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Wifi技术 2021年04月23日

    简介

    wifi基础

    IEEE 802.11标准列表

    WiFi的先驱_WaveLAN

    虽然我们现在认为802.11无线技术是把个人计算设备与智慧手机连接到互联网的一种主要方式,但实际上它最初是为了连接收银机而发明。
    在20世纪80年代后期,零售工具和收银机(PoS)计算机系统制造商NCR公司遇到了一个很大的问题,
    它的百货商店和超市等客户,【 在每次改变商店的格局时都不想重新布线 】。
    NCR将该项目分配给荷兰办公室之外的一个工程团队,他们面临着要创建一种无线通讯协议的挑战。这些工程师成功地开发了「WaveLAN」,这被公认为WiFi的先驱。
    
    
    
    

    基础概念解析

    频率

    每秒的倒数
    是单位时间内完成周期性变化的次数
    对于无线WIFI来说
    频率决定了速度以及传输范围
    
    频率高    速度高   范围小
    频率小    速度低   范围大
    

    带宽

    带宽_维基

    带宽(英语:Bandwidth)指信号所占据的频带宽度
    在被用来描述信道时,带宽是指能够有效通过该信道的信号的最大频带宽度。
    每个信道所占据频谱的宽度 
    

    MIMO

    MIMO

    多输入多输出(Multi-input Multi-output ; MIMO)
    是一种用来描述多天线无线通信系统的抽象数学模型,能利用发射端的多个天线各自独立发送信号,同时在接收端用多个天线接收并恢复原信息。
    利用多天线来抑制信道衰落(fading)
    
    由于MIMO可以在不需要增加带宽或总发送功率耗损(transmit power expenditure)的情况下大幅地增加系统的数据吞吐量(throughput)及发送距离,使得此技术于近几年受到许多瞩目。
    
    MIMO的核心概念为利用多根发射天线与多根接收天线所提供之空间自由度来有效提升无线通信系统之频谱效率,以提升传输速率并改善通信质量。
    SISO
    SIMO
    MISO
    MIMO
    

    调制方式(调制技术)

    调制(英语:modulation)是一种将一个或多个周期性的载波混入想发送之信号的技术
    调制的逆过程叫做“解调”
    调制与解调的意义:
    
    可以将信号的频谱搬移到任意位置,从而有利于信号的传送,并且使频谱资源得到充分利用。
    例如,天线尺寸为信号的十分之一或更大些,信号才能有效的被辐射。[1]对于语音信号来说,相应的天线尺寸要在几十公里以上,实际上不可能实现。
    这就需要调制过程将信号频谱搬移到较高的频率范围。如果不进行调制就把信号直接辐射出去,那么各电台所发出信号的频率就会相同。
    调制作用的实质就是使相同频率范围的信号分别依托于不同频率的载波上,接收机就可以分离出所需的频率信号,不致互相干扰。这也是在同一信道中实现多路复用的基础。
    
    
    DSSS(DS)直接串行扩频
     DSSS(DS)直接串行扩频 
    (英语:direct-sequence spread spectrum,DSSS)
    https://zh.wikipedia.org/wiki/%E7%9B%B4%E6%8E%A5%E5%BA%8F%E5%88%97%E6%89%A9%E9%A2%91
    
    是一种调制技术。就是在发送端,直接用高码率的扩频码串行去扩展信号的频谱,在接收端,用相同的扩频码串行将信号解扩,把展宽的信号还原到原始状态。
    
    
    DSSS使用一串连续的伪随机码(pseudonoise, PN)串行,用相位偏移调制的方法来调制信息
    这一串连续的伪随机码称为码片(chips),其每个码的持续时间远小于要调制的信息位。即每个信息位都被频率更高的码片所调制。因此,码片速率远大于信息位速率。
    
    DSSS通讯架构中,发送端产生的码片在发送前已经被接收端所获知。
    
    FHSS 跳频扩频

    跳频扩频(Frequency-hopping spread spectrum, FHSS)是扩频技术的一种;
    经由载波快速在不同频率中切换,并在接收与发射端使用一种伪随机的过程。
    
    在同步、且同时的情况下,接收发送两端以特定型式的窄频载波来传送讯号,对于一个非特定的接受器,FHSS所产生的跳动讯号对它而言,也只算是脉冲噪声(达到加密)。
    
    FHSS扩频就是用扩频的码序列去进行移频键控(FSK)调制,使载波的频率不断地跳变。跳频系统的跳变频率有多个,多达几十个甚至上千个。
    传送的信息与这些扩频码的组合进行选择控制,在传送中不断跳变。在接收端,由于有与发送端完全相同的本地发生器发生完全相同的扩频码进行解扩,然后通过解调才能正确地恢复原有的信息。
    
    
    所谓跳频,比较确切的意思是:
    用一定码序列进行选择的多频率频移键控。也就是说,用扩频码序列去进行频移键控调制,使载波频率不断地跳变,所以称为跳频。
    
    优点:
    跳频图案的伪随机性和跳频图案的密钥量使跳频系统具有保密性。具有抗干扰
    由于载波频率是跳变的,具有抗单频及部分带宽干扰的能力。当跳变的频率数目足够多时,跳频带宽足够宽时,其抗干扰能力是很强。这也是它能在WLAN系统中得到广泛使用的原因。
    
    
    
    OFDM正交频分复用

    CSDN说明OFDM-正交频分复用

    正交频分复用(英语:Orthogonal frequency-division multiplexing, OFDM)
    
    可以视为多载波传输的一个特例,具备高速率资料传输的能力,加上能有效对抗频率选择性衰减,而逐渐获得重视与采用。
    
    
    传统的数字调制和分工使用频率频分分工,透过不同频段传输不同的信息,
    OFDM将一整段频段分割成数个子载波(sub-carrier),而且让每个子载波相互正交,使得他们在频谱上并不互相重叠,可以降低干扰,
    其运作方式在传输端将信号摆置在频域(frequency domain)上,
    透过反傅里叶转换(IDFT)转换至时域(time domain)上,并透过增加循环前缀(cyclic prefix)之后传送出去,
    而接收端则是将信号去除循环前缀,再将时域信号透过傅里叶转换(DFT)将讯息转回频域,解出原传递信号。
    
    OFDM技术提高载波的频谱利用率,它的特点是各子载波相互正交,使扩频调制后的频谱不再相互重叠,从而减小了子载波间的相互干扰。
    OFDM的另一个优点,它可以利用离散傅立叶反变换/离散傅立叶变换(IDFT/DFT)代替多载波调制和解调。
    
    
    物理理解:
    OFDM 系统与传统频分复用(Frequency Division Multiplexing, FDM)不同之 处为:OFDM 系统的每个子载波(Sub-Carrier)之间具有正交性(Orthogonality),此 为 OFDM 系统之主要特点。
    子载波彼此之间不会产生干扰,且频谱可以相互重叠;而传统频分复用系统之不同载波之间频谱没有重叠,因此 OFDM 系统比传 统频分复用系统具有较好的带宽效益(Bandwidth Efficiency)。
    频谱可以重叠而不互相干扰,是OFDM优点之一
    
    
    
    FDMA 频分多址
    频分多址(frequency division multiple access, FDMA),是把总带宽被分隔成多个正交的频道,每个用户占用一个频道
    把分配给无线蜂窝电话通讯的频段分为30个信道,每一个信道都能够传输语音通话、数字服务和数字数据
    
    OFDMA 正交频分多址
    正交频分多址(英语:Orthogonal Frequency Division Multiple Access,OFDMA)是无线通信系统中的一种多重接取技术
    将OFDM 和 FDMA 技术结合
    OFDMA是OFDM技术的演进,用户可以选择信道条件较好的子通道(subchannel)进行数据传输,一组用户可以同时接入到某一信道
    OFDMA技术也可以被描述为一种结合频域和时域的多路访问,时域的资源分割的时频空间,插槽分配系由OFDM符号沿指数以及OFDM系统子载波指数
    OFDMA技术被认为非常适合宽带无线网络,优势包括可扩展性和MIMO的便利,并有能力利用通道的频率选择性。
    
    
    

    第一代 802.11

    性能参数

    速度: 2mb/s
    频率: 2.4Ghz 
    
    
    

    批准时间: 1997年

    历史

    WiFi的原始版本最终于1997年正式标准化,其工作时的数据流量仅为2Mbits/s , 但却为未来的发展奠立基础。
    
    由于价格与速度限制了受欢迎程度:
    尽管802.11无线标准在1997年发布,但并没有立即广为采用。较慢的速度和昂贵的硬件在很长一段时间内阻碍了其在大众市场的吸引力,但其发展进程注定要改变。
    10Mbit/s以太网是当时的网络标准
    
    

    第二代 802.11b || 802.11a

    802.11b性能参数

    速度: 11mb/s
    频率: 2.4Ghz 
    

    批准时间:1999年9月

    历史

    1999年,IEEE802.11研究小组 成功创建了802.11b
    这种技术采用了与第一代 802.11 无线标准相同的2.4GHz ISM频段,但大大提高数据速度 从  【2Mbits/s】 到  【 11Mbits/s 】
    由于802.11b具有更便宜的设备和更好的工作范围,为目前 【 最受欢迎的无线标准 】
    
    

    802.11a性能参数

    速度: 54mb/s 
    频率: 5Ghz
    

    批准时间:1999年9月

    历史(802.11a 晚于 802.11b推出 )

    在802.11b标准建立后不久,IEEE工作小组又发布了一个更快的802.11a标准,
    它不再是工作在日益拥挤的2.4GHz频段,而是运行在5GHz频段,所支持的速度高达54Mbits/s 
    
    
    

    第三代 802.11g

    性能参数

    速度 54mb/s  
    频率 2.4Ghz (兼容802.11b)
    
    

    批准时间:2003年6月

    第四代 802.11n

    性能参数

    
    速度:  600mb/s  
    频率:  2.4Ghz (兼容 802.11b/g)
    
    

    批准时间:2009年10月

    第五代 802.11ac

    性能参数

    频率 5Ghz    速度  1300mb/s
    频率 2.4Ghz  速度 450 mbps 
    
    

    批准时间:2014年1月

    第六代 802.11ax Wi-Fi联盟称为Wi-Fi 6

    
    
    
    

    批准时间:2019年

    WIFI缩词百科

    PNO(Preferred Network Offload)

        Android O的扫面场景可以归结为以下四种:
    
    详见 Android wifi扫描机制(Android O)
    
    1、 亮屏情况下,在Wifi settings界面,固定扫描,时间间隔为10s。
    2、 亮屏情况下,非Wifi settings界面,二进制指数退避扫描,退避:interval*(2^n), 最小间隔min=20s, 最大间隔max=160s.
    3、 【PNO扫描】灭屏情况下,有保存网络时,若已连接,不扫描,否则,PNO扫描,即只扫描已保存的网络。最小间隔min=20s,最大间隔max=20s*3.
    4、 无保存网络情况下,固定扫描,间隔为5分钟,用于通知用户周围存在可用开放网络。
    
    其中场景1/2/4中的扫描是全信道扫描,扫描控制逻辑在Android framework,涉及模块依次是WifiTracker、WifiConnectivityManager、WifiStateMachine。
    场景3中的扫描是PNO扫描,即只扫描已保存的网络,PNO扫描的控制逻辑涉及较广,从上到下(Qcom平台):WifiConnectivityManager、WifiScanner、WifiScanningServiceImpl、WifiNative、wificond、wifi driver、firmware。
    
    

    MCC(Multi-Channel Concurrency)

    
    MCC是station连接在一个信道上,softap起在另一个信道上。
    
    这里以station + softap为例,信道选择优先级如下:
    
    station 5G,  sofatp 5G  走SCC
    station 2.4G,softap 5G,走DBS
    其他情况 MCC
    
    
    

    SCC(Single-Channel Concurrency)

    
    WiFi是一种无线传输技术,station、softap、p2p中两个同时使用就会有一个问题,会存在信道切换的问题。
    
    因为三者中的某两个同时使用,可能两个会在不同的信道上面工作,这时候会因为切信道带来较大的开销。所以在使用这些功能的时候,就需要对信道的选择有要求。
    
    SCC就是针对不同功能,但使用同一信道,这样就避免了信道切换的情况。所以,SCC是最高优先级
    
    

    DBS(Dual-band simultaneous)

    
    DBS是芯片的新功能,只有较为高端的芯片才支持。它是以band为单位,两个band(2.4g和5g)并发操作,
    也就是比如station连接在2.4G的AP上,此时开启softap,选择信道建立在5G上,这时候就是DBS,
    当然,如果这种情况下不支持DBS,走的就是MCC了。