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)。