Wi-Fi：802.11 物理层和
发射机测量概述
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目录
引言 ................................................................................. 3
IEEE 802.11 标准和格式 ................................................. 4
IEEE 802.11-1997 或传统模式 ................................... 4
IEEE 802.11b .............................................................. 4
IEEE 802.11a .............................................................. 5
IEEE 802.11g .............................................................. 6
IEEE 802.11n .............................................................. 6
IEEE 802.11ac ............................................................ 7
协议结构概述 ................................................................... 8
信道分配和频谱模板 ...................................................... 10
信道带宽 .................................................................... 10
频谱模板 .................................................................... 11
重叠信道 .................................................................... 12
各国法规 .................................................................... 15
物理层 (PHY) 帧结构 ..................................................... 17
管理帧 ....................................................................... 18
控制帧 ....................................................................... 19
数据帧 ....................................................................... 19
802.11b 包格式 ......................................................... 20
802.11a/g 包格式 ...................................................... 21
802.11n 包格 ............................................................. 22
802.11ac 包格式 ....................................................... 24
物理层调制格式 ............................................................. 25
直序扩频 .................................................................... 25
正交频分复用 (OFDM) ............................................... 28
数据调制和编码 (FEC) 组合 ....................................... 29
WLAN 工作流程 ........................................................ 31
剖析 WLAN 设备 ............................................................ 31
建立联系 .................................................................... 32
同步 ........................................................................... 33
鉴权 ........................................................................... 33
关联 ........................................................................... 33
交换数据 .................................................................... 33
进行发射机测量 ............................................................. 34
发射机测试条件 ......................................................... 34
发射机测试 ................................................................ 34
发射机功率 .......................................................... 34
发送频谱模板 ....................................................... 34
频谱平坦度 .......................................................... 34
发送中心频率容限 ............................................... 35
发送中心频率泄漏 ............................................... 35
发射机星座误差 ................................................... 35
发射机调制精度 (EVM) 测试 ................................ 35
符号时钟频率容限 ............................................... 35
802.11 和 802.11b 发射机要求 ................................. 36
802.11a 发射机要求 .................................................. 37
802.11g 和 802.11n 发射机要求 ............................... 38
802.11ac 发射机要求 ................................................ 39
总结 ............................................................................... 40
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Wi-Fi：802.11 物理层和发射机测量概述
引言
Wi-Fi 是一种允许多台电子装置使用无线电波以无线
方式交换数据或连接互联网的技术。Wi-Fi 联盟把
Wi-Fi 设备定义为任何“基于电气和电子工程师学会
(IEEE) 802.11 标准的无线局域网 (WLAN) 产品”。
IEEE 802.11 设备的主要优势是它们能够以更低的成
本部署局域网 (LANs)。对把电缆敷设到每台设备不
现实的地点，比如室外区域或机场，可以安装无线局
域网。由于这些产品已经由 Wi-Fi 联盟打上 "Wi-Fi
Certified" 标记，因此每个品牌的产品都能够在基本服
务级互操作。
今天，世界上正在使用的 IEEE 802.11 设备要数以
百万计，它们在相同的频段内运行，因此共存需求非
常关键。尽管随着时间推移，老设备会退役，但某些
消费者和企业仍会在未来多年内使用老的标准。对某
些企业来说，原来的 802.11b 设备可以满足他们的需
求，不必进行变动。因此，带宽更宽的 802.11 部署必
须能够很好地与老标准“一起玩儿”，既要限制新设
备对附近传统 WLAN 的影响，又要能够与传统电台进
行通信。
本入门手册从整体上概括介绍了每项 802.11 标准、其
物理层特点以及测试要求。在本文中，802.11 和 IEEE
802.11 这两个词可以互换使用。
图 1.
802.11 标准已经使得数以百万计的电子设备能够使用无线电波以无线方式交换数据或连接互联网。
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IEEE 802.11 标准和格式
IEEE 802 是指处理局域网和城域网的一系列 IEEE 标
准 ( 参见表 1)。IEEE 802 家族标准由 IEEE 802 局域
网 / 广域网标准委员会 (LMSC) 维护。各个工作小组
重点放在各自的领域。IEEE 802.11 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。802.11 家族是共享相同的基本
协议的一系列空中调制技术 ( 表 2)。这些标准为使用
Wi-Fi 品牌的无线网络产品奠定了基础。802.11 使用
的无线频谱段在各个国家是不同的。
IEEE 802.11-1997 或传统模式
最早版本的标准 IEEE 802.11 于 1997 年发布，但目
前已经基本淘汰。它规定了每秒 1 Mb/s 或 2 Mb/s 的
信息速率，并规定了三种可以选择的物理层技术：
以 1 Mbit/s 速度工作的散射红外线
以 1 Mbit/s 或 2 Mbit/s 工作的跳频扩频技术
以 1 Mbit/s 或 2 Mbit/s 速率工作的直序扩频技术
后两种无线电技术通过2.4 GHz 工业、科学、医疗(ISM)
频段采用微波进行传输。其规定的数据速率是通过红
外线 (IR) 信号或通过跳频或直序扩频 (DSSS) 无线电
信号进行传送的。红外线一直都是标准的一部分，但
并没有实际实现。
这种最初规范的缺点是，它提供了太多的选择，因此
有时候面临着互操作能力挑战。它实际上更多的是“公
测规范”，而不是硬性规范，在开始时各个产品厂商
能够灵活地展现产品特色，但很少或没有厂商之间的
互操作能力。
IEEE 802 标准
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
表 1.
802 家族标准。
1999 年，DSSS 版 本 的 传 统 802.11 迅 速 得 到
802.11b 修订版补充（和普及），修订版把信息速率
提高到 11 Mbit/s。在 802.11b 发布之后，802.11 网
络才得到了广泛采用。结果，使用最初的 802.11-
1997 标准实现的网络非常少。正因如此，本文中多
个章节没有进一步展开介绍传统模式。
IEEE 802.11b
802.11b 的最大原始数据速率为 11 Mbit/s，使用的
介质访问方法与原来的传统标准规定的方法相同。
802.11b 产品于 2000 年初面市，是最初标准规定的
调制技术的直接延伸。802.11b 的吞吐量大幅度提
高 ( 与原来的标准相比 ) 及价格大幅度下降，导致
802.11b 成为无可争议的无线局域网技术，并被迅速
接受。
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Wi-Fi：802.11 物理层和发射机测量概述
802.11b 设备的一个缺点是，它们可能会给在 2.4
GHz 频段内工作的其他产品带来干扰问题。在 2.4
GHz 范围内工作的设备包括微波炉、无绳电话、蓝牙
设备、婴儿监护器和其他业余爱好者无线设备。随着
Wi-Fi 日益流行，2.4 GHz 频段内的干扰问题和用户
密度问题已经成为主要问题。
IEEE 802.11a
802.11a 标准于 1999 年被增加到最初标准中，并得
到批准。802.11a 标准采用的核心协议与最初标准相
同，是 802.11 家族里第一个在 5 GHz 频段中运行的
标准。它采用 52 个副载波正交频分复用 (OFDM)，最
大原始数据速率为 54 Mbit/s，一般会实现 20 Mbit/s
左右的吞吐量。今天，世界上许多国家正允许在 5.47
~ 5.725 GHz 频段内运行。这将在整个 5 GHz 频段
中增加更多的信道，明显提高整体无线网络容量。
802.11a 不能与 802.11b 互操作，因为它们在不同的
频段上运行。但是，大多数企业级接入点目前都有多
频功能。
使用 5 GHz 频段为 802.11a 提供了一个明显优势，因
为 2.4 GHz ISM 频段用量繁重。这些冲突导致的劣化
会经常引发掉线和服务劣化。但是，更高的 5 GHz 频
率也有一些小的劣势，因为 802.11a 的有效范围略低
于 802.11b/g。802.11a 信号的穿透力不如 802.11b，
因为它们更容易被路径中的墙壁和其他固体物体吸收，
同时信号强度的路径损耗与信号频率的平方成正比。
另一方面，在高度多径环境中，如室内办公室中，较
高的频率可以建立 RF 系统增益较高的小型天线，从
而抵消较高工作频段的劣势，在这种情况下，OFDM
拥有基础传播优势。可用信道数量更高及附近没有
其他干扰系统 ( 微波炉、无绳电话、婴儿监护器 ) 为
802.11a 提供了明显优于 802.11b/g 的带宽和可靠性。
人 们 经 常 弄 混 802.11a 和 802.11b 的 发 布 时 间。
802.11a 产品出货时间晚，要滞后于 802.11b 产品，
因为 5 GHz 元器件制造难度要更大。此外，第一代
产品性能很差，有许多问题。在第二代产品开始出货
时，802.11a 在消费者领域还没有得到广泛采用，主
要原因是价格较低的 802.11b 已经被广泛采用。尽
管存在前期成本劣势，但 802.11a 后来明显渗透到
企业网络环境中，特别是要求的容量和可靠性高于纯
802.11b/g 网络的企业。为此，本文的章节经常会先
介绍 802.11b。
IEEE 802.11 PHY 标准
发布日期 标准 频段 (GHz) 带宽 (MHz) 调制 高级天线技术 最大数据速率
1997 802.11 2.4 GHz 20 MHz DSSS, FHSS N/A 2 Mbits/s
1999 802.11b 2.4 GHz 20 MHz DSSS N/A 11 Mbits/s
1999 802.11a 5 GHz 20 MHz OFDM N/A 54 Mbits/s
2003 802.11g 2.4 GHz 20 MHz DSSS, OFDM N/A 542 Mbits/s
2009 802.11n 2.4 GHz, 5 GHz 20 MHz, 40 MHz OFDM MIMO, 最多 4
条空间流
600 Mbits/s
2013 802.11ac 5 GHz 40 MHz, 80 MHz,
160 MHz
OFDM MIMO, MU-
MIMO, 最多 8
条空间流
6.93 Gbits/s
表 2.
IEEE 802.11 PHY 标准。
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