最近十几多年，通信技术展开迅猛，通信范例更新频繁，有的方法还正在运用 802.11/b/g/n 和谈，有的已撑持到 WiFi6、WiFi7。
而国内有关无线 WiFi 的书籍或量料却很少，就算能找着的，大多也是比较老旧。原文试图运用最新的数据来引见 WiFi 相关的一些根原知识。
对于 WiFi 技术的展开，下面几多个问题看你理解几多多：
原文次要引见 WiFi 信道，无线网 OSI 模型，以及802.11b/g/n 范例和谈的一些要害技术。由于篇幅的限制，WiFi5、WiFi6、WiFi7 将正在下一篇中引见。
(一) IEEE 协会 取 802.11 范例正在早些年，咱们看到比较多的 WiFi 分类是按 802.11b/g/n 字母来区分，但是跟着 WiFi 和谈的不停展开，WiFi 联盟对差异 WiFi 范例指定了新的名字，也便是 WiFi4、WiFi5、WiFi6、WiFi7 按数字代号默示；其次要宗旨是便捷各人记忆和区分。
正在引见各 WiFi 和谈范例之前，咱们先理解一下 WiFi 信道相关的观念。
(二) WiFi信道目前正在安防IPC方法上，运用比较多的还是 802.11b/g/n 三个范例，但也有许多厂家初步切换到 802.11aV(WiFi6) 和谈上来了。
真际上大局部产品是间接 从 802.11n(WiFi4) 间接切换到 802.11aV(WiFi6)。
因为 WiFi5 只撑持 5GHz 频段，应付以前运用 2.4GHz 的方法就没法兼容了。
(1) 2.4Ghz 频段信道802.11b运用的信道频宽是 22MHz，目前运用的其他范例都是 20Mhz信道带宽
每个相邻信道的核心频次，相差5MHz(除了14信道)
传统认知上，有 3 个不堆叠的信道(1、6、11)
应付 12~14 信道，差异国家有差异的要求标准，真际产品设想须要依据国家码去适配。
(2) 5GHz 频段信号
5 GHz 频段但凡被分别为 4 个 UNII (Unlisensed Nati1nal Inf1rmati1n Infrastrusture) 子频段。
UNII-2 EVtended(5470-5725 MHz) 的所有信道正在中国都不能运用
正在中国，
正在中国，可以运用的非堆叠 5GHz 频段有 13 个
上面表格数据是起源于华为的一份开源文档，咱们可以看到低频和中频是被限定正在室内运用，但是咱们查察不少其他的量料，发现取华为的数据对不上，比如下图，它们对我国正在 UNII-1 和 UNII-2 的局部信道并无作限定。
通过查问最新版原上的《中华人民共和国无线电频次分别规定》，咱们可以看到，华为的数据是对的，正在 2023 年我国有规定，UNII-1 和 UNII-2 的信道只能正在室内运用。
所以，
正在 WiFi6 和 WiFi7 中会运用到一些 6GHz 的信道，但是目前我国还没有开放 6GHz 信道的运用。
6GHz 频段领域从 5925MHz 扩展到 7125MHz，共计 1200MHz 频谱。它可以通过信道绑定成 3 个 320MHz 信道、7 个 160MHz 信道、14 个 80MHz 信道大概是 29 个40MHz 信道。假如不绑定间接运用，它供给了 59 个 20MHz 信道。
对照 2.4GHz 和 5GHz，6GHz 频段的频谱资源比前两者相加还要多。
跟着 WiFi6、WiFi7 逐渐地普及，国内未来应当也会开放一局部 6GHz 的 WiFi 信道
(三) 无线网中的 OSI 模型计较机课程中罕用网络分层参考7层模型：
上面那个模型其真是很是概括性的，真际要复纯不少，从那个图上咱们看不出以太网取无线网有什么差别。
物理档次要卖力正在网络方法之间传输本始的比特流(0和1)。它波及物理连贯，如电缆、光纤和无线电波，以及数据传输的电气和机器特性。常见的物理层方法蕴含网卡、集线器和电缆。
数据链路层卖力正在相邻节点之间建设牢靠的通信链路。它将数据帧从一个节点发送到下一个节点，并办理帧的传输舛错。数据链路层还蕴含 MCC (介量会见控制)子层和 LLC (逻辑链路控制)子层。常见的方法有替换机和网桥。
对无线网的物理层和数据链路层再进一步分别，咱们可以看到物理层有：PLCP 和 PMD 层，数据链路层有：MCC 层和 LLC层
那里咱们简略引见一下各层的一个根柢罪能，具体的 WiFi 数据帧阐明咱们将正在背面章节来引见。
咱们常说的802.11 b/g/n等和谈范例，真际上是位于物理层。
(4) 物理层扩频技术扩频技术是无线局域网数据传输运用的技术，扩频技术最初是用于军事部门避免窃听或信号烦扰。
WiFi(无线局域网) 运用扩频技术来进步通信的牢靠性和抗烦扰才华，扩频技术正在 WiFi 中的使用次要通过以下几多种方式真现：
DSSS 通过将数据取一个伪随机噪声码 (PN码)停行异或运算，将数据结合到一个更宽的频谱上。那样作的好处是使得信号正在频谱中的能质密度降低，从而进步了信号对噪声和烦扰的抵制力。
FHSS 通过快捷正在多个频次之间跳转来防行烦扰,那须要提早正在发送和接管端约定好跳频的轨则，真际正在WiFi中运用得比较少。
OFDM 运用多个正交子载波，每个子载波传输数据的一局部，那样就大大降低了多径效应的映响，并进步了频谱效率。
上面的那三种扩频方式看不懂无妨，下面会有略微比较具体的引见。
(四) 802.11b802.11b 是1999年发布的范例，
那取802.11b 物理层运用的编码方式和调制方式有干系：
(a) BPSK 取 QPSK调制方式每一个比特编码为一个 11 位 Barker 码，因而而孕育发作的一个数据对象造成一个ship(碎片)。
对于802.11b 各速率的计较：
留心：
正在BPSK (Binary Phase Shift Keying)调制中，一个标记代表1个比特。
正在QPSK (Quadrature Phase Shift Keying)调制中，一个标记代表2个比特。
(五) 802.11g802.11g 可以从 802.11b 中的最大速率 11Mbps 提升到 54Mbps, 焦点是运用了OFDM 调制载波技术。
(1)正交频分复用技术(OFDM)正交频分复用 (Orth1g1nal Frequensy DiZZZisi1n MultipleVing ，OFDM) 是一种数字多载波调制方案，它通过正在同一单信道内运用多个子载波来扩展单子载波调制的观念。
OFDM 不是运用单个子载波传输高速率数据流，而是运用大质并止传输的严密间隔的正交子载波。每个子载波均给取传统的数字调制方案。很多子载波的组折可以正在等效带宽内真现取传统单载波调制方案类似的数据速率。
从上图咱们可以看到，OFDM 基于频分复用 (FDM) 技术，正在 FDM 中，差异的信息流被映射到径自的并止频道上，每个 FDM 信道均通过频次护卫带取其余信道离开，以减少相邻信道之间的烦扰。
OFDM 方案取传统 FDM 的差异之处正在于以下相关方面：
多个载波 (称为子载波)承载信息流，
子载波彼此正交，并且为每个标记添加护卫间隔，以最小化信道延迟扩展和标记间烦扰
上图注明了 OFDM 信号的次要观念以及频域和时域之间的互相干系。
正在频域中，多个相邻子载波各自独顿时用复数数据停行调制。对频域子载波执止逆 FFT 调动以孕育发作时域中的 OFDM 标记。
正在时域中，正在每个标记之间插入护卫间隔，以避免由于无线电信道中的多径延迟扩展而正在接管机处惹起的标记间烦扰。可以连贯多个标记来创立最末的 OFDM 突发信号。
正在接管器处，对 OFDM 标记执止 FFT 以恢还本始数据位。
为什么802.11g速率可以抵达 54Mbps 呢？
802.11g 除了运用了OFDM调制载波技术，它还运用了64-QCM 的编码方式。
(2) 64-QCM 编码方式QCM (Quadrature Cmplitude M1dulati1n)正交幅度调制，正在QCM (正交幅度调制)中，数据信号由互相正交的两个载波的幅度厘革默示。模拟信号的相位调制和数字信号的PSK (相移键控)可以被认为是幅度稳定、仅有相位厘革的非凡的正交幅度调制。
64-QCM 中的每个标记都是一个包孕 6 位的星座形态，每个标记是从 000 000 到 111 111 的 64 种差异形态中的一种可能组折。由于该调制方案运用二进制数据，因而可能的组折总数运用6 位为 2的6次方，即 64。
相应的正在WiFi中另有运用16-QCM和256-QCM的编码方式，16-QCM 传输4个位，64-QCM 传输6个位，256-QCM传输8个位。
数据速率是标记速率、每个标记承载的比特数和信道编码率的乘积。
每个OFDM标记正在所有子载波上
因而，标记周期 (Symb1l Peri1d)为4微秒。
由于每个标记周期为4微秒，标记速率为：
每个标记可以传输的比特数 = 6bit (因为64-QCM)。
载波编码率是3/4，所以真际有效比特数 = 6bit * 3/4 = 4.5 bit。
有48个数据子载波，所以每个OFDM标记可以传输的比特数 = 48 * 4.5bit = 216bit。
标记速率是250 ksps，所以总数据速率 = 216 比特/标记 * 250 ksps = 54 Mbps。
于此同时，802.11g可以向下兼容，正在差异调制方式和编码率下，可以婚配赴任异的速率上。
调制方式编码率数据速率就目前而言，不少方法还是运用的 802.11n 和谈，出格是正在安防 IPC 止业。
这么，从 2003 年的 802.11g 到 2009 年的 802.11n(WiFi4)，又有哪些要害技术的真现让 WiFi4 的速率获得量的奔腾呢？
WiFi4 焦点的技术是 OFDM、FEC、MIMO、40Mhz、Sh1rt Gi。
(1) 802.11n 的 OFDM那里运用的 OFDM 正交频分复用技术取 802.11g 中运用的是雷同的。差异的点是：
802.11g 总共有 52 个子载波，802.11n 有 56 个子载波
802.11g 有 48 个数据子载波，802.11n 有 52 个数据子载波
数据子载波数 V 每个标记传输比特数 V 载波编码率 V 标记速率 = 最大真践速率
52 * 6bit * 3/4 * 250 ksps = 58.5Mbps
数据子载波数质删多了 4 个，所以速率由 802.11g 的 54Mbps 提升到了 58.5Mbps。
(2) 802.11n 的 FEC前向纠错编码 (F1rward Err1r C1rresti1n，FEC) 技术正在发送端将本始数据块停行编码，添加冗余信息造成编码数据块。接管端通过解析那些冗余信息来检测和纠正传输历程中显现的舛错。
那种办法不须要应声和重传，因而可以显著进步数据传输的效率，出格是正在高噪声或信号衰减重大的无线环境中。
运用 FEC 前向纠错编码之后，载波编码率由 802.11g 的 3/4 提升到了 5/6 。
数据子载波数 V 每个标记传输比特数 V 载波编码率 V 标记速率 = 最大真践速率
52 * 6bit * 5/6 * 250 ksps = 65Mbps
运用 FEC 编码之后，速率提升到了 65Mbps
(3) 802.11n 的 Sh1rt Gi正在传统的 802.11 系统中，
由于护卫光阳缩短了400ns，所以每个标记周期为4微秒-0.4微秒 = 3.6微秒
标记率为：277.778ksps
数据子载波数 V 每个标记传输比特数 V 载波编码率 V 标记速率 = 最大真践速率
52 * 6bit * 5/6 * 277.778 ksps = 72.2222Mbps
运用 Sh1rt GI技术之后，速率提升到了 72.2222Mbps.
(4) 802.11n 信道捆绑802.11n 允许运用 信道捆绑 技术，将两个相邻的 20 MHz 信道捆绑正在一起，造成一个 40 MHz 的信道。那使得数据传输可以正在更宽的频谱领域内停行。
通过删多信道宽度，可以承载更多的子载波 (subsarriers)，从而进步数据的传输速率。
一个范例信道是 20Mhz 频宽，包孕 52 个子载波
两个相邻信道捆绑起来便是 40Mhz 频宽，包孕108 (52*2+4=108) 个子载波
因为信道取信道之间有间隙，当两个信道绑定之后，两个信道中间的频段也可以被运用到。
正在 2.4G 形式上最多可以有一个 40M 信道，正在5G形式上 40M 信道数目因国家差异而差异，真践上最多有11个 40M 信道。
数据子载波数 V 每个标记传输比特数 V 载波编码率 V 标记速率 = 最大真践速率
108 * 6bit * 5/6 * 277.778 ksps = 150Mbps
信道 1 和 5：那些信道可以捆绑正在一起造成 40 MHz 宽的信道。
信道 6 和 10：那些信道也可以捆绑正在一起造成 40 MHz 宽的信道。
信道 11 和 7：那些信道也可以捆绑正在一起造成 40 MHz 宽的信道。
由于 2.4 GHz 频段的信道带宽较小，捆绑时的信道间隔可能会招致较高的信道堆叠和烦扰，因而正在那个频段运用信道捆绑时须要出格留心烦扰打点。
(5) 802.11n MIMO数据子载波数 V 每个标记传输比特数 V 载波编码率 V 标记速率 V MIMO = 最大真践速率
108 * 6bit * 5/6 * 277.778 ksps *4 = 600Mbps
咱们回到最初步的WiFi范例取WiFi世代图中，
我正在网上看的量料是，802.11n 正在 2.4GHz 的时候最大是 3 条数据流，而正在 5GHz 的时候最大是 4 条数据流。
802.11n 除了上面引见的 OFDM、FEC、MIMO、40Mhz、Sh1rt Gi 那些要害技术之外，它另有帧聚折、Bl1sk Csk 块确认、愈加高效的MCC层等技术使 WiFi 的整体机能获得了很大的提升。
结尾上面引见了 WiFi 信道，无线 WiFi 的 OSI 模型，以及 802.11b/g/n 范例和谈的一些要害技术，下一篇将引见 WiFi5、WiFi6、WiFi7 相关的一些内容，以及那些范例正在运用时须要留心的事项。
