Wi-Fi的基础知识详解qy

Wi-Fi基础知识Wi-Fi的基本概念

Wi-Fi的关键技术Wi-Fi的产业链目

录CONTENTSPART01Wi-Fi的基本概念■

Wi-Fi的基本概念什么是Wi-FiWi-Fi是无线局域网（WLAN）技术标准的一种。Wi-Fi联盟（Wi-FiAlliance）拥有Wi-Fi的商标，负责Wi-Fi认证与商标授权的工作。Wi-Fi被普遍误以为是指无线保真（WirelessFidelity）。但事实上，Wi-Fi一词没有任何意义，也没有全称。它只是模仿了音频领域Hi-Fi（High—Fidelity，高保真）的写法。■

Wi-Fi的基本概念IEEE802.11标准IEEE802是指处理局域网和城域网的一系列

IEEE

标准。IEEE802家族标准由IEEE802局域网/广域网标准委员会(LMSC)维护。IEEE802.11是用来实现无线局域网（WLAN）通信的一套介质访问控制（MAC）和物理层（PHY）规范。802.1桥接和管理802.2逻辑链路控制802.3以太网—CSMA/CD接入方法802.4令牌传送总线接入方法802.5令牌环接入方法802.6分布式队列双总线接入方法802.7宽带局域网802.8光纤802.9综合业务局域网802.10安全802.11无线局域网802.12需求优先接入802.14中等接入控制802.15无线个人区域网802.16宽带无线城域网802.17弹性分组环■

Wi-Fi的基本概念Wi-Fi的发展历程1971年6月，美国夏威夷大学开发了实验性电脑网络系统——ALOHAnet，用UHF无线分组网络（Wirelesspacketnetwork）连接了夏威夷的各个鸟屿。而后，ALOHA协议成为了很多无线通信的理论基础。1985年，FCC（美国联邦通信委员会）公布无需授权使用的ISM频段，其中包括了2.4GHz频段。这是Wi-Fi通信的频段基础。1991年，NCR和AT&T公司共同开发了WaveLAN网络用于收银系统。WaveLAN被一些人认为是802.11的前身。任职NCR公司的维克·海耶斯（VicHayes）被部分人称为Wi-Fi之父。1992和1996年，由澳大利亚人约翰·奥沙利文（JohnO'Sullivan）带领的CSIRO（联邦科学与工业研究组织）团队，获得了用于Wi-Fi的关键专利，涉及三个关键技术：多载波调制（MulticarrierModulation）、前向纠错（ForwardErrorCorrection）、交叉存取（Interleaving）。约翰·奥沙利文也被部分人称为Wi-Fi之父。电气和电子工程师协会（IEEE）在20世纪90年代初成立了专门的802.11工作组，专门研究和定制WLAN的标准协议，并在1997年6月推出了第1代WLAN协议-IEEE

802.11-1997。1999年，几家公司联合起来，组成了一个全球性非营利性协会——无线以太网兼容性联盟（WirelessEthernetCompatibilityAlliance,WECA）。2000年，WECA小组采用术语“Wi-Fi”作为其技术工作的专有名称，并宣布了正式名称：Wi-FiAlliance（Wi-Fi联盟）。■

Wi-Fi的基本概念Wi-Fi的演进迭代标准版本第一代第二代第三代Wi-Fi4Wi-Fi5第六代Wi-Fi7Wi-Fi6Wi-Fi6E802.11802.11a802.11b802.11g802.11n802.11ac802.11ax802.11ax802.11be发布时间199719991999200320092013201920212024E工作频段2.4GHz5GHz2.4GHz2.4GHz/5GHz2.4GHz/5GHz5GHz2.4GHz/5GHz2.4GHz/5GHz/6GHz2.4GHz/5GHz/6GHz数据传输模式//OFDMOFDM、DSSSOFDMOFDMOFDMAOFDMAMIMO////SU-MIMO下行MU-MIMO上/下行MU-MIMOCMU-MIMO最高调制//64-QAM64-QAM64-QAM256-QAM1024-QAM4096-QAM空间流数//1148816信道宽度(MHz)2020202020/4020/40/80/16020/40/80/16020/40/80/160/320理论传输速率2Mbps54Mbps11Mbps54Mbps600Mbps6.9Gbps9.6Gbps46.1Gbps安全加密////WPA2WPA2WPA3WPA3参考来源：AIoT星图研究院■

Wi-Fi的基本概念Wi-Fi7的进展201820192020202120222023202420257月EHT研究组成立4月TGbe工作组成立Wi-Fi6商用元年6月WiFi7市场工作组成立1月WiFi7技术测试工作组成立7月UHRSG研究组成立Wi-Fi7商用元年Wi-Fi85月Wi-Fi7协议冻结Release1Release2■

Wi-Fi的基本概念Wi-Fi

HaLow（LongerrangeWi-FiforIoT）Low代表的是低功耗，Ha可以代表"Hay-"或者"Halo"。为了进军IoT市场，802.11协议组设计了一个面向大连接IoT的技术协议，即802.11ah。802.11ah是协议组的命名，HaLow是Wi-Fi联盟对于802.11ah协议的命名。802.11ah工作在Sub-1GH频段。802.11ah的设计目标主要体现在：大连接（支持最高8191个节点）远距离（单个AP最大1Km的覆盖，支持RelayAP）高可靠低功耗安全性好■

Wi-Fi的基本概念Wi-Fi的工作频段Wi-Fi的工作频段，属于ISM（Industrial，Scientific，andMedical，工业、科学与医用）频段，也就是俗称的“免授权”频段、“免费”频段。一般情况下，使用这些频段不需要单独申请牌照。频段范围总频宽备注2.4GHz频段2.400~2.4835

GHz83.5MHz5GHz频段5.150~5.350GHz（5.2GHz频段）200MHz5.470~5.725GHz（5.4GHz频段）255MHz国内不开放5.725~5.825GHz（5.8GHz频段）100MHz6GHz频段5.925~7.125

GHz1200MHz国内前半段待定，后半段不开放■

Wi-Fi的基本概念​Wi-Fi中的信道带宽一个信道中，最大频率与最小频率的差，就叫做信道带宽。这个值体现了信道覆盖的频率范围的大小。在Wi-Fi中，对于20MHz频宽，每个信道的带宽是22MHz。有2MHz是隔离频带，起保护作用。■

Wi-Fi的基本概念2.4GHz信道123456789101112131422MHz2483GHz2402GHz123465789101112132412242224322442245224622472142417242724372447245724622484■

Wi-Fi的基本概念不同国家的2.4GHz信道信道标识符频率调整域中国美国EMEA日本世界其它地区12412MHz●●●●●22417

MHz●●●●●32422

MHz●●●●●42427

MHz●●●●●52432

MHz●●●●●62437

MHz●●●●●72442

MHz●●●●●82447

MHz●●●●●92452

MHz●●●●●102457

MHz●●●●●112462

MHz●●●●●122467

MHz●—●●●132472

MHz●—●●●142484

MHz———●—EMEA：Europe，theMiddleEastandAfrica（欧洲、中东、非洲三地区）。■

Wi-Fi的基本概念不同国家的5GHz信道信道标识符频率调整区域中国美国EMEA日本世界其它地区345170

MHz———●—365180

MHz●●●—●385190

MHz———●—405200

MHz●●●—●425210

MHz———●—445220

MHz●●●—●465230

MHz———●—485240

MHz●●●—●525260

MHz●●●—●565280

MHz●●●—●605300

MHz●●●—●645320

MHz●●●—●1005500

MHz——●—●1045520

MHz——●—●1085540

MHz——●—●1125560

MHz——●—●1165580

MHz——●—●1205600

MHz——●—●1245620

MHz——●—●1285640

MHz——●—●1325660

MHz——●—●1365680

MHz——●—●1405700

MHz——●—●1495745

MHz●●——●1535765

MHz●●——●1575785

MHz●●——●1615805

MHz●●——●1655825MHz●●——●■

Wi-Fi的基本概念2.4GHz与5GHz的比较频段2.4G5G工作频率更低更高工作波长更长更短传播衰减更小更大覆盖距离更远更近穿墙能力更强更弱信道拥挤度非常拥挤不拥挤干扰程度严重不严重连接速率较低高兼容性（智能家居）较好较差■

Wi-Fi的基本概念Wi-Fi的信道带宽协议支持的信道带宽802.1120MHz802.11a/b/g20MHz802.11n20MHz,40MHz802.11acWave120MHz,40MHz,80MHz802.11acWave220MHz,40MHz,80MHz,80+80MHz,160MHz802.11ax20MHz,40MHz,80MHz,80+80MHz,160MHz802.11be20MHz,40MHz,80MHz,80+80MHz,160MHz,160+80MHz,240MHz,160+160MHz,320MHz■

Wi-Fi的基本概念Wi-Fi的信道带宽7125MHz5925MHz5835MHz5170MHz320MHz80MHz40MHz20MHz6GHz5GHz2.4GHz160MHz注：黄色表示国内采用■

Wi-Fi的基本概念Wi-Fi的组网架构一对多模式（Infrastructuremode）：至少一个无线接入点（AP），若干个无线终端设备（STA）。一个AP和若干个STA，组成基本服务集合（BSS，BasicServiceSet）。两个或者多个基本服务集，构成扩展服务集（ESS，ExtendedServiceSet）。点对点模式（Ad-hocmode）：是一种无中心的无线网络，整个网络没有固定的基础设施。每个节点都是移动的，并且都能以任意方式动态地保持与其它节点的联系。若干个STA，组成独立式基本服务集（IBSS，IndependentBasicServiceSet）。IBSS由若干终端设备（STA）组成临时性网络，各个STA之间可以直接通信。。■

Wi-Fi的基本概念Wi-Fi的组网架构基本服务集2扩展服务集基本服务集3基本服务集1有线网络独立式基本服务集2独立式基本服务集3独立式基本服务集1一对多模式点对点模式■

Wi-Fi的基本概念AC+AP对于面积较大的覆盖场景，需要多个路由器进行覆盖，并且需要很好的漫游体验。这个时候，建议采用“AP+AC”方式。AC：无线控制器（WirelessAccessPointController）是一个无线网络的核心，负责管理无线网络中的所有无线AP。可以是独立硬件，或者使用软件来实现。某些产品，所有的数据都需要AC进行处理，AC的性能决定着整个网络的性能。某些产品，AC仅是管理作用，不进行数据转发。AP：无线接入点（WirelessAccessPoint）：负责释放无线信号、转发无线数据的作用。AP的安装类型又分为吸顶式AP和面板式AP。吸顶式AP可以做的比较大，性能更强。面板式AP，受限于体积和安装的位置，无论是性能，散热，信号覆盖范围，都会差一些。■

Wi-Fi的基本概念POE（PowerOverEthernet）交换机POE交换机就是除了能提供普通交换机所具有的传输功能，还能给网线的另一端设备提供供电功能。供电+数据传输一体化，不需要另加供电模块为设备供电，一根Cat.6网线完成所有工作。每个POE供电口可以最大提供15.4W的功率，可以为无线AP、摄像头等供电，即插即用，装维方便。■

Wi-Fi的基本概念Mesh组网“无线网格网络”，各个节点通过有线或无线的互联，形成一个可以不断扩展的动态网络架构。组网比较简单，不用提前布线，有电就能用，移动方便。Mesh单个路由器性能好于AP面板。一个母路由器+多个子路由器的组合，就能实现全屋覆盖。配置简单，方便用户进行无缝漫游切换，感知体验更好。■

Wi-Fi的基本概念Wi-Fi的加密方式WEP：有线等效加密（WiredEquivalentPrivacy），又称无线加密协议（WirelessEncryptionProtocol）。WPA：Wi-Fi保护接入（Wi-FiProtectedAccess）。WPA2：WPA第2版。（Wi-Fi4、Wi-Fi5采用）WPA3：WPA第3版。（Wi-Fi6、Wi-Fi7采用）■

Wi-Fi的基本概念Wi-Fi的技术优点连接距离相对较远：作为短距离通信技术，覆盖范围相对较大（可达100m）。连接速度快：Wi-Fi，理论峰值速率可达46Gbps。辐射较低，绿色健康：发射功率极低。易维护：组网和配置方法简单，容易维护。成本低：芯片和模组的价格比较低。■

Wi-Fi的基本概念Wi-Fi的发射功率Wi-Fi无线网络的发射功率约60~70mw，比一般的手机（约200mw）要微弱许多。而且，Wi-Fi使用的方式并非像手机一样直接接触于人体，到达人体一般都不到1mw。因此，相对而言，Wi-Fi产品对人体的影响较小。■

Wi-Fi的基本概念Wi-Fi的主要器件Transceiver（收发器）PA（Poweramplifier功率放大器）Coupler（耦合器）RFSwitch（射频开关）Crystal、Oscillate（晶体、晶振）Filter（滤波器）Diplexer（双工器）Antenna（天线）■

Wi-Fi的基本概念Wi-Fi的主要架构无线收发器带通滤波器收发切换器天线功率放大器低通滤波器低噪声放大器收发控制增益控制发射功率控制发射功率检测■

Wi-Fi的基本概念无线传播示意图PART02Wi-Fi的关键技术■

Wi-Fi的关键技术​Wi-Fi的速率计算公式整机速率

空间流数量1/（Symbol+GI)编码方式码率有效子载波数量=××××■

Wi-Fi的关键技术​MIMOMultiple-InputMultiple-Output，多收多发（多天线）技术。一般写作AxBMIMO，A表示基站/路由器的天线数，B表示终端的天线数。空间流数量越多，整机吞吐量也越大。Wi-Fi标准MIMO技术Wi-Fi44×4SU-MIMOWi-Fi54×4DLMU-MIMOWi-Fi68×8UL/DLMU-MIMOWi-Fi716×16

UL/DLMU-MIMO（SU为single-user，单用户）（MU为Multi-user，多用户）■

Wi-Fi的关键技术​SU-MIMO/MU-MIMOMU-MIMO支持多空间流多路并发SU-MIMO每次仅能与单个终端通信■

Wi-Fi的关键技术​CMUMIMO（Coordinated协同多用户MIMO）Wi-Fi7开始引入；16条数据流可以不由一个接入点提供，而是多个接入点同时提供；适用于mesh组网。■

Wi-Fi的关键技术调制技术采用高阶调制技术，可以增加1个Symbol里面能承载的bit数量。主要参数64QAM256QAM1KQAM4KQAMWi-Fi应用Wi-Fi4Wi-Fi5Wi-Fi6Wi-Fi7每个符号的位数681012星座图中的总点数6425610244096与64QAM相比容量增加/33.33%66.66%100%■

Wi-Fi的关键技术4096QAM（4KQAM）1KQAM4KQAM■

Wi-Fi的关键技术码率理论上应该是按照编码方式无损传输，但现实没有这么美好。传输时，需要加入一些用于纠错的信息码，用冗余换取高可靠度。码率就是排除纠错码之后，实际真实传输的数据码占理论值的比例。在信道信噪比较高的时候，就会采用5/6码率，这样传输速率最高。■

Wi-Fi的关键技术Symbol/GISymbol就是时域上的传输信号。相邻的两个Symbol之间需要有一定的空隙（GI），以避免Symbol之间的干扰。不同Wi-Fi标准下，空隙（GI）也有不同。一般来说，传输速度较快时，GI需要适当增大。主要参数Wi-Fi4Wi-Fi5Wi-Fi6Symbol3.2us3.2us12.8usGI0.4us0.4us0.8us合计3.6us3.6us13.6us■

Wi-Fi的关键技术有效子载波数量载波类似于频域上的Symbol，一个子载波承载一个Symbol。不同调制方式及不同频宽下的子载波数量不一样。举例：20M信道一共有256个子载波（子载波频宽78.125KHz），实际26-toneRU（ResourceUnit）总共只使用了234（26*9）个，相差22个子载波，这些子载波是用来做保护间隔，其中包括DC保护（7个）、空子载波（4个）和保护子载波（5+6个）。频宽Wi-Fi4802.11nWi-Fi5802.11acWi-Fi6802.11ax最小子载波带宽/312.5KHz312.5KHz78.125KHz有效子载波数量HT205252234HT40108108468HT80/234980HT160/2×2342×980■

Wi-Fi的关键技术​Wi-Fi的速率计算公式整机速率

空间流数量1/（Symbol+GI)每个符号位数码率有效子载波数量=××××802.11ac6933Mbps1/(3.2us+0.4us)85/64688802.11ax9608Mbps1/(12.8us+0.8us)105/619608频宽160Mhz256QAM1024QAM8×8MIMO802.11be46.1Gbps1/(12.8us+0.8us)125/6392016频宽320Mhz4096QAM16×16MIMO■

Wi-Fi的关键技术Wi-Fi的理论传输速率对应表Wi-Fi协议频率信道带宽单流最大速率(Mbps)理论最大传输速率(Mbps)Wi-Fi42.4GHz/5GHz20MHz72.2288.92.4GHz/5GHz40MHz150600Wi-Fi55GHz20MHz86.7693.35GHz40MHz20016005GHz80MHz433.33466.75GHz160MHz866.76933.3Wi-Fi62.4GHz/5GHz20MHz143.41147.12.4GHz/5GHz40MHz286.82294.15GHz80MHz600.54803.95GHz160MHz12019607.8Wi-Fi75GHz160MHz1441.223059.26GHz320MHz2882.446118.4参考来源：AIoT星图研究院、新华三H3C■

Wi-Fi的关键技术​5GvsWi-Fi6技术指标5GWi-Fi6工作频段700MHz/2.6GHz/3.5GHz2.4GHz/5.8GHz系统最大下载速率20Gbps@64T64R/100MHz9.6Gbps@8T8R/160MHz典型下载速率850Mbps@2T2R/100MHz950Mbps@2T2R/80MHz时分复用方式TDD同步TDD异步频分复用方式OFDMAOFDMA编码方式LDPC/PolarLDPC最大调制256QAM1024QAM子载波间隔30kHz/60kHz312.5KHz/78.125KHz典型符号长度35.68us/17.84us12.8us典型CP/GI2.34us/1.17us0.8usMU-MIMOYesYes接入网延时0.5~5ms10~50ms最大覆盖范围100km@50dBm/2.6G100m@20dBm/2.4G最大用户数300~100032~256典型远端成本1000RMB@2T2R/24dBm300RMB@2T2R/20dBm5G&Wi-Fi6主要技术指标差异参考来源：中国联通Wi-Fi6技术白皮书■

Wi-Fi的关键技术​5GvsWi-Fi65G&Wi-Fi6特性差异场景关注点5GWi-Fi6频段干扰授权频段干扰可控★频段非授权干扰不可控QoS可靠物理层重传★Mac重传，尽力而为承载安全性自底层而上，各级都有★依赖MAC以上层大带宽兼顾有优势★低延时空口非竞争延时小★空口竞争延时大移动性有优势★较差广覆盖有优势★较差组网成本较贵有优势★参考来源：中国联通Wi-Fi6技术白皮书■

Wi-Fi的关键技术​OFDM/OFDMAOFDM（正交频分复用）：在传输数据时，无论传输数据量多少，单用户在每次通信时占用整个信道。此时若单个用户传输的数据包实际量很小，消耗不了整个信道，就会造成浪费。并且，由于信道被单独占用，不同用户需要按顺序进行通信，整体通信周期和等待时间较长。OFDMA（正交频分多址）：将信道划分为更小的、连续的时频单元（RU），一个通信周期内支持为多个用户传输数据。信道利用率和传输效率得到提升，减少了用户排队。OFDMOFDMA■

Wi-Fi的关键技术BSSColoring着色机制图片来源：华为Wi-Fi6白皮书■

Wi-Fi的关键技术6GHz频段6GHz频段共有1200MHz带宽，备受全球行业关注。6GHz频段可以提供59个20MHz、29个40MHz、14个80MHz、7个160MHz或者3个320MHz信道带宽。可使用频宽大大增加，可以有效缓解当前Wi-Fi频谱资源短缺的问题。Wi-Fi

6E作为Wi-Fi6新频段的扩展，工作在6GHz频段，已批量落地应用。Wi-Fi7作为新一代的通信标准，将工作在2.4GHz、5GHz和6GHz三个频段上，最大带宽为320MHz。在相同流数和相同编码的情况下，相比160MHz带宽，峰值理论吞吐量直接提升了一倍。为了更加灵活应用频谱，也支持240MHz带宽以及160MHz+80MHz、160MHz+160MHz的带宽绑定。中国已将6GHz的高频段部分（6425-7125MHz）给了5G/6G移动通信，另外一半待定（希望不大）。■

Wi-Fi的关键技术前导码打孔主信道20MHz从信道20MHz从信道20MHz从信道20MHz主信道20MHz从信道20MHz从信道20MHz从信道20MHz占用/干扰××✔主信道20MHz从信道20MHz从信道20MHz从信道20MHz主信道20MHz从信道20MHz从信道20MHz从信道20MHz占用/干扰✔✔✔无“前导码打孔”有“前导码打孔”信道绑定信道绑定■

Wi-Fi的关键技术Multi-RU机制在Wi-Fi6中，每个STA（终端）只能在分配到的特定RU上发送或接收帧，大大限制了频谱资源调度的灵活性。为解决该问题，进一步提升频谱效率，Wi-Fi7中定义了允许将多个RU分配给单用户的机制。为了平衡实现的复杂度和频谱的利用率，协议中对RU的组合做了一定的限制，即：小规格RU（小于242-Tone的RU）只能与小规格RU合并，大规格RU（大于等于242-Tone的RU）只能与大规格RU合并，不允许小规格RU和大规格RU混合使用。■

Wi-Fi的关键技术多链路机制为了实现所有可用频谱资源的高效利用，迫切需要在2.4GHz、5GHz和6GHz上建立新的频谱管理、协调和传输机制。工作组定义了多链路聚合相关的技术，主要包括增强型多链路聚合的MAC架构、多链路信道接入和多链路传输等相关技术。■

Wi-Fi的关键技术多AP协同以往的Wi-Fi协议，关