WLAN技术原理

WLAN技术原理

1、WLAN协议标准

目前在我国组建WLAN网络普遍的基于IEEE802.11系列标准。IEEE802.11标准定义了单一的MAC层和多样的物理层，其物理层标准较为成熟的主要有IEEE802.11 b，a和g。

1999年9月正式通过的IEEE802.11b标准是IEEE802.11协议标准的扩展。它可以支持最高 11 Mbps的数据速率，运行在2.4GHz的ISM频段上，采用的调制技术是补码键控调制(CCK)。

但是随着用户不断增长的对数据速率的要求，CCK调制方式就不再是一种合适的方法了。因为对于直接序列扩频技术来说，为了取得较高的数据速率，并达到扩频的目的，选取的码片的速率就要更高。对于接收端的RAKE接收机来说，在高速数据速率的情况下，为了达到良好的路径分集效果，要求RAKE接收机有更复杂的结构，在硬件上不易实现。

随后制定的802.11a工作5GHz频段上，使用正交频分复用调制(OFDM: Orthogonal Frequency Division Multiplexing)调制技术可支持54Mbps的传输速率。802.11a与802.11 b两个标准都存在着各自的优缺点，802.11 b的优势在于价格低廉，但速率较低(最高11 Mbps );而802.11 a优势在于传输速率快(最高54Mbps)且受干扰少，但价格相对较高。另外，802.11 a与802.11b工作在不同的频段上，不能工作在同一AP的网络里，因此802.11a 与802. 11b互不兼容。

为了解决上述问题、进一步推动无线局域网的发展，2003年7月802.11工作组批准了802.11g标准，新的标准终于浮出了水面，成为人们对无线局域网关注的焦点。802.11g与以前的802.11协议标准相比有以下两个特点:其在2.4G频段使用OFDM调制技术，使数据传输速率提高到20Mbps以上;802.11g标准能够与802.11b的WIFI系统互相连通，共存在同一AP的网络里，保障了后向兼容性。这样原有的WLAN系统可以平滑的向高速无线局域网过渡，延长了802.11b产品的使用寿命，降低用户的投资。

上述三种标准的对比，如表1-1常见的三种IEEE802.11扩展协议对比。

表1-1常见的三种IEEE802.11扩展协议对比

2、WLAN物理层

物理层是OSI的第一层，他为设备之间的数据通信提供传输媒介及各种物理设备，为数据传输提供可靠的环境。他的主要功能是：

(1)为数据端设备提供传送数据的通路

(2)传输数据

(3)完成物理层的一些管理工作

简言之，物理层处理的是经过物理媒介的比特。WLAN中的传输媒介指的是无线电波和红外线，他们是无线介质。与有线介质(如电缆、光纤)相比，无线介质不受束缚，因此可以用在WLAN等移动通信中，但他是不可靠的，带宽低并且有广播的特性。无线信道(即无线电信号经过的空间)的特点就是多径衰落和多普勒扩展。这些特点以及其他一些因素使得WLAN 在物理层面临以下几个问题：

（1）无线传输介质有严格的带宽限制和频率规则

（2）与有线局域网相比，WLAN的通信环境比较恶劣

（3）信号会随时间和空间等多种路径衰减

（4）不可避免地要受到一些无线和非无线设备的干扰

针对问题(1)，IEEE802.11选择了免许可证的ISM频带的2.4～2.4385GHz段。针对问题(2)～(4)，IEEE802.11引入了新的无线传输技术，即扩频技术。事实上，FCC(美国联邦通信委员会)在开放ISM频带时规定，在此频带上工作的器件必须采用扩频技术，其目的是为了避免用户之间相互干扰。

2.1 扩频技术

扩频技术包括2种基本方法：FHSS(跳频扩频技术)和DSSS(直接序列扩频技术)。和传统的无线调制技术(如MSK，QPSK)相比，扩频系统里的发射信号占据非常大的带宽，而在传统的无线调制解调器中，发射信号的带宽和基带信号的信号带宽同在一个数量级。

扩频传输具有的主要特点如下：

(1) 扩频信号可以在工作频带上已有其他工作系统的情况下占用同一频带，但彼此性能影响最小

(2) 扩频信号占据频带较宽，在频率选择性衰落多路径信道下具有超过传统无线信号的优良性能。在无线传输受到严重多径干扰的环境下，扩频可以提供可靠的服务

(3) 扩频的抗干扰特性在非常恶劣的网络环境中(如制造工地)显得尤为重要

可以看到，扩频技术的上述特点正好可以用来解决WLAN物理层中的问题。扩频技术

的这些特点源于他的工作原理。

扩频技术的原理如下：

(1)FHSS系统中，为了避免干扰，发送器改变发射信号的中心频率。信号频率的变化，或者说频率跳跃，总是按照某种随机的模式安排的，这种随机模式只有发送器和接收器才了解。这里需要指出的是，载波频率的跳跃并不影响系统在加性噪声情况下的性能。因为在每一跳中噪声电平仍然和采用传统调制解调器的噪声电平一样，因此，在无干扰情况下FHSS 系统的性能与不采用跳频的系统是一致的。当出现窄带干扰时，由于FHSS系统的载波频率一直处于变化之中，干扰和频率选择性衰落造成只破坏传输信息的一部分，在其他中心频率处传送的信号却不受影响。因此，在出现干扰信号或者系统处于频率选择性衰落信道时系统仍然可以提供可靠的传输。

(2)DSSS系统中，每一个传输的信息比特被扩展(或映射)成N个更小脉冲，叫做码片(chip)。接下来，所有的码片用传统的数字调制器发送出去。在接收端，收到的码片首先被解调，然后被送到一个相关器进行信号解扩。解扩器把收到的信号和与发射端相同的扩频信号(码片序列)做相关处理。自相关函数的尖峰被用来检测发射的比特。任何数字系统占据的带宽都和其采用的发射脉冲和符号的持续时间成反比，在DSSS系统里，由于发射的码片只有数据比特的1/N，因此，DSSS信号的传输带宽是未采用扩频的传统系统的N倍。和FHSS 相似，DSSS也可以抗多径和抗频率选择性衰落。

2.2 OFDM多载波调制技术

OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)即正交频分复用技术，实际上OFDM是MCM（Multi-Carrier Modulation），多载波调制的一种。其主要思想是：将信道分成若干正交子信道，将高速数据信号转换成并行的低速子数据流，调制到在每个子信道上进行传输。正交信号可以通过在接收端采用相关技术来分开，这样可以减少子信道之间的相互干扰 ICI 。每个子信道上的信号带宽小于信道的相关带宽，因此每个子信道上的可以看成平坦性衰落，从而可以消除符号间干扰。

一般来说，常见的符合IEEE802.11 b，a和g的支持制式，如表2-1调制技术对比：

2-1调制技术对比

目前市场上常见的WLAN设备，以支持IEEE802.11g的设备占有有诸多的优势。802.11g 采用2种调制方式，含802.11a中采用的OFDM与IEEE802.11b中采用的CCK（DSSS中的一种模式）。802.11g接入点支持802.11b和802.11g客户设备。

3、WLAN数据链路层

IEEE 802.11是以ISO模型最低的两层为中心（物理层和数据链路层），其标准的逻辑结构包括一个单一逻辑链路层LLC(Logic Link Control)和媒体控制层MAC(Media Access Control)以及多个PHY规范中的一个。

所有局域网应用、操作系统或协议(包括最常见的TCP/IP)在符合802.11标准的WLAN 上运行都将像在以太网中运行一样。对于应用软件来说，使用WLAN和以太网没有什么区别。

IEEE 802.11的数据链路层由两个子层构成，逻辑链路层LLC和媒体控制层MAC。802.11使用和802.3完全相同的LLC子层和802协议中的48位MAC地址，这使得无线和有线之间的桥接非常方便。

1、CSMA/CA协议原理

IEEE 802.11的MAC和802.3协议的MAC非常相似，都是在一个共享媒体之上支持多个用户共享资源，由发送者在发送数据前先进行网络的可用性。在802.3协议中，是由一种称为CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection)的协议来完成调节，这个协议解决了在Ethernet上的各个工作站如何在线缆上进行传输的问题，利用它检测和避免当两个或两个以上的网络设备需要进行数据传送时网络上的冲突。在802.11无线局域网协议中，冲突的检测存在一定的问题，这个问题称为”Near/Far”现象，这是由于要检测冲突，设备必须能够一边接受数据信号一边传送数据信号，而这在无线系统中是无法办到的。

鉴于这个差异，在802.11中对CSMA/CD进行了一些调整，采用了新的协议CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance)。CSMA/CA利用ACK信号来避免冲突的发生，也就是说，只有当客户端收到网络上返回的ACK信号后才确认送出的数据己经正确到达目的。

CSMA/CA协议的工作流程是:一个工作站希望在无线网络中传送数据，如果没有探测到网络中正在传送数据，则附加等待一段时间，再随机选择一个时间片继续探测，如果无线网路中仍旧没有活动的话，就将数据发送出去。

接受端的工作站如果受到发送端送出的完整的数据则回发一个ACK数据报，如果这个ACK数据报被接收端收到，则这个数据发送过程完成，如果发送端没有收到ACK数据报，则或者发送的数据没有被完整地收到，或者ACK信号的发送失败，不管是那种现象发生，数据报都在发送端等待一段时间后被重传。

2、MAC层的处理

802. 11 MAC子层提供了两个强壮的功能，CRC校验和包分片。在802.11协议中，每一

个在无线网络中传输的数据报都被附加上了校验位以保证它在传送的时候没有出现错误，这和Ethernet中通过上层TCP/IP协议来对数据进行校验有所不同。包分片的功能允许大的数据报在传送的时候被分成较小的部分分批传送。这在网络十分拥挤或者存在干扰的情况下(大数据报在这种环境下传送非常容易遭到破坏)是一个非常有用的特性。这项技术大大减少了许多情况下数据报被重传的概率，从而提高了无线网络的整体性能。MAC子层负责将收到的被分片的大数据报进行重新组装，对于上层协议这个分片的过程是完全透明的。

4、802.11g标准介绍

802.11g标准于2003年6月获得批准，它向后兼容802.11b。802.11g标准的最大传输速率与802.11a相同为54Mb/s，但它运行在2.4GHz范围，这一点与802.11b相同。由于802.11b/g运行在2.4GHz无需许可证的频段，对于已经构建了802.11b无线网络基础设施的组织来说，就比较容易迁移到802.11g。大家要牢记，802.11b产品不能通过“软件升级”到802.11g,出现这种限制的原因，是由于802.11g射頻使用了不同的芯片集，以获得更高的数据传输速率。但就像以太网和快速以太网一样，在同一个网络中，802.11g产品能够与802.11b产品一起混合使用。

为了兼容现有的802.11b无线局域网设备，802.11g除了和802.11b使用相同的2.4GHz 频带外，还采用了两种不同的OFDM(正交频分复用)编码技术，以和相对应的802.11b或者802.11g设备通信。也就是说，在混合使用802.11b和802.11g无线设备的网络中，使用802.11g的无线设备既可以以54Mb/s的速率和802.11b设备通信，也可以以11Mb/s的速率和802.11b设备进行通信。

但是，在无线局域网中，使用的是共享信道，数据链路层使用CSMA/CA(带有冲突避免的载波帧听多路访问)来实现对无线信道的控制。也就是说，当有一台主机在和AP通信时，其它主机就只能处在监听状态，一旦该主机通信完毕，其它主机就会通过竞争的方式来实现对信道的控制。

所以，在802.11b和802.11g混合使用的无线网络中，由于802.11b无法监听到802.11g 的通信状态，就有可能在802.11g设备进行通信的同时抢占无线信道，从而严重干扰802.11设备的通信。

为了解决这一问题，802.11g协议采用了“RTS/CTS”技术。无线局域网设备在发送数据前，都要先发送一个RTS(Request To Send)帧给无线AP，请求使用无线资源，如果这时AP没有和其它设备通信，就发送一个CTS(Clear To Send)帧给该设备，通知它可以跟无线AP进行通信。这样，就避免了上述干扰问题。

5、我公司产品介绍

电信运营级室外AP （W640A/W660A）

电信运营级室内AP （W812/W815/W860）具体请参考产品文档

WLAN基础知识介绍

WLAN基础知识介绍 秦标2011-12-28

发展历程 1985年，美国FCC发布了新的频谱政策，允许2.4GHz等频段，免授权使用，许多公司尝试在频段做一些开发。 1996年，美国网络通讯设备大厂朗讯（Lucent）率先发起成立无线以太兼容性联盟（Wireless Ethernet Compatibility Alliance WECA），着手创立无线网络协议（WLAN） 1999年，WECA更名为Wi-Fi（Wireless Fidelity）联盟，提出新的架构及一套认证标准。 美國的FCC規定了RF的使用规范，IEEE的802.11工作小組(Work group)定义了一系列WLAN标准。 在初期，无线网络产品需经过Wi-Fi联盟兼容性测试，来保证不同制造商之间产品的互通性与兼容性。目前，终端产品已不用做这样的测试了。

Wi-Fi的特点 覆盖范围较大 Wi-Fi的作用距离较大，在室内的覆盖可以达到100米，室外空旷的区域，可以达到300米。 传输速率高 Wi-Fi的传输速率比较快，802.11b在信号较好的条件下，传输速率实测可以达到6Mbps，802.11a，802.11g可以达到20Mbps,802.11n 可以达到更高的速率。 使用方便 无需布线，架设简单，只需一台AP，和一块网卡，就可以连入公网，对移动的用户非常适合。 健康安全 Wi-Fi的发射功率较低，规范要求不大于20dBm。实际只有14- 17dBm，而且离人较远，对人的电磁辐射远小于GSM手机。

Wi-Fi的特点 传输质量较差 Wi-Fi传输的延时较大，实时性差。误包率也较高，但是有重传机制ARQ，对一般的数据传输尚可接受。但是像视频，VoIP等对实时性要求高的数据传输，就会存在问题。但是新的标准对Qos有了较大的改善。 保密性差 Wi-Fi的保密性较差，数据容易被截获，现有的几种加密方式，均已被破解。这也时中国对Wi-Fi不认可的理由之一，从而提出了自己的标准WAPI，主要改进了加密的算法。

一、wlan基础理论体系篇-练习题

一、WLAN基础理论体系篇-练习题 1、几种主要的WLAN（无线局域网）技术:(A、B、C、D、E、F、G) A．IrD B. BlueTooth C. 802.11 D.802.11b E. 802.11a F.802.11g G. 802.11n 2、（A ）是我国首个在计算机宽带无线网络通信领域自主创新并拥有知识产权的安全接 入技术标准。 A．W API B. WIFI 3、以下中国无线产品国标安全机制标准W API包括的是（C、D） A．WPA B. W AP2 C.W AI D. WPI 4、在蜂窝式WLAN覆盖原则中，任意相邻区域使用无频率交叉的频道，可从下更选择（别. 三个不干扰的信号进行蜂窝式覆盖。（A、B、D） A .1 B. 6. C.10 D.11 5、在2.4GHz中，可划分为13个信道，每个信道的带宽( D ) A .11 B. 40. C.25 D.22 6、在我国公共免费开放的5.8GHz频段可划分为( B ) 个信道，每个信道的带宽( C ) A .14 B. 5. C.20 D.22 7、在我国公共免费开放的2.4GHz频段范围为（ A ），可用的带宽（ C ） A .2400~2483.5MHz B. 2400~2500MHz C. 83.5MHz D. 1000MHz 8、在我国公共免费开放的5.8GHz频段范围为（ B ），可用的带宽（ D ） A .2400~2483.5MHz B. 5725MHz-5850MHz C.83.5MHz D.125MHz 9、在我国无线网络中规定802.11b/g的工作频段范围为（ A ），可用的带宽（ C ） A .2400~2483.5MHz B. 5725MHz-5850MHz C.83.5MHz D.125MHz 10、在我国无线网络中规定802.11A的工作频段范围为（ B ），可用的带宽（ D ） A .2400~2483.5MHz B. 5725MHz-5850MHz C.83.5MHz D.125MHz 11、 2.4G频段在国内有( ) 个信道5.8G在国内有( ) 个信道(D) A. 11, 4 B. 11, 5 C. 13, 4 D. 13, 5 12、802.11b/g协议在中国共开放13个信道（1-13）.，请从这13个信道中选择3个相 互不干扰的信道，以下哪组的选择是正确的（A、C）

WLAN基础知识

WLAN基础知识 一、概述 WLAN（Wireless LAN）即无线局域网，是计算机网络与无线通信技术相结合的产物，它采用无线传送方式提供传统有线局域网的所有功能，并具备有线网络无法相比的可移动、漫游等特性，能够使用户真正实现随时、随地、随意的访问宽带网络。无线局域网可以应用于一些热点地区和企业内部，为移动或者半移动状态下的用户提供无线宽带接入服务。WLAN在技术上具有以下优势： 1、安装简便，终端设备可在WLAN覆盖范围内任意放置和低速移动； 2、可扩展性好，增加无线接入点（AP）就可以增大容量、提高服务质量、覆盖范围； 3、采用了扩频技术和加密机制，具有较强的抗干扰性和网络保密性。 二、协议标准 在物理层，WLAN目前有五种协议标准：802.11/11a/11b/11g/11n；在MAC层，又定义了802.11e/11h/11i/11f/11s。802.11 MAC层负责客户端与AP之间的通讯，主要功能包括：扫描、接入、认证、加密、漫游和同步。 802.11 无线局域网工作组协议族成员图示如下： 802.11b/g标准 802.11标准规范了DRS的14个信道，如下表所示： 世界不同地区规定的DRS信道(DSSS PHY frequency channel plan)

我国在IEEE802.11bg标准基础上结合国家标准，规定了我国2.4GHz 802.11bg WLAN网络的工作频段为：2.4~2.4835GHz，也即1~13信道，频谱划分如下图中的1~13信道： 频谱划分示意图 802.11a标准 IEEE802.11a标准（支持的最高速率为54Mbps）是类似于802.11b标准，只是使用不同的物理层编码方案和不同的频段，工作在5GHz的频率范围内。目前FCC为该频段划分的频带资源为300MHz，即5.15GHz~5.35GHz和5.725GHz~5.850GHz。这个频带被切分为三个工作“域”。第一个100MHz（5.15~5.25GHz）位于低段，限制最大输

WLAN基础知识

1、IEEE802.11a 中国信道划分 5.8GHz 频段WLAN 信道配置频率表 信道标号 中心频率(MHz) 信道低端/高端频率 1 5745 MHz 5735/5755 MHz 2 5765 MHz 5755/5775 MHz 3 5785 MHz 5775/5795 MHz 4 580 5 MHz 5795/5815 MHz 5 5825 MHz 5815/5835 MHz ★5.8GHz 频段中，有五个互不干扰的信道，可用带宽为83.5MHz ，划分为13个子频道，每个子频道带宽为22MHz 2、IEEE802.11b/g 中国信道划分 信道标号 中心频率(MHz) 信道低端/高端频率 1 241 2 MHz 2401/2423MHz 2 2417MHz 2411/2433MHz 3 2422MHz 2416/2438MHz 4 2427MHz 2421/2443MHz 5 2432MHz 2426/2448MHz 6 2437MHz 2431/2453MHz 7 2442MHz 2431/2453MHz 8 2447MHz 2436/2458MHz 9 2452MHz 2441/2463MHz 10 2457MHz 2446/2468MHz 11 2462MHz 2451/2473MHz 12 2467MHz 2456/2478MHz 13 2472MHz 2461/2483MHz ★2.4GHz 频段中，1、6、11为三个互不干扰的信道，可用带宽为125MHz ，划分为5个信道，每个信道带宽为20MHz 3、一个AP 最多能带25个用户，实际整个小区覆盖，所用AP 数量约为楼宇AP 数×1.5 4、WLAN 的干扰 A 、WLAN 系统的外部干扰：在WLAN 应用环境中，与无线局域网有关的常见干扰源主要有：微波炉、无绳电话、蓝牙设备、集成多种无线技术的手持终端与 PDA 及其它无线LAN 设备，其中干扰最强，影响最大的设备主要是2.4G 无绳电话，近距离的微波炉等，其它还包括蓝牙设备如笔记本和PDA 。 B 、WLAN 系统内部的干扰：通过对多个不同场景的测试，我们对无线局域网各信道之间的干扰程度有了一定的了解。实际的测试环境虽然还存在其它无线设备的干扰信号，但是，测试环境和搭建的测试场景还是具有一定的代表性的。从测试结果看，理论上相互不干扰的1、6、11信道，在实际测试的时候发现还是有一定程度的干扰。这对于我们进行覆盖设计和频率规划时具有一定的参考价值。多AP 的同频干扰测试发现，在同一区域内随着相同信道的AP 数量的增加，数据吞吐率下降相当明显，并不是简单的带宽平均关系。 5、空间损耗计算 根据自由空间损耗理论模型公式：PL （dB ）＝32.4+ 20lg f (MHz)+ 20lgd (km)，出不同覆盖半径下的的空间损耗值如下表所表示： 距天线距离（米） 工作频段（MHz ） 2 5 10 15 20 25 50 2400 46 54 60 63.5 66 68 74 空间电磁波空间损耗（dB ） 5800 54 62 68 71.5 74 76 82 方案设计中边缘场强根据AP 及无线终端接收天线灵敏度确定，同时根据现场无线环境、干扰源情况、系统容量、数据流量、系统信噪比等因素，系统设定边缘场强≥-80dBm 。

(完整版)WLAN培训练习题及参考答案(基础知识部分)

WLAN培训练习题及参考答案（基础知识部分） 单选}难度1（简单） 1.请选出下面哪一项不属于直放站的基本功能： A.覆盖室外信号盲区 B.可作为室内覆盖的信号源 C.提高信号质量，改善通话效果 D.增加信道，扩展网络容量 答案:D 题型:单选题 难度:1 分数:1 2.下列哪个是WLAN网络建设中最常用的五类双绞线线序： A.白棕，橙，白绿，白蓝，蓝，绿，白橙，棕 B.白橙，橙，白蓝，白绿，绿，蓝，白棕，棕 C.白橙，橙，白绿，蓝，白蓝，绿，白棕，棕 D.白棕，棕，白绿，蓝，白蓝，绿，白橙，橙 答案:C 题型:单选题 难度:1 分数:1 3.下列哪个是WLAN最常用的上网认证方式： A、WEP认证 B、SIM认证 C、宽带拨号认证 D、PPoE认证 答案:A 题型:单选题 难度:1

分数:1 4. 802.11a的最大速率为（）。 A、11M B、108M C、54M D、36M 答案:B 题型:单选题 难度:1 分数:1 5. 在WLAN日常维护工作中，一般使用以下哪些仪表进行网络覆盖与质量测试： A.路测软件 B.测试手机 C.CDS测试仪表 D. WirelessMon测试软件 答案:C 题型:单选题 难度:1 分数:1 6. 目前建设的WLAN网络常用的覆盖方式为： A.WLAN单独覆盖 B.WLAN与覆盖延伸系统合路覆盖 C.与基站天线合路覆盖 D.以上都是 答案:B 题型:单选题 难度:1 分数:1 7. 室分系统天馈部分检查驻波比使用哪些仪表： A.SiteMaster仪表

B. WirelessMon测试软件 C.安捷伦综合测试仪 D.以上都是 答案:A 题型:单选题 难度:1 分数:1 8. 室分系统天馈部分检查驻波比使用哪些仪表：新建WLAN站点在开通时需要申请下列哪些数据： A.AP和交换机的IP地址和VLAN数据 B.传输ONU网管数据 C.家园卡数据 D.以上都是 答案:A 题型:单选题 难度:1 分数:1 单选}难度2（中等） 单选}难度3（较难） 1.WLAN系统覆盖设计要求为98％以上区域的信号强度为： A.不得低于-65dBm B.不得低于-70dBm C.不得低于-75dBm D.不得低于-85dBm 答案:C