【WiFi主要技术学习2】
WiFi协议学习2
- WiFi SPEC理解
- 频段
- 信道带宽
- 协商速率
- 安全与加密
- WiFi主要技术理解
- BP直接序列扩频（Direct Sequence Spread Spectrum，DSSS）
- BPSK
- QPSK
- 正交幅度调制（Quadrature Amplitude Modulation，QAM）
- 互补码键控（Complementary Code Keying，CCK）
- 正交频分复用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM）
- 多输入多输出（Multiple Input Multiple Output，MIMO）
- 多用户多输入多输出（Multi-User MIMO，MU-MIMO）
- 正交频分多址技术（OFDMA：Orthogonal Frequency Division Multiple Access）
- 小结
- AP硬件架构和其通信原理
- WiFi AP 硬件架构的主要组成
- AP通信原理
WiFi SPEC理解
IEEE 802.11标准体系，作为无线局域网技术的基础框架，其主要职责是对传统网络架构中的两个关键层级进行详细的规定和标准化：一是物理层（PHY，Physical Layer），二是媒体访问控制层（MAC，Media Access Control）。这两层共同构成了无线通信的核心，确保了数据在无线网络中的有效传输。
在IEEE 802.11体系中， PHY主要负责在各个无线站点之间实现数据的发送与接收。PHY层通过采用不同的调制和编码技术，将数字信号转换为适合在无线信道上传播的模拟信号，并在此过程中处理信号的传输、接收和同步。MAC层则协调网络中各个站点之间的数据传输。这些协议确保了数据帧的正确发送、接收和处理，从而在多个站点之间实现高效、有序的信息交互。
根据WiFi协议的发展历程，各种WiFi协议，及其对应的特点和主要技术归纳如下表所示。
频段
为什么有2.4GHz和5GHz两个频段
使用 2.4GHz 和 5GHz 频段是为了在不同的使用场景中提供更好的性能和用户体验。2.4GHz频段提供了更广的覆盖范围和设备兼容性，但干扰较多；5GHz频段提供了更高的传输速率和较少的干扰，但覆盖范围较小。
为什么2.4GHz穿墙能力强，5GHz传输快？
由于λ=C/f，所以f越小，波长越长。而较长的波长使得电磁波能够更容易绕过障碍物，即2.4GHz频段的信号能够更好地穿透物体，提供更广的覆盖范围。此外，波长较长的电磁波在遇到障碍物时，衍射和绕射效应更明显。这使得信号能够通过弯曲绕过障碍物，从而在有墙壁和其他障碍物的环境中传输得更远。
5GHz频段的频率比2.4GHz高，而高频信号能够在单位时间内传输更多的数据，提供更高的带宽和更快的传输速率。且5GHz频段通常提供更多的信道和更宽的频谱带宽（如20MHz、40MHz、80MHz、160MHz），可以支持更高的数据传输速率。相比之下，2.4GHz频段的信道数量和带宽较有限（通常是20MHz和40MHz）。此外，5GHz频段上的设备相对较少，干扰更少，信号可以更高效地传输，从这方面来说也提高了实际的传输速率。
信道带宽
在WiFi中，每个信道的带宽是22MHz。但是，实际使用中，有效的带宽是20MHz，其中有2MHz是隔离频带，起保护作用。2.4G支持的信道范围为1-14，5G支持的信道范围为36-165。
为了避免很多个设备之间的竞争，2.4GHz WiFi频段被划分为14个信道，相近路由器/AP采用相同或相邻信道工作会相互影响无线链路质量。因此，相近AP应选择互不重叠的信道工作，如（1、6、11） ，避免信道重叠造成的相互干扰。
因为每个信道的宽度决定了在该信道上可以传输的数据量，而频谱资源有限。所以信道不是越多越好，不能为了避免多个设备之间的竞争，就将频段多划分一些信道。此外，信道越窄，信道中终端的冲突概率就更大。看别人把频段比做成高速公路，信道比喻成车道，数据流比喻成车流，这样就更容易理解了。当然，信道也不是越宽越好，更宽的信道可能更易受到干扰，并且需要更多的频谱空间。
随着WiFi协议的发展，不同的 Wi-Fi 协议支持不同的带宽选项，如 20 MHz、40 MHz、80 MHz 和 160 MHz。这是通过信道绑定将两个或多个相邻的不重叠的信道合并成一个更宽的信道来实现。
例如，在2.4GHz中，信道1和信道5捆绑，信道9和信道13捆绑，这样就可以形成一个 40 MHz 的信道。同理，在5GHz中，80 MHz信道通过绑定四个相邻的 20 MHz 信道来实现，160 MHz信道通过绑定八个相邻的 20 MHz 信道来实现。
通过增加传输通道的宽度，信道绑定技术可以显著提高无线网络的数据传输速率。更多的带宽选择，可以增加WiFi产品的灵活性，如可以在低干扰环境中，可以使用更大的带宽以提高速率；在高干扰环境中，可以使用较小的带宽以提高稳定性。此外，通过信道绑定，可以更高效地利用频谱资源，减少信道间的浪费。
协商速率
WiFi的协商速率是指在WiFi网络中，无线接入点（AP）和客户端设备（STA）之间实际能够达成的数据传输速率。这个过程是基于STA和AP支持的无线标准以及它们能够协商的最快传输速率来确定的。WiFi的速率取决于多种因素，包括频段、信道带宽、调制方式等。较新的标准使用更先进的调制技术，如OFDM和OFDMA，以提高数据传输速率和效率。BPSK/QPSK/QAM这些是常见的调制技术，BPSK用于低速率，而QAM用于高速率。调制的复杂度越高，速率越高，但要求的信噪比也越高。MIMO和MU-MIMO：MIMO技术通过多个天线同时发送和接收数据，提高了速率和范围。MU-MIMO进一步优化了多用户环境下的性能。
影响协商速率的因素主要有：
编码和调制方式：