9 802.11物理层技术
9.1 802.11协议族成员
IEEE 802.11⽆线局域⽹⼯作组制定的规范分两部分：
1. 80
2.11物理层相关标准
2. 802.11MAC层相关标准
由上图看出：
802.11 物理层标准定义了⽆线协议的⼯作频段、调制编码⽅式及最⾼速度的⽀持:
IEEE 802.11（WIFI 1）：1990年IEEE 802标准化委员会成⽴IEEE 802.11⽆线局域⽹标准⼯作组。该标准定义物理层和媒体访问控制(MAC)规范。
物理层定义了数据传输的信号特征和调制，⼯作在2.4000～2.4835GHz频段。传输速率最⾼只能达到2Mbps. IEEE 802.11a：1999年，IEEE 802.11a标准制定完成，该标准规定⽆线局域⽹⼯作频段在5.15～5.825GHz，数据传输速率达到
54Mbps.
IEEE 802.11b（WIFI 2） ：1999年9⽉IEEE 802.11b被正式批准，该标准规定⽆线局域⽹⼯作频段在2.4～2.4835GHz，数据传输速率达到11Mbps。
IEEE 802.11g（WIFI 3） ：IEEE的802.11g标准是对流⾏的802.11b（即Wi-Fi标准）的提速（速度从802.11b的11Mb/s提⾼到
54Mb/s）。802.11g接⼊点⽀持802.11b和802.11g客户设备。
IEEE 802.11n（WIFI 4）：IEEE 802.11n使⽤2.4GHz频段和5GHz频段， IEEE 802.11n标准的
核⼼是MIMO（multiple-input multiple-output，多⼊多出）和OFDM技术，传输速度300Mbps，最⾼可达600Mbps，可向下兼容802.11b、802.11g。
IEEE 802.11ac（WIFI 5）：802.11⽆线局域⽹（WLAN）通信标准，它通过5GHz频带（也是其得名原因）进⾏通信。理论上，它的最新版本能够提供最多3.47Gbps带宽进⾏多站式⽆线局域⽹通信，或是最少200Mbps的单⼀连接传输带宽。
IEEE 802.11ax（WIFI 6）：IEEE 802.11n使⽤2.4GHz频段和5GHz频段， IEEE 802.11n标准的核⼼是MU-MIMO（多⽤户多输⼊多输出）和OFDMA技术，传输速度600.4Mbps，最⾼可达9.6Gbps
802.11MAC层标准定义了⽆线⽹络在MAC层的⼀些常⽤操作：如QOS、安全、漫游等操作
IEEE 802.11e****标准对⽆线局域⽹MAC层协议提出改进，以⽀持多媒体传输，以⽀持所有⽆线局域⽹⽆线⼴播接⼝的服务质量保证QoS 机制。
IEEE 802.11r，快速基础服务转移，主要是⽤来解决客户端在不同⽆线⽹络AP间切换时的延迟问题。
IEEE 802.11h⽤于802.11a的频谱管理技术。
IEEE 802.11i标准是结合IEEE 802.1X中的⽤户端⼝⾝份验证和设备验证，对⽆线局域⽹ MAC层进⾏修改与整合，定义了严格的加密格式和鉴权机制，以改善⽆线局域⽹的安全性。
9.2 802.11物理层介绍
WLAN传输技术：
1. 红外线（Infra Red，IR）
2. ⽆线电射频技术
⽆线电射频技术采⽤扩频技术，扩频技术⼜分为：
1. 跳频扩频技术
2. 直接序列扩频技术
红外系统的优点：
不受⽆线电⼲扰，视距传输，检测和窃听困难，保密性好。
缺点是：对⾮透明物体的透过性极差，传输距离受限；易受⽇光、荧光灯等⼲扰；半双⼯通信。
相对红外技术⽽⾔，⽆线电射频技术传输距离更远，传输速度更⾼，并且通过特定的安全协议也可以保证通信的安全性。
手动打包工具物理层被分成两个⼦层（sub-layer）：
物理层汇聚过程（Physical Layer ConvergenceProcedure，简称PLCP）⼦层，负责将MAC帧映射到传输媒介；
另⼀个是物理媒体相关（Physical Medium Dependent，简称PMD）⼦层，负责传送这些帧PLCP的功能在于结合来⾃MAC的帧与空中所传输的⽆线电波。
PLCP同时会为帧加上⾃⼰的标头。
通常，帧中会包含前导码（preamble）以协助接收数据的同步操作。
不过，每种调制⽅式所采⽤的前导码均不相同，因此PLCP会为准备传送的所有帧加上⾃⼰的标头。接着由PMD负责将PLCP所传来的每个位利⽤天线传送⾄空中。
9.3 频宽
频宽的⼤⼩依据要传送的信息量⽽定
频宽是指能够有效通过该信道的信号的最⼤频带宽度，以赫兹（Hz）为单位
9.4 扩频技术
⽬的：
扩频技术能够很好的防⽌⼲扰
扩频的⼯作原理：
是利⽤数学函数将信号功率分散⾄较⼤的频率范围。只要在接收端进⾏反向操作，就可以将这些信号重组为窄带信号。更重要的是，所有窄带噪声都会被过滤掉，因此信号可以清楚的重现
9.5 802.11物理层技术
802.11所采⽤的的⽆线电物理层使⽤了三种不同的技术：
跳频（Frequency hopping，简称FH或FHSS）：跳频系统是以某种随机样式在频率间不断跳换，每个⼦信道只进⾏瞬间的传输。
直接序列（Direct sequence，简称DS或DSSS）： 直接序列系统利⽤数学编码函数将功率分散于较宽的频带。
dvrs正交频分复（OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，简称OFDM）：OFDM将可⽤信道划分为⼀些⼦信道，然后对每个⼦信道所要传送的部分信号进⾏平⾏编码。
1、 跳频扩频
跳频扩频（ Frequency-hopping spread-spread，简称FH或FHSS ）：是以⼀种预定的伪随机模式快速变换传输频率。
如上图所⽰：图中的纵轴将可⽤频率划分为⼏个频隙（frequency slot），同样的，时间轴也被划分为⼀系列时隙（time slot）。
本图中所⽤的跳频模式为（3,8,5,7）。正确掌握跳频时机是关键，发送端与接收端必须同步，这样接收端才可以随时与发送端的频率保持⼀致。
跳频扩频传输技术 (Frequency-Hopping Spread Spectrum，FHSS)只在IEEE 802.11中做了规定，在实际的应⽤中已经很少见，采⽤跳频扩频传输技术的⽆线局域⽹⽀持1Mbps和2Mbps两种速率。
跳频可以避免设备⼲扰某个频带（frequency band，简称band）的主要⽤户，跳频⽤户对主要⽤户只会造成瞬间⼲扰。
同样的，主要⽤户只会影响扩频设备的某个频隙，就像是瞬间的噪声⼀样。
图中显⽰了某个主要⽤户使⽤第7个频隙时所造成的影响，虽然第4个时隙的传送受损毁，但前3个时隙还是可以成功传送。
变径套
例如：第7个频隙为微波炉使⽤的频段，微波炉的使⽤只会对第7个频隙的信号造成⼲扰，其他频隙的信号还是能正常传输，所以跳频可以有效的防⽌⼲扰。
2、 直接序列扩频技术（DSSS）
1. 直接序列传输技术是通过精准的控制将RF能量分散⾄某个宽频带；
2.当⽆线电载波的变动被分散⾄较宽的频带时，接收器可以通过相关处理出变动所在； DSSS：Direct Sequence Spread Spectrum直接序列展频技术最初定义在802.11原始标准中，⼯作频段为2.4GHz，数据率为1Mbps 和2Mbps。
802.11b修正案也定义了DSSS技术，⼯作频段同样是2.4GHz，数据率为5.5Mbps和11Mbps。这两个数据率称为HR-DSSS（High-Rate DSSS，⾼速直接序列扩频）。
注意：802.11b设备不采⽤FHSS技术，因此⽆法向后兼容802.11 FHSS设备；
DSSS编码⽅式1：
DSSS采⽤11 chip barker编码⽅式；Barker码是⼀个11⽐特序列（例如10110111000），在⽆线传输⽅⾯存在优势，可以有效降低⼲扰，不过降低了效率
只要11位中的2位正确就能识别原来的数据
水下光缆作⽤：防⽌⼲扰
DSSS编码⽅式2：
补码键控（CCK）；CCK采⽤了复杂的数学转换函数，可以使⽤若⼲个8-bit序列在每个码字中编码4或8个位，因此数据总吞吐量为
5.5Mbps或11Mbps。此外，CCK所使⽤的数学转换函数可以让接收器轻易识别不同的编码，即便遇上⼲扰或者多径衰落的情况。
作⽤：有效防⽌噪声及多径⼲扰
802.11b使⽤补码键控来提⾼传输速率，最⾼可达11Mbps
缺点：补码键控为了对抗多径⼲扰，技术复杂，实现困难。
DSSS调制⽅式
调制⽅式有：BPSK、QPSK
BPSK：Binary Phase Shift Keying ⼆进制相移键控。
QPSK：Quadrature Phase Shift Keying 正交相移键控。套筒冠
调制⽅式 相位差 编码
BPSK 0 0
BPSK 180 1
QPSK 0 00
QPSK 90 01
QPSK 180 10
QPSK 270 11
相⽐较于BPSK，QPSK所具备的明显优势为四级编码机制可以提供较⾼的吞吐量。采⽤QPSK的代价是，如果多径⼲扰⼗分严重，可能会导致它⽆法使⽤。
多径之所以发⽣，是因为信号从发送端分路抵达接收端。每个路径的距离不同，因此从每个路径所接收到的信号相对于其他路径有时间差。在多径⼲扰⼗分严重的环境下，QPSK会⽐BPSK更早崩溃。
802.11b采⽤DSSS技术实现了四种不同的数据速率：
3、 正交频分（OFDM）技术
802.11a是基于正交频分复⽤（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，简称OFDM）。
OFDM原理：
OFDM会将⼀个较宽的信道分割成⼏个⼦信道。
每个⼦信道均⽤来传输数据。OFDM使⽤的⼦载波相互重叠，但是这些相互重叠的⼦载波之间不会互相⼲扰。
之所以能够使⽤相互重叠的⼦载波，是因为定义了副载波，因此可以轻易区分彼此。
能够区别副载波，关键在于它使⽤了⼀种复杂的数学关系，称为正交性。
在数学上，正交⽤来描述相互独⽴的项⽬。
OFDM之所以能够运作，是因为所选⽤的副载波频率的波形丝毫不受其他副载波的影响。
如下图所⽰：信号分为三个副载波，每个副载波的波峰均作为数据编码之⽤，如图中上⽅标⽰的圆点。这些副载波之间经过刻意设计，彼此之间保持正交关系。
注意每个副载波的波峰，此时其他两个副载波的振幅均为0。
OFDM 5GHz信道⽰例：
OFDM技术的主要思想是将指配的信道分成许多正交⼦信道，在每个⼦信道上进⾏窄带调制和传输。每个信号的带宽⼩于信道的相关带宽。OFDM将信道划分为52个⼦信道，4个⽤来做相位参考，所以真正能使⽤的是48个⼦信道。
OFDM⼦信道调制技术
1. OFDM调制⽅式：
拉丝模激光打孔机BPSK：Binary Phase Shift Keying ⼆进制相移键控。
QPSK：Quadrature Phase Shift Keying 正交相移键控。
QAM：正交幅度调制
QAM同时利⽤了载波的振幅和相位来传递信息
OFDM技术结合QAM调制⽅式让速率达到54Mbps
2、 16QAM和64QAM星座图
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