【文章內(nèi)容簡介】 能達(dá)到2Mbps。由于它在速率和傳輸距離上都不能滿足人們的需要，因此， IEEE 又相繼推出了， 和 個新標(biāo)準(zhǔn)，下面分別進行簡要的介紹。 1990 年， IEEE802 標(biāo)準(zhǔn)化委員會成立了 標(biāo)準(zhǔn)工作組，其主要任務(wù)是研究工作在分配給工業(yè)，科技和醫(yī)療使用的 頻段，傳輸速率為 1Mbps 和2Mbps 的無線設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的標(biāo)準(zhǔn)，并與 1997 年 7 月公布了該標(biāo)準(zhǔn)。 標(biāo)準(zhǔn)的制定推動了無線網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，但由于傳輸速率只有 1~2Mbps，該標(biāo)準(zhǔn)未能得到廣泛的發(fā)展與應(yīng)用。 1999 年， IEEE 通過了新的 和 標(biāo)準(zhǔn)。 定義了采用正交頻分復(fù)用調(diào)制技術(shù)，在 5G 頻段實現(xiàn)傳輸速率為54Mbps 的無線傳輸。 定義了使用直接序列擴頻調(diào)制技術(shù)，在 頻帶實現(xiàn)速率為 11Mbps 的無線傳輸。由于 DSSS 技術(shù)的實現(xiàn)比 OFDM 容易， 標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展比 快得多，在 1999 年年末首先出現(xiàn)了支持 標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品，隨后得到廣泛商用，并通過互通性測試。 已成為當(dāng)今 WLAN 的主流標(biāo)準(zhǔn)。 隨著用戶需求的增加，又誕生了 標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)工作在 5GHz 頻段，最大速率可達(dá) 54Mbps。采用 OFDM 調(diào)制技術(shù)的 標(biāo)準(zhǔn)與 相比，具有兩個明顯的優(yōu)點：提高了每個信道的最大傳輸速率（ 11~54Mbps），增加了非重疊的信道數(shù)。因此，采用 標(biāo)準(zhǔn)的 WLAN 可以同時支持多個相互不干擾的高速WLAN 用戶。不過這些優(yōu)點是以兼容性和傳輸距離為代價。 和 工作在不同的頻段，倆個標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品不能兼容。由于傳輸距離的減小，要覆蓋相同的范圍，就需要更多的 接入點。 2021 年年初，首次出現(xiàn)了支持 標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品。 2021 年 1 月， 標(biāo)準(zhǔn)以草案的形式面世，在 2021 年 5 月以成為正式標(biāo)準(zhǔn)。 標(biāo)準(zhǔn)既能提供與 相同的傳輸 速率，又能與已有的 設(shè)備后向兼容。 也工作在 頻段，在速率不大于11Mbps 時，仍采用 DSSS 調(diào)制技術(shù)；當(dāng)傳輸速率高于 11Mbps 時，則采用傳輸效率更高的 OFDM 調(diào)制技術(shù)。與 相比， 的優(yōu)點是以性能的降低為代價的。雖然 OFDM 調(diào)制技術(shù)能達(dá)到更高的速率，但 頻帶的可用帶寬是固定的， 只能使用 頻段的 3 個信道，而 在 5GHz 頻帶室內(nèi)∕室外可用的信道各有 8 個。由 于 的可用信道數(shù)比 多，在相同傳輸速率下，頻道重疊少，干擾就小。所以， 與 相比，具有較強的抗干擾能力。 WiFi 標(biāo)準(zhǔn)在設(shè)定時就有自身所帶的一些優(yōu)點和缺點 ,廠商在開發(fā)產(chǎn)品過程中 ,又揚長避短 ,在產(chǎn)品成本和作用的協(xié)調(diào)方面做出了很大的努力和改進。 WiFi 技術(shù)的主要問題是 :第一 ,在 WiFi 標(biāo)準(zhǔn)中 , 是目前最廣泛使用的標(biāo)準(zhǔn) ,目前的產(chǎn)品中 ,支持此標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品比支持 和 的產(chǎn)品便宜 ,但也是 WiFi 標(biāo)準(zhǔn) 中帶寬最低、傳輸距離最短的一個標(biāo)準(zhǔn)。第二 , 比 具有更大的吞吐量 ,可同時使用多個頻道以加速傳輸速率 ,電波不易受干擾 ,傳輸速率也很快達(dá) 54Mbps,但由于它的工作頻率在 5GHz,與 和 不兼容 (此二者工作于 ),所以它是目前使用較少的一個 WiFi標(biāo)準(zhǔn)。第三 , 的傳輸速率 (理論上達(dá) 54Mbps)比 (理論上為 11Mbps)要高 ,并且可與之兼容 ,但是它卻比 更容易受外界干擾 ,如無繩電話、微波爐及其它在 3 頻段上 的設(shè)備。 一般的無線設(shè)備在傳播信息時所使用的無線信號可被其他人偵聽到 ,并且目前常用的 和 工作在免費的通用頻段之內(nèi) ,所以 WiFi 無線設(shè)備在設(shè)計的過程中必須要考慮到安全保密的內(nèi)容。目前所生產(chǎn)的無線設(shè)備中大多數(shù)采用的是 40/128 位的WEP,部分產(chǎn)品支持 VPN 技術(shù) ,在安全性方面已達(dá)到了一定的水平 ,但隨著技術(shù)的發(fā)展 ,安全性方面還有待改進。 各章主要內(nèi)容 本課題主要分為 3 大部分： 第 1 部分主要介紹 WiFi 技術(shù)的工作原理，包括基本概念，性能指標(biāo)，關(guān)鍵技術(shù)以及其系統(tǒng)原理，能夠?qū)Υ思夹g(shù) 有個整體的了解。 第 2 部分主要介紹了一種基于 WiFi 手機系統(tǒng)的設(shè)計，包括系統(tǒng)框圖、硬件框圖、工作原理以及各模塊分析，可以清楚地了解 WiFi 手機的工作運行原理，此手機以其較高的數(shù)據(jù)傳輸速率、便宜的資費，必將成為未來人們溝通工具的另一火熱賣點。 第 3 部分對 WiFI 技術(shù)進行總結(jié)以及其未來的發(fā)展進行展望。 近幾年來無線局域網(wǎng)技術(shù)的引用日趨廣泛，尤其是近期在國內(nèi)外可以說或是風(fēng)頭正健，國內(nèi)各大運營商也在大力發(fā)展 WiFi 技術(shù)，在全國各地大布熱點，不光如此，生活中各個領(lǐng)域例如餐飲業(yè)、教育業(yè)、農(nóng)業(yè)等等都擁有此技術(shù)帶來 成果，相信 WiFi 技術(shù)會有一個美好的未來！ 對于中國 WIFI 市場并不樂觀，因為中國所大力致力的 3G 的發(fā)展給此有所沖突，WiFi 技術(shù)的出臺，帶來資費的減低，顯然這是運營商們所不希望看到的結(jié)果，但是 WiFi可以作為 3G 的補充，彼此揚長避短，找到一個合理的計費制度，擁有一個好的接入點，我相信 WiFi 會在中國發(fā)展起來！ WiFi 寬帶無線接入技術(shù)應(yīng)用與研究 4 第 2 章 WiFi 技術(shù)的系統(tǒng)原理 WiFi 技術(shù)是目前最主流的無線網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，雖然標(biāo)準(zhǔn)在很久以前就已經(jīng)制定了，但是由于技術(shù)不成熟所導(dǎo)致的傳輸速度慢（遺失數(shù)據(jù)嚴(yán)重），使得市場接受程度偏低。 不過自從英特爾公司向市場推出名為迅馳（ Centrino）的無線整合技術(shù)后，整個無線網(wǎng)絡(luò)市場又被重新挖掘出來。 WiFi 正逐漸走向成熟，下面就來介紹下這種逐漸被社會認(rèn)可的技術(shù)的系統(tǒng)原理。 WiFi 技術(shù)的概述 WiFi 的基本概念 WiFi 全稱為 Wireless Fidelity,中文名為無線保真技術(shù) ,又稱 標(biāo)準(zhǔn)。和藍(lán)牙技術(shù)一樣 ,它也屬于在辦公室和家庭中使用的短距離無線技術(shù)。它的最大優(yōu)點就是傳輸速度較高。另外 ,它的有效距離可達(dá)百米 ,同時還可以和現(xiàn)在已有的各種 設(shè)備兼容 ?，F(xiàn)在流行的筆記本電腦技術(shù) —— 迅馳技術(shù)就是基于該標(biāo)準(zhǔn)的。 WiFi 的特征 一、安裝便捷 無線局域網(wǎng)免去了大量的布線工作 ,只需要安裝一個或多個無線訪問點 (AP),就可以覆蓋整個建筑內(nèi)的局域網(wǎng)絡(luò) ,而且便于管理和維護。 二、易擴展性 無線局域網(wǎng)有多種配置方式 ,每個 AP 可以支持 100 多個用戶的接入 ,只需要在現(xiàn)有的無線局域網(wǎng)基礎(chǔ)之上增加 AP,就可以把幾個用戶的小型網(wǎng)絡(luò)擴展成為幾百、幾千個用戶的大型網(wǎng)絡(luò)。 三、可靠性 通過使用和以太網(wǎng)相類似的連接協(xié)議和數(shù)據(jù)包確認(rèn) ,來提供可靠的數(shù)據(jù)傳送和網(wǎng)絡(luò)帶寬的有效使用 。 四、高移動性 在無線局域網(wǎng)信號覆蓋范圍內(nèi) ,各個節(jié)點可以不受地理位置的限制進行任意移動。通常來說 ,AP 支持的范圍在室外是 300 米 ,在辦公環(huán)境中達(dá)到 10 一 100 米。在無線信號覆蓋的范圍內(nèi) ,都可以接入網(wǎng)絡(luò) ,而且可以在不同運營商和不同國家的網(wǎng)絡(luò)間進行漫游。 WiFi 的性能指標(biāo) 表 21 性能指標(biāo)比較 標(biāo)準(zhǔn) 工作頻段∕ GHz ， 5 5 數(shù)據(jù)速率 1， 2， ， 11 1,2,11,6,12, 24。9,18,36,48,54 6,12,24， 9,18, 36,48,54 覆蓋范圍 150300 50150 30 現(xiàn)在無線網(wǎng)通信協(xié)議主要采用的標(biāo)準(zhǔn)是 、 和 。表 21 是它們?nèi)叩谋容^ 在無線局域網(wǎng)市場中 , 產(chǎn)品在國外使用廣泛 ,在國內(nèi) 是無線局域網(wǎng)的 5 主流標(biāo)準(zhǔn) , 由于速率高及與 和 的兼容性受到 了青睞。從發(fā)展來看 ,今后應(yīng)采用雙頻三模 (∕ b∕ g)的產(chǎn)品。雙頻三模 無線產(chǎn)品不但可工作在與 相同的 5GHz頻段 ,還可與工作在 和 全面兼容 ,支持整個 ,b,g 標(biāo)準(zhǔn)、完整互通性單一平臺 ,實現(xiàn)無線標(biāo)準(zhǔn)的互聯(lián)與兼容。 WiFi 的關(guān)鍵技術(shù) 正如傳聞所言， WiFi 所遵循的 標(biāo)準(zhǔn)是以前軍方所使用的無線電通信技術(shù)。而且，至今還是美軍軍方通信器材對抗電子干擾的重要通信技術(shù)。因為， WiFi 中所采用的 SS（ SpreadSpectrum，展頻）技術(shù)具有非常優(yōu)良的抗干擾能力，并且當(dāng)需要反跟蹤、反竊聽是同時具有很 出色的效果，所以不需要擔(dān)心 WiFi 技術(shù)不能提供穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。綜合來看展頻技術(shù)的話其有以下方面的優(yōu)勢： 。反竊聽 。抗干擾 。有限度的保密 而常用的展頻技術(shù)又如下 4 種 。 DDSS（ Direct Sequence Spread Spectrum，直序展頻） FHSS（ Frequence Hoppin Spread Spectrum，調(diào)頻展頻） THSS（ Time Hopping Spread Spectrum，跳時展頻） CSS（ Chirp Spread Spectrum，連續(xù)波調(diào)頻） 在上面常用的 技術(shù)中，前兩種展頻技術(shù)很常見，也就是 DSSS 和 FHSS。后兩種則是根據(jù)前面的技術(shù)加以變化，也就是 THSS 和 CSS 通常不會單獨使用，而且整合到其他的展頻技術(shù)上，組成信號更隱密、功率更低、傳輸更為精確的混合展頻技術(shù)。 物理層的關(guān)鍵技術(shù) 1 直序擴頻技術(shù) 圖 21 DSSS 的展頻過程 直序擴頻技術(shù)，是指把原來功率較高，而且?guī)捿^窄的原始功率頻譜分散在很寬廣的帶寬上，使得在整個發(fā)射信號利用很少的能量即可傳送出去。 在傳輸過程中把單一個 0 或 1 的二進制數(shù)據(jù)使用多個 chips（片段）進行傳輸，然頻率 頻率 頻率 還原后的信號 能量 能量 能量 展開后的信號 原始信號 WiFi 寬帶無線接入技術(shù)應(yīng)用與研究 6 后再接收方進行統(tǒng)計 chips 的數(shù)量來增加抵抗噪聲干擾。例如要傳送一個 1 的二進制數(shù)據(jù)到遠(yuǎn)程，那么 DSSS 會把這個 1 擴展成三個 1，也就是 111 進行傳送。那么即使是在傳送中因為干擾，使得原來的三個 1 成為 01 10 1 111 信號，但還是能統(tǒng)計 1出現(xiàn)的次數(shù)來確認(rèn)該數(shù)據(jù)為 chips 的方式，就比較容易減少噪聲對數(shù)據(jù)的干擾，提高接收方所得到數(shù)據(jù)的正確性。 圖 22 DSSS 抗干擾示意圖 在一個二進制數(shù)據(jù)進行展頻后，所變化出來的 chips 越多，接收方就越能統(tǒng)計比較多的 chips 來提高抗干擾能力。例如把 1 展頻為 1111（ 4 個 1）后，比展頻為 111（ 3 個1）在對抗干擾能力時更為強悍。但是，會因為 chips 增多而使得同時使用該寬帶的用戶數(shù)量減少。 相反的，若減少一個二進制數(shù)據(jù)所展頻出來的 chips，那么就能容納更多的用戶同時傳送數(shù)據(jù)。通常， WiFi 所在的 頻段內(nèi)的產(chǎn)品都是用少于 20 的 Spreading Ration（傳送配額， 標(biāo)準(zhǔn)內(nèi) Spreading Ration 只為 11），但是，在實驗中最佳的抗干擾數(shù)值應(yīng)該是在 100 左右。 另外，由于所發(fā)送的展頻信號會大幅降低傳送時的能量，所以在軍事用途上會利用該技術(shù)把信號隱藏在 BackGroundNoise(背景噪音 )中，漸少敵人監(jiān)聽到我方通信的信號以及頻道。所謂的背景噪聲，其實就是在收音或者是通信設(shè)備中常常聽到的“沙沙聲”，這些噪聲在頻率、周期、能量等方面都有一定數(shù)值，也就是常數(shù)，例如電臺、電子組件的熱噪音（ Thermal Noise）等。 敵方監(jiān)聽到的頻道正好是我方所使用的頻道時，由于我方使用了展頻技術(shù)把所發(fā)送信號的能量減低到比背景噪聲的能量還要低，所以敵方所能監(jiān)聽到的信號也只有“沙沙”的背景噪聲而已，這就是展頻技術(shù)所隱藏信號的反監(jiān)聽功能了。 1 011 101 110 111 111 1 接收方可以正確還原的形式 原始數(shù)據(jù) 展頻后的數(shù)據(jù) 傳送數(shù)據(jù) 還原后的數(shù)據(jù) 7 圖 23 敵方很難監(jiān)聽到地減低能量后的展頻信號 2 跳頻技術(shù) 跳頻技術(shù)（ FrequencyHopping Spread Spectrum， FHSS）技術(shù)，是指把整個帶寬分割成不少于 75 個頻道，每個不同的頻道都可以單獨的傳送數(shù)據(jù)。當(dāng)傳送數(shù)據(jù)時，根據(jù)收發(fā)雙方預(yù)定的協(xié)議，在一個頻道傳送一定時間后，就同步“跳”到另一個頻 道上繼續(xù)通信。 FHSS 系統(tǒng)通常在若干不同頻段之間跳轉(zhuǎn)來避免相同頻段內(nèi)其他傳輸信號的干擾。在每次跳頻時， FHSS 信號表現(xiàn)為一個窄帶信號。 若在傳輸過程中，不斷的把頻道跳轉(zhuǎn)到協(xié)議好的頻道上，在軍事用途上就可以用來作為電子反跟蹤的主要技術(shù)。即使敵方能從某個頻道上監(jiān)聽到信號，但因為我方會不斷跳轉(zhuǎn)其他頻道上通信，所以敵方就很難追蹤到我方下一個要跳轉(zhuǎn)的頻道，達(dá)到反跟蹤的目的。 如果把前面介紹的 DSSS 以及 FSSS 整合起來一起使用的話，將會成為 hybrid FH∕ DSSS。這樣，整個展頻技術(shù)就能把原來信號展頻為能 量很低、不斷跳頻的信號。使得信號抗干擾能力更強、敵方更難發(fā)現(xiàn)，即使地方在某個頻道上監(jiān)聽到信號，但不斷地跳轉(zhuǎn)頻道，使敵方不能獲得完整的信號內(nèi)容，完成利用展頻技術(shù)隱密通信的任務(wù)。 FHSS 系統(tǒng)所面臨的一個主要挑戰(zhàn)便是數(shù)據(jù)傳輸速率。就目前情形而言， FHSS 系統(tǒng)使用 1MHz 窄帶載波進行傳輸，數(shù)據(jù)率可以達(dá)到