IEEE802.11 整理

802.11协议组是国际电工电子工程学会（IEEE）为无线局域网络制定的标准。802.11 标准覆盖了无线网络的协议和操作。它只处理OSI 参考模型两个最低的层：物理层和数据链路层( 或介质访问控制层)。各项802.11 标准的差异只在于物理层(PHY)特点。

*IEEE 802.11，1997年，原始标准（2Mbit/s，工作在2.4GHz）。

* IEEE802.11a，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）。

* IEEE802.11g，2003年，物理层补充（54Mbit/s，工作在2.4GHz）。

* IEEE 802.11n，2009年9月通过正式标准，WLAN的传输速率由目前802.11a及802.11g提供的54Mbps、108Mbps，提高达350Mbps甚至高达475Mbps。

* IEEE 802.11ac，802.11n之后的版本。工作在5G频段，理论上可以提供高达每秒1Gbit的数据传输能力。

备注：波长 = 波速 / 频率

5G~5G频段波长：6cm ~ 5cm

动态频率选择(DFS) - 其目标是通过频率重复使用来实现每秒/ 每Hz/ 每个电台信息的最大系统频谱效率，同时仍保证一定的服务等级，避免附近信道的同道干扰和邻道干扰。室内 - 信道只能用于室内。仅客户端 - 信道只能用于客户端模式。发送功率控制(TPC) - 在通信系统中智能选择发送功率，在系统内实现优秀的性能。短程设备(SRD) - 规定了使用这条信道的设备允许的功率电平。是/ 否 - 各国都规定了允许使用哪条信道。

2.4G频段被分成了14个相距5MHz重叠的信道（如下图），信道1的中心频率为2.412GHz；波长：12cm

重叠信道
      802.11 使用的“信道”一词经常会引起混淆。对无线电和TV 频道来说，它们被分配到工作的特定频谱。如上图频谱所示，可以明显看出，大量的RF 能量正进入相邻信道。由于频谱模板只规定了特定频率偏置上的功率输出限制，因此通常假设信道的能量不会扩展到这些极限之上。更准确地说，鉴于信道之间的间隔，任意信道上的重叠信号应被足够衰减，以对任何其他信道上的发射机干扰达到最小。

发送设备之间要求的信道间隔经常出现混淆。802.11b 标准基于DSSS 调制， 采用22 MHz 的信道带宽，得到三条“不重叠的”信道(1、6 和11)。802.11g 基于OFDM 调制，采用20 MHz 的信道带宽。这偶尔会导致有人认为802.11g 存在四条“不重叠”的信道(1、5、9 和13)，但事实并非如此。下图重点介绍了2.4 GHz 频段中可能不重叠的信道。

各国法规

802.11 信道的提供情况由各国规定，在一定程度上受到各国为各种服务分配无线电频谱的方式限制。例如，日本允许802.11b 使用全部14 条信道，允许802.11g/n-2.4 使用第1-13 条信道。其他国家如西班牙一开始只允许使用信道10 和信道11，法国只允许使用信道10、11、12 和13，现在则允许使用信道1-13。北美和部分中南美国家只允许使用信道1-10。在美国，根据FCC 规定和法规Part15，可以在没有牌照的情况下运行在ISM 频段中工作的802.11 标准。

802.11

IEEE最初制定的一个无线局域网标准，主要用于解决办公室局域网和校园网中用户与用户终端的无线接入，业务主要限于数据存取，速率最高只能达到2Mbps。由于它在速率和传输距离上都不能满足人们的需要，因此，IEEE小组又相继推出了802.11b和802.11a两个新标准。

802.11a

802.11a是802.11原始标准的一个修订标准，于1999年获得批准。802.11a标准采用了与原始标准相同的核心协议，工作频率为5GHz，使用52个正交频分多路复用(OFDM)副载波，物理层速率最高可达54Mbps，这达到了现实网络中等吞吐量（20Mb/s）的要求。

根据需要，数据率还可降为48，36，24，18，12，9或者6Mb/s。802.11a拥有12条不相互重叠的频道，8条用于室内，4条用于点对点传输。它不能与802.11b进行互操作，除非使用了对两种标准都采用的设备。

数据率(Mbit/s)

调制方式

编码率

Ndbps

1472字节传输时间(µs)

6

BPSK

1/2

24

2012

9

BPSK

3/4

36

1344

12

4-QAM

1/2

48

1008

18

4-QAM

3/4

72

672

24

16-QAM

1/2

96

504

36

16-QAM

3/4

144

336

48

64-QAM

2/3

192

252

54

64-QAM

3/4

216

224

尽管2003世界无线电通信会议让802.11a在全球的应用变得更容易，不同的国家还是有不同的规定支持。美国和日本已经出现了相关规定对802.11a进行了认可，但是在其他地区，如欧盟，管理机构却考虑使用欧洲的HIPERLAN标准，而且在2002年中期禁止在欧洲使用802.11a。在美国，2003年中期联邦通信委员会的决定可能会为802.11a提供更多的频谱。但是802.11a产品于2001年开始销售，比802.11b的产品还要晚，这是因为产品中5GHz的组件研制成功太慢。由于802.11b已经被广泛采用了，802.11a没有被广泛的采用。再加上802.11a的一些弱点，和一些地方的规定限制，使得它的使用范围更窄了。802.11a设备厂商为了应对这样的市场匮乏，对技术进行了改进（现在的802.11a技术已经与802.11b在很多特性上都很相近了），并开发了可以使用不止一种802.11标准的技术。现在已经有了可以同时支持802.11a和b，或者a,b,g都支持的双频，双模式或者三模式的的无线网卡，它们可以自动根据情况选择标准。同样，也出现了移动适配器和接入设备能同时支持所有的这些标准。

802.11b

IEEE802.11b是无线局域网的一个标准。其载波的频率为2.4GHz，传送速度为11Mbit/s。IEEE802.11b是所有无线局域网标准中最著名，也是普及最广的标准。它有时也被错误地标为Wi-Fi。实际上Wi-Fi是无线局域网联盟（WLANA）的一个商标，该商标仅保障使用该商标的商品互相之间可以合作，与标准本身实际上没有关系。在2.4-GHz-ISM频段共有14个频宽为22MHz的频道可供使用。IEEE802.11b的后继标准是IEEE802.11g，其传送速度为54Mbit/s。 

数据传送率 编码长度调制方式波串速率位数/波串 1 Mbps11 (BS串)BPSK 1MSps12 Mbps11 (BS串)QPSK 1MSps25.5 Mbps8(CCK) QPSK 1.375MSps411 Mbps8(CCK) QPSK 1.375MSps8

802.11g

IEEE 802.11g2003年7月，通过了第三种调变标准。其载波的频率为2.4GHz（跟802.11b相同），原始传送速度为54Mbit/s，净传输速度约为24.7Mbit/s（跟802.11a相同）。802.11g的设备与802.11b兼容。802.11g是为了提高更高的传输速率而制定的标准，它采用2.4GHz频段，使用CCK技术与802.11b后向兼容，同时它又通过采用OFDM技术支持高达54Mbit/s的数据流（使用52个正交频分多路复用(OFDM)副载波），所提供的带宽是802.11b的1.5倍。从802.11b到802.11g，可发现WLAN标准不断发展的轨迹：802.11b是所有WLAN标准演进的基石，未来许多的系统大都需要与802.11b向后向兼容，802.11a是一个非全球性的标准，与802.11b后向不兼容，但采用OFDM技术，支持的数据流高达54Mbit/s，提供几倍于802.11b/g的高速信道，如802.11b/g提供3个非重叠信道可达8-12个；可以看出，在802.11g和802.11a之间存在与Wi-Fi兼容性上的差距，为此出现了一种桥接此差距的双频技术——双模（dual band)802.11a+g(=b），它较好地融合了802.11a/g技术，工作在2.4GHz和5GHz两个频段，服从802.11b/g/a等标准，与802.11b后向兼容，使用户简单连接到现有或未来的802.11网络成为可能。

为防止干扰，美国及拥有类似法规的其他国家只有三条不重叠的可用信道( 信道1、6、11，相距25 MHz)，欧洲只有四条信道( 信道1、5、9、13，相距仅20 MHz)。即使是这样的距离，仍存在某些旁瓣导致的干扰，当然干扰相当弱。

802.11n

IEEE802.11n，2004年1月IEEE宣布组成一个新的单位来发展新的802.11标准。资料传输速度估计将达475Mbps，使用56 个(20 MHz) 或114 (40 MHz)副载波，（需要在物理层产生更高速度的传输率），此项新标准应该要比802.11b快45倍，而比802.11g快8倍左右。802.11n也将会比目前的无线网络传送到更远的距离。

目前在802.11n有两个提议在互相竞争中：

WWiSE (World-Wide Spectrum Efficiency) 以Broadcom为首的一些厂商支持。

TGn Sync 由Intel与Philips所支持。

802.11n增加了对于MIMO (multiple-input multiple-output）的标准. MIMO 使用多个发射和接收天线来允许更高的资料传输率。MIMO并使用了Alamouti coding coding schemes 来增加传输范围。

现有的802.11n也会进行过渡性升级，支持三路乃至四路MIMO(多输入多输出)数据流，理论速度可从当前双路的300Mbps提升到三路的450Mbps、四路的600Mbps。Intel 5300芯片组、苹果AirPort Extreme(2009年10月升级版)等实际上已经支持三路MIMO数据流，连上新设备即可提供450Mbps的理论传输速度。

802.11ac

802.11ac的核心技术主要基于802.11a，用于中短距离无线通信，继续工作在5.0GHz频段上以保证向下兼容性，但数据传输通道会大大扩充，在当前 20MHz的基础上增至40MHz或者80MHz，甚至有可能达到160MHz，分别对应56/114/242/484 (20/40/80/160 MHz)个副载波( 数据 + 导频)。再加上大约10%的实际频率调制效率提升，新标准的理论传输速度最高有望 达到1Gbps，是802.11n 300Mbps的三倍多。

802.11ac是802.11n的继承者。它采用并扩展了源自802.11n的空中接口（air interface）概念，包括：更宽的RF带宽（提升至160MHz），更多的MIMO空间流（spatial streams）（增加到 8），多用户的 MIMO，以及更高阶的调制（modulation）（达到 256QAM）。

世界上第一只采用802.11ac无线技术的路由器,于2011年11月15日, 由美国初创公司Quantenna推出了。2012年1月5日，业界巨头Broadcom发布了它的第一款支持802.11ac的芯片。

802.11ad

802.11ad工作在57-66 GHz频段，从802.15.3c演变而来，标准尚在指定讨论中。802.11ad草案显示其将支持近7GBit的带宽。由于载波特性的限制，这一标准将主要满足个域网（PAN）对于超高带宽的需求。最有可能出现的应用将是无线高清音视频信号的近距离传输。

802.11n射频速率的配置通过MCS（Modulation and Coding Scheme，调制与编码策略）索引值实现。MCS调制编码表是802.11n为表征WLAN的通讯速率而提出的一种表示形式。

性能参数

协议

发布日期

频带

最大传输速度

802.11

1997

2.4-2.5 GHz

2 Mbit/s

802.11a

1999

5.15-5.35/5.47-5.725/5.725-5.875 GHz

54 Mbit/s

802.11b

1999

2.4-2.5 GHz

11 Mbit/s

802.11g

2003

2.4-2.5 GHz

54 Mbit/s

802.11n

2009

2.4GHz或者5GHz

600 Mbit/s (40MHz*4 MIMO)

802.11ac

2011.11(草案)

2.4GHz或者5GHz

867Mbit/s, 1.73 Gbit/s, 3.47 Gbit/s, 6.93 Gbit/s (8 MIMO, 160MHz)

802.11ad

2012.12(草案)

60GHz

up to 7000Mbit/s

目前支持5G WLAN的著名品牌产品如下（简单统计）：

手机：

三星手机GALAXY S4、GALAXY S5、GALAXY S6（ac）、GALAXY Note4(ac)；

华为 Honour 6/Plus、Ascend P7、Mate 7 ；

HTC one M8（ac）、Desire 820、Desire 826（ac）；

iPhone 5、5S、6（ac）、6 Plus（ac）；

LG G2、G3（ac）、Nexus 5（ac）；

小米 M2(ac)、M3(ac)、Note（ac）；

魅族 MX4（ac）；

APPLE平板：ipad Air、ipad Air 2（ac）、ipad mini、ipad mini 2、ipad mini 3；

Microsoft平板：surface、surface 2、surface pro 2、surface pro 3（ac）；

附录：其他无线传输协议