IEEE 802.11 a/b/g/n/ac 2.4GHz/5GHz 无线局域网

1、Wi-Fi 和 WLAN 的区别

Wi-Fi 是基于 IEEE 802.11 标准的 WLAN,也是一个无线网络通信技术的品牌,由 Wi-Fi 联盟所持有。目的是改善基于 IEEE 802.11 标准的无线网路产品之间的互通性。有人把使用 IEEE 802.11 系列协议的局域网就称为无线保真,甚至把 Wi-Fi 等同于无线网际网路(Wi-Fi 是 WLAN 的重要组成部分)。

WLAN(Wireless Local Area Network,无线局域网)有许多标准协议,如 IEEE 802.11 协议族、HiperLAN 协议族等,WLAN 的连接原理是利用射频技术(RF, Radio Frequency),使用电磁波,取代旧式的双绞铜线(Coaxial)所构成的有线局域网络,在空中进行通信连接。

2、频段、信道、带宽

【工作频段】将频率划分成多段,如 2.4GHz 频段(2.412GHz-2.484GHz)
【无线信道】将频段划分成多个信道,信道是用于传输无线电波信号的通道,一个信道在同一时间内只有一台设备能发送信号。
【信道带宽】模拟信道的带宽 W=f2-f1,f2 信道能通过的最高频率,f1 为信道能通过的最低频率。带宽越大,数据传输速率越大。

3、IEEE 802.11 常见的技术标准

标准 工作频段 理想速率 信道带宽
802.11 2.4 GHz 2Mbps 20MHz
802.11a 5GHz 54Mbps 20MHz
802.11b 2.4 GHz 11Mbps 20MHz
802.11g 2.4 GHz 54Mbps 20MHz
802.11n 2.4 GHz或5 GHz 72Mbps(1×1, 20MHz)

150Mbps(1×1, 40MHz)

288Mbps(4×4,20MHz)

600Mbps(4×4, 40MHz)

20MHz/40MHz(信道绑定)
802.11ac 5 GHz 433Mbps(1×1, 80MHz)

867Mbps(1×1,160MHz)

6.77Gbps(8×8,160MHz)

40MHz/80MHz/160MHz

①从 802.11n 开始引入了 MIMO 多入多出技术,基站和终端同时使用多重天线收发信号,以此增加数据传输速率和准确性。4×4 表示无线网络的基站有 4 根天线发射数据,用户终端有 4 根天线接收数据。
②802.11ac 虽然只是 5G 标准,但大主流 802.11ac 设备都采用双频设计,能同时发送两个信号,5G 频段支持 802.11ac,2.4G 频段向下兼容 802.11b/g/n。

4、2.4GHz 频段介绍

  • 中心频率范围 2.412GHz – 2.484GHz
  • 共划分 14 个信道,中国可用 13 个信道(1-13),美国可用 11 个信道(1-11)
  • 信道有效带宽 20MHz,实际带宽 22MHz,其中 2MHz 为隔离频带
  • 相邻信道中心频点间隔 5MHz,相邻的多个信道存在频率重叠,相互不干扰的信道有三组(1、6、11 或 2、7、12 或 3、8、13)

5、5GHz 频段介绍

  • 中心频率范围 4.915GHz – 5.865GMz
  • 共划分约两百个信道,各国可用信道可参考:https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_WLAN_channels

6、2.4G 和 5G Wi-Fi 比较

频段 2.4G 5G
优点 信号强,衰减小,穿墙强,覆盖距离远 带宽较宽,速度较快,干扰较少
缺点 带宽较窄,速度较慢,干扰较大 信号弱,衰减大,穿墙差,覆盖距离近

①5G Wi-Fi 由于频率高,则电磁波的能量强,穿透能力(不变方向)强,信号穿透会损失很大能量,因此在传播过程衰减较大,传播距离较近。

ZigBee 短距离无线通信技术(IEEE 802.15.4)

ZigBee 译为”紫蜂”,它与蓝牙相类似。是一种新兴的短距离无线通信技术,用于传感控制应用 (Sensor and Control)。

ZigBee 是基于 IEEE802.15.4 标准的低功耗局域网协议。ZigBee 技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术。紫蜂协议来源于蜜蜂的八字舞,由于蜜蜂(bee)是靠飞翔和“嗡嗡”(zig)地抖动翅膀的“舞蹈”来与同伴传递花粉所在方位信息,也就是说蜜蜂依靠这样的方式构成了群体中的通信网络。

ZigBee 的特点是近距离、低复杂度、自组织、低功耗、低数据速率。主要适合用于自动控制和远程控制领域,可以嵌入各种设备。简而言之,ZigBee就是一种便宜的,低功耗的近距离无线组网通讯技术。ZigBee是一种低速短距离传输的无线网络协议。ZigBee协议从下到上分别为物理层(PHY)、媒体访问控制层(MAC)、传输层(TL)、网络层(NWK)、应用层(APL)等。其中物理层和媒体访问控制层遵循IEEE 802.15.4标准的规定。

// IEEE 802.15.4:低速无线个人网络

IEEE 802.11

IEEE 是英文 Institute of Electrical and Electronics Engineers 的简称,其中文译名是电气和电子工程师协会。IEEE 802 规范定义了网卡如何访问传输介质(如光缆、双绞线、无线等),以及如何在传输介质上传输数据的方法,还定义了传输信息的网络设备之间连接建立、维护和拆除的途径。遵循 IEEE 802 标准的产品包括网卡、桥接器、路由器以及其他一些用来建立局域网络的组件。

802 的由来是 IEEE 于 1980 年 2 月成立了局域网标准委员会(简称 IEEE 802 委员会),专门从事局域网标准化工作,并制定了 IEEE 802 标准。802 所描述的局域网参考模型只对应 OSI 参考模型的数据链路层与物理层,它将数据链路层划分为逻辑链路控制 LLC(Logical Link Control)子层与介质访问控制 MAC(Media Access Control)子层。

802.11 协议簇是国际电工电子工程学会(IEEE)为无线局域网络制定的标准。虽然WI-FI使用了802.11的媒体访问数据链路层(DLL)和物理层(PHY),但是两者并不完全一致。以下常见的 IEEE 802.11 协议标准中,使用最多的应该是 802.11n 标准,工作在 2.4GHz 或 5GHz 频段,理论值可达 600Mbps。
* IEEE 802.11a,1999年,物理层补充(54Mbit/s,工作在5GHz)。
* IEEE 802.11b,1999年,物理层补充(11Mbit/s,工作在2.4GHz)。
* IEEE 802.11g,2003年,物理层补充(54Mbit/s,工作在2.4GHz)。
* IEEE 802.11n,2009年,WLAN 的传输速率提高到 600Mbps(300-600Mbit/s,工作在2.4GHz or 5GHz)。
* IEEE 802.11ac,2011年,802.11n 之后的版本,Qualcomm、Broadcom、Intel 等正在开发,使用 5GHz 频段,(1Gbit/s,工作在5GHz)。