WiFi通信系統(tǒng)簡介

WiFi（Wi-Fi），是Wi-Fi聯(lián)盟的商標，也是一個基于IEEE 802.11標準的無線局域網(wǎng)（WLAN）技術。從1997年第一代IEEE 802.11標準發(fā)布至今，802.11標準經(jīng)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(lián)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(shù)字序號來對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(xié)議）負責將MAC幀映射到傳輸媒介，PMD負責調(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(jīng)過擴頻處理后，以數(shù)學轉(zhuǎn)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(tǒng)的抗窄帶干擾能力。如下圖所示。

2）OFDM：利用OFDM技術提高通信容量、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(chǎn)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(shù)據(jù)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(xié)議：

WiFi頻段屬于ISM頻段，多技術共存，干擾較多。

WiFi采用802.11協(xié)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(zhuǎn)換到Tx Init狀態(tài)

2.當成功轉(zhuǎn)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(chǎn)生preamble的，這里同時PHY會向MAC層反PHY_TXSTART.confirm信息。

3.當轉(zhuǎn)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(zhuǎn)移到Encode Data狀態(tài)，對數(shù)據(jù)進行發(fā)送，知道上層數(shù)據(jù)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(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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)幀，那么需要再次通過FD來確定是不是一個數(shù)據(jù)幀。

2.當FD識別到數(shù)據(jù)幀起始之后，轉(zhuǎn)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(shù)據(jù)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(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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