WiFi，全称Wireless Fidelity，是一种无线局域网技术，允许电子设备通过无线电波连接到互联网。以下是对WiFi的一些介绍：

一、基本概述

定义：WiFi是一种基于IEEE 802.11标准系列的无线局域网技术，使设备能够在特定范围内（通常几十米到几百米）通过无线信号进行通信。

组成：一个典型的WiFi网络包括路由器、调制解调器和终端设备（如手机、电脑、平板电脑等）。路由器负责发射无线信号，调制解调器将互联网信号转化为路由器可以使用的格式，而终端设备则接收这些信号以实现互联网访问。

频段：WiFi主要使用2.4GHz和5GHz两个频段。2.4GHz频段信号穿透力强但速度较慢，适合覆盖较大区域；5GHz频段速度快但穿透力较弱，适合在小范围内使用高速网络。因为波长和频率是成反比的，所以2.4GHz的波长比较长，5GHz的波长比较短。可以理解为更长波长容易绕过障碍物继续传播。目前6G也正使用当中。

带宽：定义：在WLAN中指信号所占用的频带宽度。在 WLAN 中，常见的带宽有 20MHz、40MHz、80MHz、160MHz 等。作用：带宽越大，能够承载的数据量就越多，理论上可实现更高的数据传输速率。例如，802.11ac 标准通过使用更大的带宽（如 80MHz、160MHz），相比早期的 802.11n（常用 20MHz、40MHz 带宽）实现了更高的峰值传输速率。影响：一方面，较大的带宽能提升传输速率，但也会增加对频谱资源的占用，并且更容易受到干扰；另一方面，不同的设备和环境可能对带宽的支持和适应性不同，需要合理选择。测量与标准：同样借助专业测试仪器测量。WLAN 标准对不同模式下的带宽使用有明确规定，设备必须按照标准来设置和使用带宽，以保证与其他设备的兼容性和通信的稳定性。

信道：2.4G、5G、6G频段各有不同的工作信道。2.4G占用带宽20MHz有14个信道。5G与6G频段资源更丰富，有更多的带宽，所以信道划分也更多更复杂。

二、工作原理

WiFi通过无线电波在设备和路由器之间传输数据。当设备选择一个WiFi网络并输入密码后，设备会向路由器发送请求，路由器验证密码后便允许设备接入网络。之后，数据就可以在设备和互联网之间传输了。

三、发展历程

自1997年第一代IEEE 802.11标准发布以来，WiFi技术已经经历了多代演进，包括802.11a/b/g/n/ac/ax/be（即WiFi 1至WiFi 7）等。每一代WiFi都在速度、覆盖范围和连接稳定性等方面有所提升。最新的WiFi 7（基于IEEE 802.11be标准）更是带来了更高的吞吐量和更低的延迟。

802.11a工作在 5GHz 频段，最高传输速率为 54Mbps ，采用正交频分复用（OFDM）技术，有效减少多径干扰，适用于对带宽要求较高的业务，但由于频段较高，传播距离和穿墙能力较弱。

802.11b工作在 2.4GHz 频段，最高传输速率 11Mbps，采用直接序列扩频（DSSS）技术，成本较低，兼容性好，但传输速度较慢，且容易受到同频段其他设备干扰。

802.11g同样工作在 2.4GHz 频段，结合了 802.11a 的 OFDM 技术和 802.11b 的低成本优势，最高传输速率 54Mbps，向下兼容 802.11b 设备。

802.11n可工作在 2.4GHz 和 5GHz 频段，引入 MIMO 技术，通过多个天线同时发送和接收数据，最高传输速率可达 600Mbps，大大提高了网络传输速度和稳定性。

802.11ac工作在 5GHz 频段，进一步拓展了信道带宽，支持多用户 MIMO 技术，最高传输速率可达 3.46Gbps，在高密度用户环境下性能表现出色。

802.11ax（Wi-Fi 6）支持 2.4GHz 和 5GHz 频段，采用正交频分多址（OFDMA）技术，将信道划分为多个子信道，允许多个设备同时进行数据传输，提高了频谱利用率，同时引入 TWT 技术，降低设备功耗，最高传输速率可达 9.6Gbps ，显著提升多用户场景下的网络性能。

Wi-Fi 6E是 Wi-Fi 6 的扩展，工作在 6GHz 频段，拥有更多的可用信道，减少了与其他设备的干扰，能提供更高速、更稳定的网络连接。

802.11BE（WiFi7）Wi-Fi 7 新性能提升重点在 Wi-Fi 6E 的基础上，导入 320MHz 频宽、4096-QAM 基频接入、Multi-RU、多关到操作、增强 MU-MIMO、多 AP 协作等。

四、应用领域

WiFi技术广泛应用于家庭、办公室、公共场所等各个领域。在家庭中，WiFi使我们能够随时随地连接互联网，享受在线视频、音乐、游戏等娱乐服务；在办公室中，WiFi提高了工作效率和协作能力；在公共场所如咖啡馆、商场，高铁站，机场等，WiFi为人们提供了便捷的网络接入服务。此外，WiFi还在物联网、智能家居等领域发挥着重要作用。

五、优缺点分析

1. 优点

便捷性：WiFi消除了物理连接的需求，使得设备可以轻松地接入互联网。

灵活性：WiFi网络可以灵活地扩展和调整，以适应不同的使用环境和需求。

成本效益：与传统有线网络相比，WiFi减少了布线的成本和复杂性。

1. 缺点

安全性问题：WiFi信号可能受到未经授权的访问和攻击，需要采取安全措施来保护网络。

干扰问题：WiFi信号可能受到其他电子设备或无线信号的干扰，影响网络性能和稳定性。

有限范围：WiFi网络的覆盖范围有限，可能无法满足所有区域的信号覆盖需求。

综上所述，WiFi作为一种无线局域网技术，在现代社会的数字化生活中扮演着不可或缺的角色。随着技术的不断发展和创新，我们可以期待WiFi在未来继续为我们带来更快速、更稳定、更安全的网络连接体验。

六、WiFi协议的工作原理

WiFi协议的工作原理主要包括了物理层和数据链路层的协议。

在数据链路层，分为LLC层和MAC层。802.11网络中，网络层及以上层对应的数据类型称为数据包，如TCP数据包，IP数据包。MAC层以下将对数据类型称为帧，如管理帧，数据帧，控制帧。数据从应用层à表示层à会话层à传输层à网络层，在网络层将IP header添加到其中数据，并封装成一个IP包，接下来IP包被送到数据链路层，在LLC子层，添加LLC数据，并对其与IP数据包进行封装，封装后的数据包格式，802.11协议定义为：MAC Service Data Unit，缩写MSDU。802.11协议对MSDU有要求定义最大长度为2304，简单来说，MSDU的定义为一个IP包加上LLC数据。802.11协议在MAC层定义了数据帧，管理帧，控制帧三种帧类型，经过LLC层后，数据被封装为一个MSDU，MSDU会被传送到MAC子层，MAC层对于MSDU最主要的操作，添加802.11 MAC header，并对MSDU进行封装，封装后的数据格式802.11协议定义为：MAC Protocol Data Unit，缩写MPDU也就是数据帧。MPDU由MAC Header+frame body（MSDU 0-2304bytes）+FCS组成。将管理帧数据格式在MAC子层称为：management MAC protocol data unit，缩写MMPDU，其不携带上层数据信息。MMPDU由802.11MAC header，frame body，FCS组成。控制帧格式仅包含802.11 MAC header和FCS，不包含frame body，主要作用协助数据帧的传输，在一个WiFi网络，控制帧可以被任何一个WiFi设备接收处理，因此，要求控制帧必须要使用基本速率传输，控制帧在WiFi网络中，用作信道申请和单播帧提供确认。

在物理层，WIFI协议通过调制解调器将数字信号转换为无线信号，并通过天线进行发送;在接收端，再通过天线接收到的无线信号经过解调器将其转换为数字信号。，802.11协议将“物理层"定义分为“PLCP子层"和"PMD子层"，从MAC层传下来的数据MPDU，在PLCP层，我们称作PLCP Service Data Unit，缩写(PSDU)。"PLCP层"处理PSDU并创建一个PPDU，PPDU数据格式由一个PLCP 前导序列，PHY Header和PSDU组成。基于不同的调制方式，PPDU帧格式有所区别。"PMD层"处理上层传送下来的PPDU，将其按比特流调制到天线进行发送。

调制是WiFi协议中物理层的重要部分，它是一种将低频的基带信号转换为高频的载波信号的过程。这个过程包括了对信号的编码、相位调制、振幅调制等操作，使得原始信号可以在无线信道中传输。在解调过程中，接收端会接收到经过调制的无线信号，然后通过相应的解调器将其还原为原始的数字信号。解调器的性能直接影响到数据传输的质量和误码率，在实际应用中，由于无线信道的复杂性和干扰的存在，信号传输可能会出现失真或误码等问题。因此，解调器通常需要进行信道估计、同步、抗干扰等处理来提高解调性能。

WiFi调制技术

DSSS（direct sequence spread spectrum）直接序列扩频技术

CCK（complementary code keying）补码键控

OFDM（orthogonal frequency division multiplexing）正交频分复用技术

BPSK（binary phase shift keying）二进制相移键控

QPSK（quadrature phase shift keying）正交相移键控/四相相移键控

QAM（quadrature amplitude modulation）正交幅度调制

应用层

表示层

会话层

传输层

网络层

数据链路层	LLC层
	MAC层

物理层	PLCP层
	PMD层

七、发射功率与接收灵敏度

发射功率(TX Power)：是指无线产品发射天线的工作功率，单位为dBm。无线发射的功率决定无线信号的强度和距离，功率越大，信号越强。每个国家对于最大发射功率都有一个限制:中国及欧洲国家最大不超过20dBm;北美最大功率不超过30dBm;日本最大功率不超过22dBm，在一个无线产品设计中，都会有一个目标功率(target power)来作为我们设计的基础，在满足频谱板及EVM前提下，发射功率越大，性能越好，传播距离理论上越远。例如，常见的家用无线路由器发射功率一般在 10 - 20dBm之间。但是如果发射功率过高，可能会造成信号干扰其他设备，或者超出国家规定的电磁辐射标准；发射功率过低则会导致信号覆盖范围不足，用户无法在较远区域正常连接网络。它反映了设备发送无线电波的能量强度。

影响发射功率的因素：

1，硬件设计：

功率放大器：功率放大器的性能是决定发射功率的关键因素。其放大倍数、效率和线性度等指标直接影响着能够将输入信号放大到多大的功率进行发射。优质的功率放大器可以提供更高的发射功率，同时保证信号的质量和稳定性。

2，天线：天线的增益和方向性会影响发射功率的有效辐射。高增益天线能够将发射功率集中在特定方向上，提高信号在该方向上的强度，但并不意味着整体发射功率增加。全向天线则在各个方向上均匀辐射功率，相比定向天线，在特定方向上的功率可能较低。

3，调制编码方式：不同的调制编码方式对发射功率有不同的要求。

4，电源供应：稳定且充足的电源供应是保证设备能够以额定发射功率工作的基础。如果电源电压不稳定或功率不足，设备可能会降低发射功率以保证自身的正常运行，从而影响无线信号的覆盖范围和强度。

5，法规限制：不同国家和地区对无线设备的发射功率有严格的法规限制，以避免无线信号之间的干扰和对人体健康等方面的影响。例如，在中国，无线路由器的发射功率一般限制在 100mW（20dBm）左右，设备制造商必须在法规允许的范围内设计和生产产品。

接收灵敏度则表示设备能够正确接收并解析信号的最小功率值。接收灵敏度数值越小，说明设备能够接收更微弱的信号，在信号较差的环境下也能保持连接；反之，接收灵敏度数值较大，则意味着设备对信号强度要求较高，在信号弱的地方容易出现连接不稳定或无法连接的情况。接收灵敏度单位同样是 dBm，比如某无线网卡接收灵敏度为 - 88dBm，意味着当接收到的信号强度大于或等于 - 88dBm 时，该网卡能够正常工作并解析信号；若信号强度低于 - 88dBm，网卡可能无法正常连接或出现数据丢包等问题。

影响接收灵敏度的因素

1，天线性能：

1）天线增益：天线增益越高，接收信号的能力越强，接收灵敏度也就越高。高增益天线能够更有效地收集空间中的无线信号，并将其转换为电信号输入到设备中。

2）天线方向性：定向天线在其主瓣方向上的接收灵敏度较高，而在其他方向上可能较低。全向天线则在各个方向上的接收灵敏度相对较为均匀。根据实际应用场景选择合适的天线方向性，可以优化设备的接收灵敏度。

2，射频电路：

1）低噪声放大器：低噪声放大器用于放大接收到的微弱信号，其噪声系数是影响接收灵敏度的关键指标。噪声系数越低，放大器在放大信号的同时引入的噪声越少，接收灵敏度就越高。

2）滤波器：滤波器的作用是滤除接收信号中的噪声和干扰信号。性能良好的滤波器能够有效地抑制带外干扰，提高信号的纯度，从而提高接收灵敏度。

3，信号处理算法：

1）编码与解码算法：先进的编码与解码算法能够在信号存在噪声和干扰的情况下，更准确地恢复原始数据。

2）均衡算法：均衡算法用于补偿信号在传输过程中由于多径效应等原因引起的失真。有效的均衡算法可以使接收设备更准确地解析信号，提高接收灵敏度。

4，环境因素：

1）噪声：环境中的噪声，如其他无线设备的干扰、电气设备的噪声等，会降低接收信号的信噪比，从而影响接收灵敏度。在噪声较大的环境中，设备需要更高的信号强度才能正确接收和解析信号。

2）遮挡与衰减：建筑物、障碍物等会对无线信号产生遮挡和衰减作用，使接收信号的强度减弱。接收设备离发射源越远，信号经过的路径损耗越大，接收灵敏度也会受到影响。

八、调制精度

调制是将信息信号加载到载波上的过程，调制精度表征了实际调制信号与理想调制信号的接近程度。精度越高，信号携带信息的准确性就越高，数据传输的可靠性也就越好。

常用衡量指标

1，误差矢量幅度（EVM）：它表示实际调制信号矢量与理想信号矢量之间误差矢量的幅度，通常以百分比或分贝（dB）表示。比如在 WLAN 中，较低的 EVM 值意味着信号更接近理想状态，数据传输的误码率可能更低。

2，相位误差：反映实际信号相位与理想信号相位的偏差。相位误差过大会导致信号解调困难，影响数据的正确恢复。

3，幅度误差：指实际信号幅度与理想信号幅度的差异。幅度误差会改变信号的功率特性，对信号的传输和接收产生影响。

影响因素

1，Layout布局：射频电路的布局布线应尽量减少信号路径长度，避免信号之间的相互干扰。例如，将高频信号线路与低频信号线路分开布置，减少电磁耦合；对敏感的射频信号线进行屏蔽处理，防止外界干扰。确保发射机各级电路之间以及发射机与天线之间的阻抗匹配良好，可实现最大功率传输，减少信号反射。

2，发射机硬件：如射频电路中的放大器、混频器等组件的性能会影响调制精度。在发射机电路中加入合适的滤波器，如低通滤波器、带通滤波器等，可滤除不需要的杂散信号和高频谐波。非理想的放大器可能引入失真，导致信号的幅度和相位发生变化。振荡器产生的载波信号频率稳定性对调制精度至关重要。使用高精度的晶体振荡器或温补晶体振荡器，可降低频率误差和相位噪声。

3，噪声和干扰：环境中的电磁噪声以及其他无线信号的干扰，会叠加在发射信号上，使调制信号偏离理想状态，降低调制精度。

4，温度和老化：设备工作温度的变化以及长期使用导致的硬件老化，可能使发射机的性能发生改变，进而影响调制精度。

在 WLAN 等无线通信系统中，高调制精度是保障数据准确传输、提高频谱效率和系统容量的基础。如果调制精度不达标，会导致误码率上升，数据传输速率下降，甚至通信连接中断等问题。

九、频率误差（频偏）

频率误差

1，定义：指 WLAN 设备发射信号的实际频率与标准频率之间的偏差值。在无线通信中，准确的频率至关重要，因为发射和接收设备需要在相同的频率上工作才能正确通信。

2，产生原因：主要由发射机内部的振荡器等频率生成器件的不稳定性导致，比如温度变化、器件老化、电源波动等因素，都可能使振荡器产生的频率偏离标称值。

3，影响：频率误差过大会导致接收端无法正确解调信号，引起误码率升高，数据传输失败等问题。在一些对频率精度要求较高的 WLAN 标准（如 802.11ac、802.11ax）中，频率误差必须控制在极小的范围内，以保证多用户通信和高速数据传输的可靠性。

4，测量与标准：使用如 CMW500 等专业测试仪器可精确测量频率误差。不同的 WLAN 标准对频率误差有不同的允许范围，一般在几十 kHz 到几百 kHz 之间。例如，在 802.11n 的某些模式下，频率误差要求在 ±25ppm（百万分之一）以内 。ppm 是英文 “parts per million” 的缩写，即百万分之一。 PPM值 = [(实际频率 - 设定频率) / 设定频率] x 1,000,000

5，含义：在频率误差测量中，ppm 用于表示实际频率与标称频率之间的相对偏差。它反映了频率的精度和稳定性，1ppm 意味着实际频率与标称频率之间的偏差为标称频率的百万分之一。

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