰道干擾,其余4個用于發(fā)送導頻進行信道估計。

工作過程

協議:

WiFi頻段屬于ISM頻段,多技術共存,干擾較多。

WiFi采用802.11協議,對信道進行偵聽,使用CAMA/CA(載波監(jiān)聽多路訪問及沖突檢測)技術,

在發(fā)射前會偵聽“安靜”通道。

切換信道

對用戶進行身份驗證

發(fā)送過程

1.初始是Rx狀態(tài),若收到上層的PHY_TXSTART.req(TXVECTOR)信息,則PHY層轉換到Tx Init狀態(tài)

2.當成功轉移到Tx Init狀態(tài)后,下一個狀態(tài)是Gen. Pream.狀態(tài),這一步是用來產生preamble的,這里同時PHY會向MAC層反PHY_TXSTART.confirm信息。

3.當轉移到Encode SIGNAL狀態(tài)后,這里是對preamble中的singal字段進行封裝。

當接收到從MAC層發(fā)送過來的PHY_DATA.req之后,PHY轉移到Encode Data狀態(tài),對數據進行發(fā)送,知道上層數據發(fā)送完畢,MAC層會傳遞來PHY_TXEND.req信息,若最終發(fā)送完成后,轉移為Rx狀態(tài),并等待下一次傳輸。

接收過程

1.在Rx狀態(tài)下,首先節(jié)點還是通過ED和CS的方式判斷信道是否空閑,以及有沒有對應的數據幀在信道中進行傳輸。

如果CS檢測到的話,那么可能就存在一個數據幀,那么需要再次通過FD來確定是不是一個數據幀。

2.當FD識別到數據幀起始之后,轉移入PMD Est.狀態(tài)。

3.當成功解析到了SIGNAL字段之后,PHY層會對其數據字段的傳輸速率是否匹配進行判斷,如果該速率是支持的話,那么轉移至DATA Decode狀態(tài)。

4.如果SINGAL字段解析成功,且速率匹配的話,那么就正常接收數據包,并反饋給MAC層PHY_RXSTART.ind信息,最終當數據接收完畢之后,反饋給上層PHY_RXEND.ind信息,然后回到初始狀態(tài)。

不同速率下的靈敏度

最后的話

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