无线局域网基础知识

《无线局域网基础知识》由会员分享，可在线阅读，更多相关《无线局域网基础知识（89页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、WLAN基础知识（上）,（ AUTELAN 构建WLAN网络课程 V1.0） 2011/11/19 修订 北京傲天动联 技术服务部,有线网络的尴尬,仓库如何布线？手持终端移动，如何接入网络？,必须要布几千个接入点吗？,要建设一个网络几个小时后拆除？,总部和分支机构之间远距如何通讯？,室外如何接入网络？,无线数据技术,PAN (Personal Area Network),LAN (Local Area Network),WAN (Wide Area Network),MAN (Metropolitan Area Network),无许可证的频段,2.4G ISM: 工业, 科学和医疗频段 5.

2、8G 无授权的国家信息基础实施频段,WLAN标准化组织及相关机构（一）,ITU-R 管理国际无线电频谱和卫星轨道资源的国际电联无线电通信部门 FCC（Federal Communications Commission）美国联邦通讯委员会 中国无线电管理局 规范了WLAN使用的频率、带宽、最大输出功率、EIRP,WLAN标准化组织及相关机构（二）,IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers )美国电气和电子工程师协会 Wi-Fi联盟 (Wi-Fi Alliance) 是一家全球及非营利性的行业协会，致力于通过其测试和认证方案确保

3、基于IEEE 802.11标准的无线局域网产品的可互操作性。,WLAN物理层和数据链路层,Application,Presentation,Session,Transport,Network,Data link,Physical,LLCMAC,MAC Layer Carrier Sense Multiple Access (CSMA) Asynchronous Data Transfers Error Correction, Access Control Encryption, Roaming, Power Saving,Physical Layer 2.4GHz&5.8GHz FHSS DS

4、SS OFDM MIMO 1-54 Mbps 300Mbps 100-500m Transmission Range,频率 Frequency,频率越高 提供的带宽越大 频率越高 衰减越大，覆盖区域越小,1 second,波长 Wavelength,波长=光速/频率 2.4GHz 波长为12.24cm 5.8GHz 波长为5.19cm,AP 100500mW,网卡3050mW,移动电话2001000mW,微波炉 7001000W,振幅 Amplitude,Power,振幅越大、能量越大,相位 Phase,Main signal,In phase signal,90 degrees out of

5、 phase signal,180 degrees out of phase signal,同相提高振幅,异相降低振幅,自由空间损耗 Free Path Loss,计算公式 LP=32.4+（20log10F）+（20log10D） LP 自由空间损耗 F 电磁波频率 D 传播距离（km）,距离每增加一倍衰减增加6dB 频段每增加一倍衰减增加6dB 5.8GHz比2.4GHz衰减高7dB,46,自由空间衰减图,吸收 Absorption,振幅减小，能量减弱 信号穿过水分时，将会被吸收。 水分可能包含在无线传输路径中的树叶和人体中 体育馆、会展中心等人群密集区域需要考虑人体的吸收,反射 Refl

6、ection,改变无线信号的传播方向 室内的物体，金属家具、文件柜和金属门、墙体会造成反射 室外的信号遇到水面和大气层会发生反射,多路径 Multipath,无线信号在发送后经过多个反射路径到达接收端 车库 钢铁厂 制造领域 配送中心多路径问题严重 金属墙 天花板 货架 其他金属物品容易出现多路径,折射 Refraction,无线信号从一个介质到达另一个介质时发生折射 改变传播方向 信号在穿透密度不同的大气和墙体时会发生折射,障碍物衰减,-30dbm,-45dbm,-30dbm,-60dbm,-30dbm,-45dbm,-30dbm,-60dbm,材质,厚度,角度,散射 Scattering,

7、细小粗糙的颗粒造成无线信号发散 无线信号在穿过充满灰尘或沙砾的环境时会发生散射 散射对波长较短的无线信号（例如2.4GHz和5.8GHz）影响比较大,第一菲尼尔区域 The first Fresnel zone,菲涅尔区域是一个托圆球体，如下图。实际传播中，如果椭圆球体内存在阻挡物，直射波和反射波（绕射波）的路径差小于半个波长，相位差的影响小于/2，这样会大大影响无线电波的传播效果，这个椭圆球体的半径就是第一菲尼尔区域半径。 电磁波主要通过第一菲涅尔区域传播，近似于自由空间传播,菲尼尔区域示例,功率计算,dBm 绝对值,计算公式 10lg（P/1mW） P为功率值 100mW=10lg（100

8、/1mW） =20dBm,dB 相对值,+dBm增加多少倍 -dBm减少多少倍 例如 27dBm-20dBm=7dB 20dBm-27dBm=-7dB,Page 26,dBm mW对应表,+3db 功率增加一倍、+10db功率增加10倍 -3db 功率减少一倍、 -10db功率减少10倍,等效全向辐射功率 EIRP (Equivalent Isotropic Radiated Power),计算公式 EIRP=P（设备发射功率）- A（线路损耗）+ G（发射天线增益）,指射频发射机在指定方向上的辐射功率，单位为dBm。,EIRP,是指接收机处基频信号的功率大小。,接收信号强度指示 RSSI （

9、Receiver Signal Strength Indicator）,TX:20dBm,RSSI:-30dBm,最大接收电平,指接收机在满足PER（错包率）小于10的条件下，天线口能够接收的最大接收信号电平，一般用dBm表示。 最大接收电平反映了接收机接收强信号的能力，超过最大接收电平将导致接收机饱和，误码率明显升高,接收灵敏度 （Receiver Sensitivity）,接收灵敏度是指接收机在满足PER（错包率）小于10的条件下，天线口能够接收到的最小接收信号电平，用dBm表示。 它反映了设备接收弱信号的能力，在发射功率一定的情况下，灵敏度越高，覆盖范围越大,信噪比 SNR (Signa

10、l-to-noise ratio),衡量系统解调处理能力的指标。 它是在接收机接收到信号经各级放大、解调后的信号与噪声的比值。 所要求的SNR越低，则系统的容量和覆盖就比较好。 提供的带宽越高，SNR要求越高,速率,SNR,成正比,信干比 SIR (Signal to Interference Ratio),信号强度和干扰的比 越大越好,天线作用,发送 无线电发射机输出的射频信号功率，通过馈线（电缆）输送到天线，由天线以电磁波形式辐射出去。 接收 电磁波到达接收地点后，由天线接下来（仅仅接收很小很小一部分功率），并通过馈线送到无线电接收机。,导线上有交变电流流动时，就可以发生电磁波的辐射，辐射

11、的能力与导线的长度和形状有关。 如 图1.1 a 所示，若两导线的距离很近，电场被束缚在两导线之间，因而辐射很微弱； 如 图1.1 b 所示，将两导线张开，电场就散播在周围空间，因而辐射增强。 当导线的长度 L 远小于波长 时，辐射很微弱；导线的长度 L 增大到可与波长相比拟时，导线上的电流将大大增加，因而就能形成较强的辐射。,图1.1 a,图1.1 b,电磁波的辐射,天线组成,馈电系统：连接无线发射机与振子，实现能量的分配 振子：向空间发射电磁波； 外壳：保护天线内部器件；一般兼有一定的美化作用,对称振子是一种经典的、迄今为止使用最广泛的天线，单个半波对称振子可简单地单独立地使用或用作为抛物

12、面天线的馈源，也可采用多个半波对称振子组成天线阵。 两臂长度相等的振子叫做对称振子。每臂长度为四分之一波长、全长为二分之一波长的振子，称半波对称振子, 见 图A 。 异型半波对称振子，可看成是将全波对称振子折合成一个窄长的矩形框，并把全波对称振子的两个端点相叠，这个窄长的矩形框称为折合振子，注意，折合振子的长度也是为二分之一波长，故称为半波折合振子, 见 图B。,图 A,图 B,对称振子,发射天线的基本功能之一是把从馈线取得的能量向周围空间辐射出去，基本功能之二是把大部分能量朝所需的方向辐射。 垂直放置的半波对称振子具有平放的 “面包圈” 形的立体方向图（图A）。立体方向图虽然立体感强，但绘制

13、困难. 图B与图C给出了它的两个主平面方向图，平面方向图描述天线在某指定平面上的方向性。 从图B可以看出，在振子的轴线方向上辐射为零，最大辐射方向在水平面上； 而从图C可以看出，在水平面上各个方向上的辐射一样大。,图C 水平面方向图,图B 垂直面方向图,图A 立体方向图,天线方向性,若干个对称振子组阵，能够控制辐射，产生“扁平的面包圈” ，把信号进一步集中到在水平面方向上。 下图是4个半波对称振子沿垂线上下排列成一个垂直四元阵时的立体方向图和垂直面方向图。,垂直面方向图,立体方向图,天线方向性增强,也可以利用反射板可把辐射能控制到单侧方向 平面反射板放在阵列的一边构成扇形区覆盖天线。下面的水平

14、面方向图说明了反射面的作用-反射面把功率反射到单侧方向，提高了增益。,全向阵 （垂直阵列 不带平面反射板）,抛物反射面的使用，更能使天线的辐射，像光学中的探照灯那样，把能量集中到一个小立体角内，从而获得很高的增益。不言而喻，抛物面天线的构成包括两个基本要素：抛物反射面 和 放置在抛物面焦点上的辐射源。,扇形区覆盖 （垂直阵列 带平面反射板）,平面反射板,天线方向性增强,天线,理想辐射单元,P1,P2,在输入功率相等的条件下，实际天线与理想的无方向性的点源辐射单元在空间同一点处所产生的信号的功率之比。用dBi表示 天线增益是一个相对值,用于描述天线在某特定方向上能量集中的程度 。,天线基本技术参

15、数天线增益（1）,天线基本技术参数天线增益（2）,要点： 天线是无源器件，不能产生能量。天线增益只是将能量有效集中向某特定方向辐射或接受电磁波的能力。 天线的增益由振子叠加而产生。增益越高，天线长度越长。 天线增益越高，方向性越好，能量越集中，波瓣越窄。,单个半波振子垂直面方向图 增益为 G = 2.15 dB,两个半波振子垂直面方向图 增益为 G = 5.15 dB,四个半波振子垂直面方向图 增益为 G = 8.15 dB,单个半波振子,两个半波振子,四个半波振子,A. 采用多个半波振子排成一个垂直放置的直线阵,天线基本技术参数天线增益（3）,两个半波振子 （带反射板） 垂直面方向图,两个半

16、波振子 （带反射板） 水平面方向图,反射板 长度为L,两个半波振子,反射板 宽度为W,两个半波振子,两个半波振子（带反射板） 在垂直面上的配置,两个半波振子（带反射板）在水平面上的配置,B. 在直线阵的一侧加一块反射板 （以带反射板的二半波振子垂直阵为例）,增益为 G = 11 14 dB,天线基本技术参数天线增益（4）,天线基本技术参数波束宽度（1）,水平面波束宽度 在水平面方向图上，在最大辐射方向的两侧，辐射功率下降3dB（或10dB）的两个方向的夹角。,天线基本技术参数波束宽度（2）,垂直面波束宽度 在垂直方向图上，在最大辐射方向的两侧，辐射功率下降3dB （或10dB）的两个方向的夹角

17、。,是指它有效工作的频率范围，通常以其谐振频率为中心。 通常工作在中心频率时天线所能输送的功率最大，偏离中心频率时它所输送的功率都将减小，据此可定义天线的频率带宽。 天线带宽有几种不同的定义： 天线增益下降3dB时的频带宽度； 在规定的驻波比下天线的工作频带宽度。,天线基本技术参数天线带宽,天线基本技术参数极化（一）,天线的极化 天线向周围空间辐射电磁波是由电场和磁场构成的。 通常规定：天线极化方向就是电场的方向。,垂直极化,水平极化,+45 极化,-45 极化,天线基本技术参数极化（二）,双极化天线 把垂直极化和水平极化两种极化的天线组合在一起、或者把+45极化和-45极化两种极化的天线组合

18、在一起，就构成了双极化天线。,垂直/水平极化组合,+/-45 极化组合,天线基本技术参数极化（二）,天线极化方向的标示,天线基本技术参数极化（三）,极化损失 收、发天线的极化方式需尽量保持一致； 当来波的极化方向与接收天线的极化方向不一致时，接收到的信号将会变小，也就是发生极化损失。 极化完全隔离 当接收天线的极化方向与来波的极化方向完全正交时，例如用水平极化的接收天线接收垂直极化的来波时，天线就完全接收不到来波的能量，这种情况下极化损失为最大，称极化完全隔离。 工程指导 在WLAN工程中使用的天线一般均为收发一体的垂直极化天线，需要垂直安装,天线基本技术参数前后比,前后比(dB) = 10

19、log ，定向天线的典型值约为25dB 前后比值越大越好,是指天线的前向辐射功率和后向辐射功率之比。,天线基本技术参数驻波比 VSWR,把天线作为无耗传输线的负载时，沿传输线上电压波最大值和最小值的比值； 驻波比的值在1到无穷大之间。 驻波比为1，表示完全匹配； 驻波比为无穷大表示全反射，完全失配。 当天线和馈线的阻抗不匹配时，天线就不能将馈线上传输的高频能量全部吸收；反射部分能量形成反射波，信号在馈线中的损耗就会增大； 过大的驻波比会减小天线的覆盖并造成系统内干扰加大，影响信号质量。（1.5）,双频室内应用天线,增益：2.5dBi，全向 工作在2.4/5.8G频段 室内有天花板的环境吸顶使用

20、,增益:12/15dBi， 方向角：水平45度角，垂直20度 工作在2.4/5.8G频段 墙壁安装室内覆盖应用,双频吸顶天线,双频平板天线,双频室内应用天线吸顶天线,增益:2.5dBi（2.4G） 4.5dBi（5.8G） 工作在2.4/5.8G频段 室内有天花板的环境吸顶使用,双频吸顶天线,特点 1、 2.4/5GHz宽频覆盖 2、旋转对称天线体，辐射均匀 3、 体积小、重量轻、外形美观 4、天花板吸顶安装,双频室内应用天线平板天线,增益:12dBi（2.4G） 15dBi（5.8G） 水平波瓣宽度：45度；垂直波瓣宽度20度 频段：工作在2.4/5.8G频段 安装与应用：墙壁安装室内覆盖应

21、用，可用于较大的室内空间，如制造车间、超市、体育馆等,双频平板天线,注意事项：该天线为壁挂安装，不支持抱杆安装,2.4G室内应用天线,桌面天线,吸顶天线,增益:5dBi，用于增强室内覆盖 工作在2.4G频段，用于11b/g 放置在桌面使用 N型母头，与室内型AP连接需要使用N头转SMA头的电缆,增益:3dBi，室内覆盖 工作在2.4G频段，用于11b/g 有天花板的环境吸顶使用 N型母头，与室内型AP连接需要使用N头转SMA头的电缆,2.4G室外天线,全向天线,面板型定向天线,增益:11dBi 工作在2.4G频段 抱杆安装使用,增益:11dBi 工作在2.4G频段 抱杆安装使用,全向天线,增益

22、:5dBi 工作在2.4G频段 高密度全向接入，可直接安装在WA2200室外型AP上,增益:9dBi，15dBi 水平波瓣宽度：50度，30度； 工作在2.4G频段 用于地铁环境或接收天线,八木定向天线,增益:8dBi 工作在2.4G频段 抱杆安装 适用于高密度接入覆盖,面板型定向天线,2.4G室外天线全向天线,全向天线,增益:5dBi 工作在2.4G频段 用于室外AP的高密度覆盖,水平方向图,垂直方向图,2.4G室外天线平板天线,面板型定向天线,增益:11dBi 工作在2.4G频段 抱杆安装 适用于高密度接入覆盖,水平方向图,垂直方向图,2.4G室外天线小平板天线,面板型定向天线,增益:8d

23、Bi 工作在2.4G频段 抱杆安装 适用于高密度接入覆盖,水平方向图 水平波瓣宽度80度,垂直方向图 垂直波瓣宽度60度,该天线的特点是垂直波瓣宽度高达60度,2.4G室外天线八木天线,八木定向天线,水平方向图,垂直方向图,增益:9dBi 水平波瓣宽度：55度； 垂直波瓣宽度：50度 工作在2.4G频段 用于地铁环境的车辆侧，或用于室外接收天线,全向天线,增益:12dBi 工作在5.8G频段 抱杆安装使用 用于覆盖或点到多点的非中心点,增益:17dBi 工作在5.8G频段 水平、垂直波瓣宽度：25度 抱杆、墙壁安装使用 用于11a网桥点到点连接，有效距离3公里,背射定向天线,增益:29dBi

24、工作在5.8G频段 波瓣宽度：6度 抱杆、墙壁安装使用 用于11a网桥点到点连接，有效距离可达10公里以上,5.8G室外天线,该天线直径只有60公分，安装携带方便,增益:5dBi 工作在5.8G频段 抱杆安装使用 用于高密度覆盖或MESH互连,全向天线,定向天线,全向天线:,增益:12dBi 工作在5.8G频段 抱杆安装使用 用于覆盖或点到多点的非中心点,5.8G室外天线全向天线,水平方向图,垂直方向图,5.8G室外天线全向天线,全向天线,增益:5dBi 工作在5.8G频段 用于室外AP的5.8G MESH互连或高密度覆盖，可直接安装在。,水平方向图,垂直方向图,增益:17dBi 工作频段：5

25、.8G 水平、垂直波瓣宽度：25度 安装方式：抱杆安装 典型应用：用于11a网桥点到点连接，有效距离3公里,背射定向天线,5.8G室外天线背射天线,水平方向图,垂直方向图,增益:29dBi 工作频段：5.8G 水平垂直波瓣宽度：6度 安装方式：抱杆安装 典型应用：用于11a网桥点到点连接，有效距离可达10公里以上,5.8G室外天线碟型天线,水平方向图,垂直方向图,长距离点到点互连,天线下倾角计算,计算公式 Distance = （Hb-Hr）/Tan A Angle= ArcTan（Hb-Hr）/Distance,天线覆盖区域计算,计算公式 Inner Radius Distance = H/

26、Tan（A+BW/2）-1 Outer Radius Distance = H/Tan（A-BW/2）-1,WLAN及室内分布系统中常用同轴电缆传输线； 直径越大，同等长度馈缆的信号衰减就越小。,馈线,考虑到不同馈线规格的传输特性，一般情况室内分布系统干线连接或较长距离传输使用7/8馈线，支线或近距离传输使用1/2馈线。,馈线接头,常用的主要有 MMCX 、SMA 、N型三种。 每种类型的接头中心为针的俗称“公头”（缩写“J”），中心为孔的俗称“母头” （缩写“K” ）。,MMCX型接头,SMA型接头,N型接头,MMCX接头,外置网卡的MMCX接头 （母头）,外置网卡天线上的MMCX接头 （公

27、头）,微小型射频同轴连接器（Miniature Microax Rf Coaxial Connectors） 体积小、重量轻、连接方便可靠。 主要应用于网卡与天线的连接。 MMCX接头分为公头和母头，两者配合使用。,SMA接头,小型射频同轴连接器（Sub Miniature Rf Coaxial Connectors） 尺寸小，成本低、频带宽、性能优、高可靠、寿命长等特点。 WLAN系统中室内放装型AP射频口和AP自带天线一般都用这种接口。 SMA接头分正极性（公头）和反极性（母头）两类，两者配合使用。,SMA公头（外螺纹配插针）,SMA母头（内螺纹配插孔）,室内AP反极性SMA接头（公）,N

28、型接头,一种螺纹连接的中功率射频连接器。 具有可靠性高，抗振性强、机械和电气性能优良、防水等特点，。 室内合路型AP、室外型AP、天线一般使用这种接口。 N型接头分为公头和母头，两者配合使用。,N型母头（外螺纹配插孔）,N型公头（内螺纹配插针）,双阴N型 转接头,双阳N型 转接头,室外AP的N型接头(母头),室外定向天线的N型接头(母头),常见射频馈线连接线,双N-J射频连接馈缆 这种连接馈缆选用低损耗的较粗硬质黑色电缆，馈线两头均为N型公头。 用于带N型母头的室内合路型AP或室外型AP与天线的连接。,N-J转SMA-K射频连接馈缆 这种连接馈线两端分别为N型公头和SMA母头。 用于连接带SM

29、A公头的室内型AP和带N型母头的天线。,匹配负载,反极性SMA匹配负载,N型头匹配负载,用来全部吸收射频功率的器件，使所有信号达到输出端，不会使信号反射回输入端。 作用： 使用匹配负载的目的在于防止射频干扰对系统产生有害影响。 分类： 常见的射频负载为可接室内AP的的SMA口匹配负责和接室外AP或馈线连接器的N型接头负载。 应用： 在室内分布系统中当某些器件端口没有使用连接输出或输入系统使时，需要相应端口连接匹配负载。,用来保护设备免遭从天馈部分感应的雷电冲击，从而保护设备。 由于天馈通常是设备最高的部分，且馈线一般比较长，是设备最容易感应雷击的部位，因此，在室外应用时需要在每个天线上串接天馈

30、避雷器。,避雷器,2.4G天馈避雷器,2.4G、5G双频天馈避雷器,使用避雷器防护,802.11系列协议,802.11g标准,与802.11b类似，工作在2.4GHz频段 3个非重叠信道: 1, 6, 11 采用直接序列扩频-补偿码键控(DSSS-CCK)和正交频分复用(OFDM)传输 支持12种数据速率，最高速率为54 Mbps,1, 2, 5.5, 11 Mbps (DSSS-CCK) 6, 9, 12, 18, 24, 36, 48, 54 Mbps (OFDM) 向后完全兼容802.11b标准 单台AP TCP最大吞吐量约为24Mbps，网络最大吞吐量72Mbps（3*24）,2.4

31、GHz信道的使用,北美地区: 1-11 中国、欧洲: 1-13 日本、1-13，14（11b only） 1、6、11为完全无重叠信道 在同一个区域可以存在3个接入点(AP),1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,22Mhz,2.402Ghz,2.483Ghz,14,信道间隔5MHz 信道宽度22MHz，从中心频率左右扩展11MHz,802.11b/g 2.4 GHz信道的重用,水平部署,垂直部署,802.11a标准,工作在5 GHz频段 采用正交频分复用(OFDM, orthogonal frequency-division multiplexing) 中国使用5个信道 149、153、157、161、165 支持8种数据速率，最高速率为54 Mbps 6, 9, 12, 18, 24, 36, 48, 54 Mbps 单台AP最大吞吐量约为25Mbps 网络提供最大吞吐量125Mbps（25*5） 需要传输功率控制和动态频率选择(802.11h),149,20Mhz,5.745Ghz,5.825Ghz,153,157,161,165,5.8 GHz信道的使用,信道间隔20MHz 信道宽度20MHz，从中心频率左右扩展10MHz,802.11a 5.8 GHz信道的重用,水平部署,垂直部署,THANKS!,