无线网络
B站链接
一、电磁波的传输
电磁波传播方式
地波（低于2MHZ） 天波(2MHZ–30MHZ) 直线波(30MHZ以上) 电磁波的发射与接收装置——天线
作用：将电磁波辐射到空间中或收集电磁波 辐射模式：全向天线、有向天线 天线类型：
抛物面反射天线 偶极天线 天线增益：主要与天线有效面积有关：
G
=
4
π
A
e
λ
2
=
4
π
f
2
A
e
c
2
G
:
增益
A
e
:
有效面积
F
:
载波频率
λ
:
载波波长
C
:
光速
G = \frac{4 \pi A_e}{\lambda^2} = \frac{4 \pi f^2 A_e}{c^2}\\ G:增益\\ A_e:有效面积\\ F:载波频率\\ \lambda:载波波长\\ C:光速
G=λ24πAe=c24πf2AeG:增益Ae:有效面积F:载波频率λ:载波波长C:光速
天线高度与传输距离：
d
=
3.57
(
K
h
1
+
K
h
2
)
h
1
,
h
2
分别为接收发送天线的高度
K
=
4
3
d=3.57(\sqrt{Kh_1}+\sqrt{Kh_2})\\ h_1,h_2分别为接收发送天线的高度\\ K=\frac{4}{3}
d=3.57(Kh1
+Kh2
)h1,h2分别为接收发送天线的高度K=34
二、 无线信号接收
电磁信号成功接收条件
接收端信号强度足够大（声音足够大） 信噪比足够大（不能背其他人说话盖过） 信号不失真（不能怪腔怪调） 无线传输过程中收到的各类影响
衰减和衰减失真
自由空间损耗
P
t
P
r
=
(
4
π
d
)
2
λ
2
=
(
4
π
f
d
)
2
c
2
P
t
:
发送功率
P
r
:
接收功率
\frac{P_t}{P_r}=\frac{(4\pi d)^2}{\lambda^2}=\frac{(4\pi fd)^2}{c^2}\\ P_t:发送功率\\ P_r:接收功率\\
PrPt=λ2(4πd)2=c2(4πfd)2Pt:发送功率Pr:接收功率
L
b
f
=
32.5
+
20
l
g
F
+
20
l
g
D
L
b
f
:
自由空间损耗
(
d
B
)
D
:
距离
(
k
m
)
F
:
频率
(
M
H
z
)
Lbf = 32.5+20lgF+20lgD\\ Lbf:自由空间损耗(dB)\\ D:距离(km)\\ F:频率(MHz)\\
Lbf=32.5+20lgF+20lgDLbf:自由空间损耗(dB)D:距离(km)F:频率(MHz)
频率越高，衰减越明显
信号接收强度
R
S
S
=
P
t
+
G
t
+
G
r
−
L
c
−
L
b
f
R
S
S
:
接收信号强度
P
t
:
发射功率
G
t
:
接收天线增益
G
r
:
发射天线增益
L
c
:
电缆的损耗
L
b
f
:
自由空间损耗
RSS=P_t+G_t+G_r-L_c-Lbf\\ RSS:接收信号强度\\ P_t:发射功率\\ G_t:接收天线增益\\ G_r:发射天线增益\\ L_c:电缆的损耗\\ Lbf:自由空间损耗
RSS=Pt+Gt+Gr−Lc−LbfRSS:接收信号强度Pt:发射功率Gt:接收天线增益Gr:发射天线增益Lc:电缆的损耗Lbf:自由空间损耗
噪声
大气吸收
多径
折射（反射、散射、衍射）
移动中的信号衰退
快速衰退
当收发双方逐渐远离，总体而言，接收端接收到的信号强度呈下降趋势，在小范围内，会出现剧烈抖动原因：多径现象。由于同一信号多个分量抵达时间不同，信号强度的叠加，将带来小范围内的剧烈抖动。 慢速衰退非选择性衰退
不同频率的电磁波呈现不同的衰减特性 选择性衰退
特定频率（高频）的电磁波衰减严重 多普勒效应 差错控制技术
前向纠错与后向纠错
差错检测码：奇偶校验、循环冗余校验（CRC），只能检测，不能纠错自动重发请求协议ARQ 一般这两个搭配使用，因为是在错误发生之后，又叫后向纠错
差错纠错码：不就可以发现错误，还能纠错，也称前向纠错码，海明码、汉明码 差错补偿机制
自适应均衡分集技术
时间分集：比如把多径不同时间到达信号汇集起来空间分集：抛物面天线，把很大空间的信号汇集起来，以达到增强信号的作用频率分集：将要传输的信号放在很宽的频带上传输，接收端汇集起来
三、数据与信号的相互转化
编码技术
数据：需要传递的信息
模拟数据对应连续数字数据对应离散 信号：数据的电气或电磁表示
连续波（模拟信号）vs脉冲序列（数字信号）
脉冲信号：单极性双极性脉冲
传输：信号的传播和处理过程
模拟数据转化为数字信号
奈奎斯特采样，工程上采样频率取原始信号最大频率的5—10倍。
数字数据转化为模拟信号
调幅、调频、调相（ask,fsk,psk）
四、无线局域网
无线广域网、无线城域网、无线局域网、无线个域网
类似的结构：蜂窝结构。
按照基站假设高度：大蜂窝（Megacell）、宏蜂窝(Macrocell)、微蜂窝(Microcell)、微微蜂窝（Picocell）毫微微蜂窝（Femtpcell）
无线局域网
只作为接入使用，骨干网依旧是LAN。（稳定性、安全性不够）
相关术语：
2.4g、5g ：5g频段下速率更快，频率越高，能够提供的潜在带宽越大。增益：dBi/dBd：功率增益单位，dBi参考基准是全向天线；dBd参考基准是偶极天线。MIMO/SISO：家用路由器都有多根天线，将要传输的信息分成多个部分并行传输（空分编码），在接收端分别接收，合并处理。规定最多分成4个（即最多“四根”天线），对于5根、6根天线的路由器，其实每根天线工作频率不同，分别间隔的工作在2.4gHz和5gHz。因此工作在同一频率下的天线数目没有超过4根。 WLAN(wireless local area network) = WI-FI (wireless fidelity)?
Wi-Fi: 主要采用802.11b协议。 WIFI 属于 WLAN。（下一章介绍，很多工作需要！！！）
分类
有线
总线网环型网树型网星型网（现在主流） 无线
五、WiFi原理
无线局域网的一个标准
802协议是网络协议，
802.11：WiFi协议
802.3：以太网协议
802.15：蓝牙协议
WiFi发展史： WiFi的标准不是为了满足当时的网络 需求，是为给接下来几年铺路 WiFi发展史
Re.Dateprotocolfrequencydata ratenotes1997802.11 1997 / 802.11 legacy提出标准。DSSS（直接序列扩频）、FHSS(跳频)1999802.11b802.11a2.4GHz5GHz11Mbps54Mbps802.11a设备昂贵，民用主要还是以802.11b为主，并迅速普及。实现无线从无到有2003802.11g2.4GHz带宽20M54Mbps提高2.4GHz的速率（OFDM）、向下兼容（但此时我国带宽速率不到10Mbps）2009802.11n2.4GHz5GHz带宽40M288Mbps600Mbps（条件苛刻，比如需要多根天线）双频通信，多根天线，MIMO，向下兼容2.4GHz是由802.11g演化而来5GHz是由802.11a演化而来2.4GHz信道带宽20MHz5GHz信道带宽40MHziPhone 4发布。此时无线局域网速率远超宽带速率，溢出的速率，iPhone使用D2D airdrop通信，利用蓝牙对频，使用手机上支持802.11n协议的WiFi模块实现数据发送和接收2013802.11ac5GHz带宽160M1.6Gbps是由802.11a演化而来，信道160MHz，MIMO, beamforming, 256QAM2019802.11axWiFi 62.4GHz5GHz6GHz3.5GHz使用了4G LTE蜂窝手机的OFDMAWiFi的应用开始WiFi direct 点对点的通信：手机热点、airdrop、airplay
WiFi 6 已经开始使用蜂窝网络里的技术，WiFi逐渐向蜂窝网络靠近，多年后可能室内WiFi设备被毫微微蜂窝（Femtpcell）替代。
奈奎斯特准则 带宽为W的无噪声低通信道，极限信息传输速率（信道容量）
C
m
a
x
=
2
W
l
o
g
2
M
C_{max}=2Wlog_2M
Cmax=2Wlog2M(b/s), M编码方式的码元状态数，即一个码元表示的符号数。
香农定理
有噪声情况，
C
=
B
l
o
g
2
(
1
+
S
N
)
C = Blog_2(1+\frac{S}{N})
C=Blog2(1+NS)
WiFi 5和WiFi 6对比
2.4G频谱
802.11b/g 工作在2.4G频段，范围在2.4—2.4835GHz，共83.5M带宽
划分为14个子信道
每个子信道22MHz，与常说的20M相差2M，这2M是隔离频带
相邻信道的中心频点间隔5MHz
相邻的多个信道存在频率重叠
互不干扰的信道，有4组，1/6/11, 2/7/12，3/8/13，4/9/14.最常用的是第一组，1、6、11