WiFi，全稱Wireless Fidelity，是一種無線局域網技術，允許電子設備通過無線電波連接到互聯網。以下是對WiFi的一些介紹：

一、基本概述

定義：WiFi是一種基于IEEE 802.11標準系列的無線局域網技術，使設備能夠在特定范圍內（通常幾十米到幾百米）通過無線信號進行通信。

組成：一個典型的WiFi網絡包括路由器、調制解調器和終端設備（如手機、電腦、平板電腦等）。路由器負責發射無線信號，調制解調器將互聯網信號轉化為路由器可以使用的格式，而終端設備則接收這些信號以實現互聯網訪問。

頻段：WiFi主要使用2.4GHz和5GHz兩個頻段。2.4GHz頻段信號穿透力強但速度較慢，適合覆蓋較大區域；5GHz頻段速度快但穿透力較弱，適合在小范圍內使用高速網絡。因為波長和頻率是成反比的，所以2.4GHz的波長比較長，5GHz的波長比較短。可以理解為更長波長容易繞過障礙物繼續傳播。目前6G也正使用當中。

帶寬：定義：在WLAN中指信號所占用的頻帶寬度。在 WLAN 中，常見的帶寬有 20MHz、40MHz、80MHz、160MHz 等。作用：帶寬越大，能夠承載的數據量就越多，理論上可實現更高的數據傳輸速率。例如，802.11ac 標準通過使用更大的帶寬（如 80MHz、160MHz），相比早期的 802.11n（常用 20MHz、40MHz 帶寬）實現了更高的峰值傳輸速率。影響：一方面，較大的帶寬能提升傳輸速率，但也會增加對頻譜資源的占用，并且更容易受到干擾；另一方面，不同的設備和環境可能對帶寬的支持和適應性不同，需要合理選擇。測量與標準：同樣借助專業測試儀器測量。WLAN 標準對不同模式下的帶寬使用有明確規定，設備必須按照標準來設置和使用帶寬，以保證與其他設備的兼容性和通信的穩定性。

信道：2.4G、5G、6G頻段各有不同的工作信道。2.4G占用帶寬20MHz有14個信道。5G與6G頻段資源更豐富，有更多的帶寬，所以信道劃分也更多更復雜。

二、工作原理

WiFi通過無線電波在設備和路由器之間傳輸數據。當設備選擇一個WiFi網絡并輸入密碼后，設備會向路由器發送請求，路由器驗證密碼后便允許設備接入網絡。之后，數據就可以在設備和互聯網之間傳輸了。

三、發展歷程

自1997年第一代IEEE 802.11標準發布以來，WiFi技術已經經歷了多代演進，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、覆蓋范圍和連接穩定性等方面有所提升。最新的WiFi 7（基于IEEE 802.11be標準）更是帶來了更高的吞吐量和更低的延遲。

802.11a工作在 5GHz 頻段，最高傳輸速率為 54Mbps ，采用正交頻分復用（OFDM）技術，有效減少多徑干擾，適用于對帶寬要求較高的業務，但由于頻段較高，傳播距離和穿墻能力較弱。

802.11b工作在 2.4GHz 頻段，最高傳輸速率 11Mbps，采用直接序列擴頻（DSSS）技術，成本較低，兼容性好，但傳輸速度較慢，且容易受到同頻段其他設備干擾。

802.11g同樣工作在 2.4GHz 頻段，結合了 802.11a 的 OFDM 技術和 802.11b 的低成本優勢，最高傳輸速率 54Mbps，向下兼容 802.11b 設備。

802.11n可工作在 2.4GHz 和 5GHz 頻段，引入 MIMO 技術，通過多個天線同時發送和接收數據，最高傳輸速率可達 600Mbps，大大提高了網絡傳輸速度和穩定性。

802.11ac工作在 5GHz 頻段，進一步拓展了信道帶寬，支持多用戶 MIMO 技術，最高傳輸速率可達 3.46Gbps，在高密度用戶環境下性能表現出色。

802.11ax（Wi-Fi 6）支持 2.4GHz 和 5GHz 頻段，采用正交頻分多址（OFDMA）技術，將信道劃分為多個子信道，允許多個設備同時進行數據傳輸，提高了頻譜利用率，同時引入 TWT 技術，降低設備功耗，最高傳輸速率可達 9.6Gbps ，顯著提升多用戶場景下的網絡性能。

Wi-Fi 6E是 Wi-Fi 6 的擴展，工作在 6GHz 頻段，擁有更多的可用信道，減少了與其他設備的干擾，能提供更高速、更穩定的網絡連接。

802.11BE（WiFi7）Wi-Fi 7 新性能提升重點在 Wi-Fi 6E 的基礎上，導入 320MHz 頻寬、4096-QAM 基頻接入、Multi-RU、多關到操作、增強 MU-MIMO、多 AP 協作等。

四、應用領域

WiFi技術廣泛應用于家庭、辦公室、公共場所等各個領域。在家庭中，WiFi使我們能夠隨時隨地連接互聯網，享受在線視頻、音樂、游戲等娛樂服務；在辦公室中，WiFi提高了工作效率和協作能力；在公共場所如咖啡館、商場，高鐵站，機場等，WiFi為人們提供了便捷的網絡接入服務。此外，WiFi還在物聯網、智能家居等領域發揮著重要作用。

五、優缺點分析

1. 優點

便捷性：WiFi消除了物理連接的需求，使得設備可以輕松地接入互聯網。

靈活性：WiFi網絡可以靈活地擴展和調整，以適應不同的使用環境和需求。

成本效益：與傳統有線網絡相比，WiFi減少了布線的成本和復雜性。

1. 缺點

安全性問題：WiFi信號可能受到未經授權的訪問和攻擊，需要采取安全措施來保護網絡。

干擾問題：WiFi信號可能受到其他電子設備或無線信號的干擾，影響網絡性能和穩定性。

有限范圍：WiFi網絡的覆蓋范圍有限，可能無法滿足所有區域的信號覆蓋需求。

綜上所述，WiFi作為一種無線局域網技術，在現代社會的數字化生活中扮演著不可或缺的角色。隨著技術的不斷發展和創新，我們可以期待WiFi在未來繼續為我們帶來更快速、更穩定、更安全的網絡連接體驗。

六、WiFi協議的工作原理

WiFi協議的工作原理主要包括了物理層和數據鏈路層的協議。

在數據鏈路層，分為LLC層和MAC層。802.11網絡中，網絡層及以上層對應的數據類型稱為數據包，如TCP數據包，IP數據包。MAC層以下將對數據類型稱為幀，如管理幀，數據幀，控制幀。數據從應用層à表示層à會話層à傳輸層à網絡層，在網絡層將IP header添加到其中數據，并封裝成一個IP包，接下來IP包被送到數據鏈路層，在LLC子層，添加LLC數據，并對其與IP數據包進行封裝，封裝后的數據包格式，802.11協議定義為：MAC Service Data Unit，縮寫MSDU。802.11協議對MSDU有要求定義最大長度為2304，簡單來說，MSDU的定義為一個IP包加上LLC數據。802.11協議在MAC層定義了數據幀，管理幀，控制幀三種幀類型，經過LLC層后，數據被封裝為一個MSDU，MSDU會被傳送到MAC子層，MAC層對于MSDU最主要的操作，添加802.11 MAC header，并對MSDU進行封裝，封裝后的數據格式802.11協議定義為：MAC Protocol Data Unit，縮寫MPDU也就是數據幀。MPDU由MAC Header+frame body（MSDU 0-2304bytes）+FCS組成。將管理幀數據格式在MAC子層稱為：management MAC protocol data unit，縮寫MMPDU，其不攜帶上層數據信息。MMPDU由802.11MAC header，frame body，FCS組成。控制幀格式僅包含802.11 MAC header和FCS，不包含frame body，主要作用協助數據幀的傳輸，在一個WiFi網絡，控制幀可以被任何一個WiFi設備接收處理，因此，要求控制幀必須要使用基本速率傳輸，控制幀在WiFi網絡中，用作信道申請和單播幀提供確認。

在物理層，WIFI協議通過調制解調器將數字信號轉換為無線信號，并通過天線進行發送;在接收端，再通過天線接收到的無線信號經過解調器將其轉換為數字信號。，802.11協議將“物理層"定義分為“PLCP子層"和"PMD子層"，從MAC層傳下來的數據MPDU，在PLCP層，我們稱作PLCP Service Data Unit，縮寫(PSDU)。"PLCP層"處理PSDU并創建一個PPDU，PPDU數據格式由一個PLCP 前導序列，PHY Header和PSDU組成。基于不同的調制方式，PPDU幀格式有所區別。"PMD層"處理上層傳送下來的PPDU，將其按比特流調制到天線進行發送。

調制是WiFi協議中物理層的重要部分，它是一種將低頻的基帶信號轉換為高頻的載波信號的過程。這個過程包括了對信號的編碼、相位調制、振幅調制等操作，使得原始信號可以在無線信道中傳輸。在解調過程中，接收端會接收到經過調制的無線信號，然后通過相應的解調器將其還原為原始的數字信號。解調器的性能直接影響到數據傳輸的質量和誤碼率，在實際應用中，由于無線信道的復雜性和干擾的存在，信號傳輸可能會出現失真或誤碼等問題。因此，解調器通常需要進行信道估計、同步、抗干擾等處理來提高解調性能。

WiFi調制技術

DSSS（direct sequence spread spectrum）直接序列擴頻技術

CCK（complementary code keying）補碼鍵控

OFDM（orthogonal frequency division multiplexing）正交頻分復用技術

BPSK（binary phase shift keying）二進制相移鍵控

QPSK（quadrature phase shift keying）正交相移鍵控/四相相移鍵控

QAM（quadrature amplitude modulation）正交幅度調制

應用層

表示層

會話層

傳輸層

網絡層

? ? ?

數據鏈路層	??LLC層
	?MAC層

物理層? ? ?	PLCP層
	PMD層

七、發射功率與接收靈敏度

發射功率(TX Power)：是指無線產品發射天線的工作功率，單位為dBm。無線發射的功率決定無線信號的強度和距離，功率越大，信號越強。每個國家對于最大發射功率都有一個限制:中國及歐洲國家最大不超過20dBm;北美最大功率不超過30dBm;日本最大功率不超過22dBm，在一個無線產品設計中，都會有一個目標功率(target power)來作為我們設計的基礎，在滿足頻譜板及EVM前提下，發射功率越大，性能越好，傳播距離理論上越遠。例如，常見的家用無線路由器發射功率一般在 10 - 20dBm之間。但是如果發射功率過高，可能會造成信號干擾其他設備，或者超出國家規定的電磁輻射標準；發射功率過低則會導致信號覆蓋范圍不足，用戶無法在較遠區域正常連接網絡。它反映了設備發送無線電波的能量強度。

影響發射功率的因素：

1，硬件設計：

功率放大器：功率放大器的性能是決定發射功率的關鍵因素。其放大倍數、效率和線性度等指標直接影響著能夠將輸入信號放大到多大的功率進行發射。優質的功率放大器可以提供更高的發射功率，同時保證信號的質量和穩定性。

2，天線：天線的增益和方向性會影響發射功率的有效輻射。高增益天線能夠將發射功率集中在特定方向上，提高信號在該方向上的強度，但并不意味著整體發射功率增加。全向天線則在各個方向上均勻輻射功率，相比定向天線，在特定方向上的功率可能較低。

3，調制編碼方式：不同的調制編碼方式對發射功率有不同的要求。

4，電源供應：穩定且充足的電源供應是保證設備能夠以額定發射功率工作的基礎。如果電源電壓不穩定或功率不足，設備可能會降低發射功率以保證自身的正常運行，從而影響無線信號的覆蓋范圍和強度。

5，法規限制：不同國家和地區對無線設備的發射功率有嚴格的法規限制，以避免無線信號之間的干擾和對人體健康等方面的影響。例如，在中國，無線路由器的發射功率一般限制在 100mW（20dBm）左右，設備制造商必須在法規允許的范圍內設計和生產產品。

接收靈敏度則表示設備能夠正確接收并解析信號的最小功率值。接收靈敏度數值越小，說明設備能夠接收更微弱的信號，在信號較差的環境下也能保持連接；反之，接收靈敏度數值較大，則意味著設備對信號強度要求較高，在信號弱的地方容易出現連接不穩定或無法連接的情況。接收靈敏度單位同樣是 dBm，比如某無線網卡接收靈敏度為 - 88dBm，意味著當接收到的信號強度大于或等于 - 88dBm 時，該網卡能夠正常工作并解析信號；若信號強度低于 - 88dBm，網卡可能無法正常連接或出現數據丟包等問題。

影響接收靈敏度的因素

1，天線性能：

1）天線增益：天線增益越高，接收信號的能力越強，接收靈敏度也就越高。高增益天線能夠更有效地收集空間中的無線信號，并將其轉換為電信號輸入到設備中。

2）天線方向性：定向天線在其主瓣方向上的接收靈敏度較高，而在其他方向上可能較低。全向天線則在各個方向上的接收靈敏度相對較為均勻。根據實際應用場景選擇合適的天線方向性，可以優化設備的接收靈敏度。

2，射頻電路：

1）低噪聲放大器：低噪聲放大器用于放大接收到的微弱信號，其噪聲系數是影響接收靈敏度的關鍵指標。噪聲系數越低，放大器在放大信號的同時引入的噪聲越少，接收靈敏度就越高。

2）濾波器：濾波器的作用是濾除接收信號中的噪聲和干擾信號。性能良好的濾波器能夠有效地抑制帶外干擾，提高信號的純度，從而提高接收靈敏度。

3，信號處理算法：

1）編碼與解碼算法：先進的編碼與解碼算法能夠在信號存在噪聲和干擾的情況下，更準確地恢復原始數據。

2）均衡算法：均衡算法用于補償信號在傳輸過程中由于多徑效應等原因引起的失真。有效的均衡算法可以使接收設備更準確地解析信號，提高接收靈敏度。

4，環境因素：

1）噪聲：環境中的噪聲，如其他無線設備的干擾、電氣設備的噪聲等，會降低接收信號的信噪比，從而影響接收靈敏度。在噪聲較大的環境中，設備需要更高的信號強度才能正確接收和解析信號。

2）遮擋與衰減：建筑物、障礙物等會對無線信號產生遮擋和衰減作用，使接收信號的強度減弱。接收設備離發射源越遠，信號經過的路徑損耗越大，接收靈敏度也會受到影響。

八、調制精度

調制是將信息信號加載到載波上的過程，調制精度表征了實際調制信號與理想調制信號的接近程度。精度越高，信號攜帶信息的準確性就越高，數據傳輸的可靠性也就越好。

常用衡量指標

1，誤差矢量幅度（EVM）：它表示實際調制信號矢量與理想信號矢量之間誤差矢量的幅度，通常以百分比或分貝（dB）表示。比如在 WLAN 中，較低的 EVM 值意味著信號更接近理想狀態，數據傳輸的誤碼率可能更低。

2，相位誤差：反映實際信號相位與理想信號相位的偏差。相位誤差過大會導致信號解調困難，影響數據的正確恢復。

3，幅度誤差：指實際信號幅度與理想信號幅度的差異。幅度誤差會改變信號的功率特性，對信號的傳輸和接收產生影響。

影響因素

1，Layout布局：射頻電路的布局布線應盡量減少信號路徑長度，避免信號之間的相互干擾。例如，將高頻信號線路與低頻信號線路分開布置，減少電磁耦合；對敏感的射頻信號線進行屏蔽處理，防止外界干擾。確保發射機各級電路之間以及發射機與天線之間的阻抗匹配良好，可實現最大功率傳輸，減少信號反射。

2，發射機硬件：如射頻電路中的放大器、混頻器等組件的性能會影響調制精度。在發射機電路中加入合適的濾波器，如低通濾波器、帶通濾波器等，可濾除不需要的雜散信號和高頻諧波。非理想的放大器可能引入失真，導致信號的幅度和相位發生變化。振蕩器產生的載波信號頻率穩定性對調制精度至關重要。使用高精度的晶體振蕩器或溫補晶體振蕩器，可降低頻率誤差和相位噪聲。

3，噪聲和干擾：環境中的電磁噪聲以及其他無線信號的干擾，會疊加在發射信號上，使調制信號偏離理想狀態，降低調制精度。

4，溫度和老化：設備工作溫度的變化以及長期使用導致的硬件老化，可能使發射機的性能發生改變，進而影響調制精度。

在 WLAN 等無線通信系統中，高調制精度是保障數據準確傳輸、提高頻譜效率和系統容量的基礎。如果調制精度不達標，會導致誤碼率上升，數據傳輸速率下降，甚至通信連接中斷等問題。

九、頻率誤差（頻偏）

頻率誤差

1，定義：指 WLAN 設備發射信號的實際頻率與標準頻率之間的偏差值。在無線通信中，準確的頻率至關重要，因為發射和接收設備需要在相同的頻率上工作才能正確通信。

2，產生原因：主要由發射機內部的振蕩器等頻率生成器件的不穩定性導致，比如溫度變化、器件老化、電源波動等因素，都可能使振蕩器產生的頻率偏離標稱值。

3，影響：頻率誤差過大會導致接收端無法正確解調信號，引起誤碼率升高，數據傳輸失敗等問題。在一些對頻率精度要求較高的 WLAN 標準（如 802.11ac、802.11ax）中，頻率誤差必須控制在極小的范圍內，以保證多用戶通信和高速數據傳輸的可靠性。

4，測量與標準：使用如 CMW500 等專業測試儀器可精確測量頻率誤差。不同的 WLAN 標準對頻率誤差有不同的允許范圍，一般在幾十 kHz 到幾百 kHz 之間。例如，在 802.11n 的某些模式下，頻率誤差要求在 ±25ppm（百萬分之一）以內 。ppm 是英文 “parts per million” 的縮寫，即百萬分之一。 PPM值 = [(實際頻率 - 設定頻率) / 設定頻率] x 1,000,000

5，含義：在頻率誤差測量中，ppm 用于表示實際頻率與標稱頻率之間的相對偏差。它反映了頻率的精度和穩定性，1ppm 意味著實際頻率與標稱頻率之間的偏差為標稱頻率的百萬分之一。

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