WiFi通信系統(tǒng)簡(jiǎn)介

WiFi（Wi-Fi），是Wi-Fi聯(lián)盟的商標(biāo)，也是一個(gè)基于IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)的無線局域網(wǎng)（WLAN）技術(shù)。從1997年第一代IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布至今，802.11標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)歷了7個(gè)版本的演進(jìn)，在Wi-Fi 6發(fā)布之前，Wi-Fi標(biāo)準(zhǔn)是通過從802.11b到802.11ac的版本號(hào)來標(biāo)識(shí)的。

隨著Wi-Fi標(biāo)準(zhǔn)的演進(jìn)，Wi-Fi聯(lián)盟為了便于Wi-Fi用戶和設(shè)備廠商輕松了解Wi-Fi標(biāo)準(zhǔn)，選擇使用數(shù)字序號(hào)來對(duì)Wi-Fi重新命名。

WiFi遵循802.11協(xié)議

IEEE802.11系列常見協(xié)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(xié)議主要包括數(shù)據(jù)鏈路層和物理層。

數(shù)據(jù)鏈路層：決定如何傳輸數(shù)據(jù)與訪問規(guī)則，采用沖突避免（CSMA/CA）機(jī)制控制對(duì)傳輸媒介的控制。MAC負(fù)責(zé)訪問機(jī)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(kuò)頻物理層（DSSS）與正交頻分復(fù)用物理層（OFDM）。PLCP(物理層匯聚協(xié)議）負(fù)責(zé)將MAC幀映射到傳輸媒介，PMD負(fù)責(zé)調(diào)制、編碼轉(zhuǎn)換為無線電波。

WiFi物理層采用兩種方式：DSSS與OFDM

1）DSSS：用擴(kuò)頻技術(shù)提高抗干擾能力

直接序列擴(kuò)頻為一種擴(kuò)頻技術(shù)，信號(hào)經(jīng)過擴(kuò)頻處理后，以數(shù)學(xué)轉(zhuǎn)換方式將窄帶輸入信號(hào)平坦化，分布至較寬的頻帶。接收時(shí)，通過相關(guān)性將信號(hào)還原。直接序列擴(kuò)頻可以提高系統(tǒng)的抗窄帶干擾能力。如下圖所示。

2）OFDM：利用OFDM技術(shù)提高通信容量、減小多徑效應(yīng)影響

正交頻分復(fù)用，將帶寬分割成許多副載波片段。從每個(gè)信道取得編碼以后使用快速傅里葉逆變換（IFFT）由每個(gè)子信道的振幅產(chǎn)生一個(gè)組合波形，OFDM接收機(jī)使用快速傅里葉變換（FFT）從所得到的波形中取得每個(gè)副載波的振幅。802.11g帶寬為20MHz，有64個(gè)副載波，48個(gè)用于數(shù)據(jù)傳輸，12個(gè)用于降低鄰道干擾，其余4個(gè)用于發(fā)送導(dǎo)頻進(jìn)行信道估計(jì)。

工作過程

協(xié)議：

WiFi頻段屬于ISM頻段，多技術(shù)共存，干擾較多。

WiFi采用802.11協(xié)議，對(duì)信道進(jìn)行偵聽，使用CAMA/CA（載波監(jiān)聽多路訪問及沖突檢測(cè)）技術(shù)，

在發(fā)射前會(huì)偵聽“安靜”通道。

切換信道

對(duì)用戶進(jìn)行身份驗(yàn)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(zhuǎn)換到Tx Init狀態(tài)

2.當(dāng)成功轉(zhuǎn)移到Tx Init狀態(tài)后，下一個(gè)狀態(tài)是Gen. Pream.狀態(tài)，這一步是用來產(chǎn)生preamble的，這里同時(shí)PHY會(huì)向MAC層反PHY_TXSTART.confirm信息。

3.當(dāng)轉(zhuǎn)移到Encode SIGNAL狀態(tài)后，這里是對(duì)preamble中的singal字段進(jìn)行封裝。

當(dāng)接收到從MAC層發(fā)送過來的PHY_DATA.req之后，PHY轉(zhuǎn)移到Encode Data狀態(tài)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行發(fā)送，知道上層數(shù)據(jù)發(fā)送完畢，MAC層會(huì)傳遞來PHY_TXEND.req信息，若最終發(fā)送完成后，轉(zhuǎn)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(diǎn)還是通過ED和CS的方式判斷信道是否空閑，以及有沒有對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)幀在信道中進(jìn)行傳輸。

如果CS檢測(cè)到的話，那么可能就存在一個(gè)數(shù)據(jù)幀，那么需要再次通過FD來確定是不是一個(gè)數(shù)據(jù)幀。

2.當(dāng)FD識(shí)別到數(shù)據(jù)幀起始之后，轉(zhuǎn)移入PMD Est.狀態(tài)。

3.當(dāng)成功解析到了SIGNAL字段之后，PHY層會(huì)對(duì)其數(shù)據(jù)字段的傳輸速率是否匹配進(jìn)行判斷，如果該速率是支持的話，那么轉(zhuǎn)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(shù)據(jù)包，并反饋給MAC層PHY_RXSTART.ind信息，最終當(dāng)數(shù)據(jù)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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