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1、WLAN技术及产品培训课程（一）一 无线通信简介1.1 标准媒介(medium)指的是信号或数据赖以生存或传播的介质。在有线网络里信号是以电平信号或光脉冲的形式进行传播的，常见的媒介就称为有线媒介，例如3-5类双绞线或光纤。 在无线网络中数据传输的最大特点就是不需要线路支持，信号是以电磁波的形式在物质实体，空气或真空中传播。我们现在谈的无线网络是狭义的，仅仅指无线局域网(WirelessLocalAreaNetwork，简称WLAN)，无线局域网是指以无线信道作传输媒介的计算机局域网络。WIFI是wireless Lan的别称。我们平时看到Wireless，WLAN，802.11或是wifi，
2、很多时候他们都是指同一个东西，就是IEEE 802.11族所定义的用于无线局域网的系列标准及其应用。实际上WLAN还包括其他几种规范的无线网络应用，例如蓝牙Bluetooth、HomeRF和红外IrDA，以及最新的UWB、Wimax等等。1.2 IEEE 802.11IEEE 802.11族主要的应用包括IEEE 802.11a、IEEE 802.11b、IEEE 802.11g、IEEE 802.11n等。1.2.1 802.11a提供的最高数据传输速率为54Mbps，工作在5GHz频段上。802.11a和802.11b几乎是同一个时期被创建的。由于802.11a的成本较高， 所以它主要是被
3、应用在商业领域，而802.11b则主要被用在家庭市场。 802.11a优点具有较高的网络速率；信号不易被干扰。 802.11a缺点成本较高；信号容易被障碍物阻隔。1.2.2 802.11b标准支持最高11Mbps的数据传输速率。工作2.4GHz在频段，采用直接序列扩频。 802.11b优点成本低；信号辐射较好，不容易被阻隔。 802.11b缺点带宽速率较低；信号容易受到干扰。1.2.3 802.11g结合了802.11a和802.11b二者的优点，可以说是一种混合标准。能实现在2.4GHz频率下提供56Mbit/s数据传输率。802.11g优点较高的网络速率；信号质量好，不容易被阻隔。 802
4、.11g缺点成本比802.11b高；电器设备可能会影响到2.4GHz频段信号。 802.11n标准是IEEE推出的最新标准。802.11n通过采用智能天线技术，可以将WLAN的传输速率由目前802.11a及802.11g提供的 54Mbps、108Mbps，提供到300Mbps甚至是600Mbps。得益于将MIMO(多入多出)与OFDM(正交频分复用)技术相结合而应用的 MIMOOFDM技术，提高了无线传输质量，也使传输速率得到极大提升。 802.11n优点具有最快的网络速率和最广的信号覆盖范围；信号干扰影响较小。802.11n缺点标准没有被正式确定；成本较高；使用多个信号，容易干扰附件的80
5、2.11b/g网络。 以下表格是802.11族主要标准的比较：二 无线一些基本原理WLAN的整个电路系统包含了射频（RFradio frequency）及基带（BB=baseband）两部分主要电路。无线的射频电路，是以I/Q基带信号为界，到天线之间的电路。射频电路完成信号的接收，发射和频率变换。射频电路的信号为连续的模拟信号。而基带电路主要是数字信号。1 调制和解调原理 。调制：把低频信号加工到高频信号上的过程。 例如把低频的I/Q信号调制到较高的发射负载波上。解调：指把调制在高频信号中的低频信号取出的过程。例如在接收中频信号中解调出I/Q低频信号。1.1 模拟信号的调制解调方法 AM用低频
6、调制电压去控制高频载波信号的幅度的过程称为幅度调制(或调幅) ；幅度调制在频域上是将调制信号F搬移到了载频的两边，其实质是一种频率变换。AM的解调称为检波。其最常见的二极管包络线检波电路如图： 调频FM, 高频载波的频率随调制信号幅度的增大而变化(增加)，其载波信号的幅度不变。FM的解调称为鉴频。鉴频的基本思路是，通过回路对调频波的载频产生适当的失谐而起鉴频作用。将调频波送至LC谐振电路，产生失谐后的调频调幅波，再用幅度检波器将中的调制信号检出。回路鉴频器： 脉宽调制(PWM)：用连续的低频调制信号去调制序列脉冲的脉宽。1.2 数字信号的调制为了使数字信号在带通信道中传输，必须用数字信号对载波
7、进行调制。 传输数字信号时也有三种基本调制方式：幅度键控ASK，频移键控FSK和相移键控PSK，它们分别对应于用正弦波的幅度、频率和相位来传递数字基带信号。以上三种调制技术所对应的波形比较如图：图 ASK、FSK和PSK波形比较1.3 IQ信号。IQ信号是射频和基带之间的连接信号。I: in phase同相分量；Q:quadrature phase正交分量。之所以称为IQ信号，是由于采用正交调制方式调制到射频上再发送即I路乘以载频的正弦，Q路乘以载频的余弦（pi/2相差），然后相加发送出去。解调则是这个的反过程。1.4 OFDM 现有的宽带无线接入系统IEEE 802.11g/a/n、802.
8、16d/e、802.20（标准正在制定当中）以OFDM/OFDMA技术为基础。OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)即正交频分复用技术，实际上OFDM是MCM Multi-CarrierModulation，多载波调制的一种。FDM/FDMA（频分复用/多址）技术其实是传统的技术，将较宽的频带分成若干较窄的子带（子载波）进行并行发送是最朴素的实现宽带传输的方法。但是为了避免各子载波之间的干扰，不得不在相邻的子载波之间保留较大的间隔（如图1（a）所示），这大大降低了频谱效率。因此，频谱效率更高的TDM/TDMA（时分复用/多址）和CDM/
9、CDMA技术成为了无线通信的核心传输技术。但近几年，由于数字调制技术FFT（快速傅丽叶变换）的发展，使FDM技术有了革命性的变化。FFT允许将FDM的各个子载波重叠排列，同时保持子载波之间的正交性（以避免子载波之间干扰）。如图1（b）所示，部分重叠的子载波排列可以大大提高频谱效率，因为相同的带宽内可以容纳更多的子载波。 OFDM的优点有: 频谱效率高, 频谱资源灵活分配, 实现MIMO技术较简单2 DSSS 直接序列展频技术,信源速率就被提高了11倍，同时也使处理增益达到10dB以上，从而有效地提高了整 机倍噪比。直扩通信速率可达 11M，工作在在2.4GHZ。IEEE802.11b就用到这个
10、技术。3 阻抗匹配3.1阻抗匹配（Impedance matching）的目的是为了保证信号或能量有效地从“信号源”传送到“负载”。匹配的概念，不仅仅在无线产品上面，在我们的交换机路由器上面也存在。比如信号线串联的22R、33R电阻就是一个例子。无线通信系统最主要的一个阻抗要求是50欧姆传输线，RF部分的芯片、滤波器等都是50欧姆输入输出阻抗的。所以TX、RX信号都是要求匹配到50欧姆。在处理RF系统的实际应用问题时，一般情况下需要进行匹配的电路包括天线与低噪声放大器(LNA)之间的匹配、功率放大器输出(RFOUT)与天线之间的匹配、LNA/VCO输出与混频器输入之间的匹配。普通的LC匹配网络
11、如图：带有带通滤波器（BPF）的匹配网络。两个网络原理是一样的，但是相对LC匹配电路，用BPF的匹配电路，调试更简单快捷。要使信号源传送到负载的功率最大，信号源阻抗必须等于负载的共轭阻抗，即： RS + jXS = RL - jXL 图. 表达式RS + jXS = RL - jXL的等效图在这个条件下，从信号源到负载传输的能量最大。另外，为有效传输功率，满足这个条件可以避免能量从负载反射到信号源，尤其是在诸如视频传输、RF或微波网络的高频应用环境更是如此。3.2 最大功率传输定理电路的最大功率传输定理：当有源二端网络的开路电压UOC和等效电阻Ri为常数时，若负载电阻RL与等效电阻Ri相等，负
12、载能从电源获得最大功率。NSbabUU+-RLRLIIRiUoc+-(b)(a)一个有源二端网络的等效电路 RL=Ri是负载获得最大功率的条件，也称为功率匹配。在功率匹配时，负载获得的最大功率为：负载获得最大功率时，功率的传输效率为提问：效率为50，是否浪费？在测量、电子与信息工程中，常常着眼于从微弱信号中获得最大功率，而不看重效率的高低。但是电力系统要求尽可能提高效率，以便更充分的利用能源，不能采用功率匹配条件。3.3 阻抗匹配的方法：在高频端，寄生元件(比如连线上的电感、板层之间的电容和导体的电阻)对匹配网络具有明显的、不可预知的影响。频率在数十兆赫兹以上时，理论计算和仿真已经远远不能满足
13、要求，为了得到适当的最终结果，还必须考虑在实验室中进行的RF测试、并进行适当调谐。需要用计算值确定电路的结构类型和相应的目标元件值。常用的方法有：计算机仿真，根据经验调试和使用史密斯圆图等。其调试方法在此暂不讨论。 三 产品整体介绍我司无线产品包括MINI-PCI,PCI-E,USB,和模块类，以及无线路由器/AP。 以RALINK方案为主简单介绍下。以RT2571方案PCI-E为例3.1 主芯片 RT2571W3.1.1 MAC and Baseband processor 3.1.2 HOST USB1.1/USB2.0 3.1.3 Block Diagram：3.2 TRANSCEIVE
14、RTransceiver在射频领域成为无线电收发器，它既有发射机transmitter，也有接收机receiver。两者的共享了很大一部分的电路，用于信号的调制解调，以及其他收发的控制。以下为RT2528的内部框图。LNA是低噪音放大器； LNA的输入其实是差分双端输入的，所以我们在原理图看到的RX通道是有两条信号线的。目的是利用差分传输的防干扰特性，得到稳定的射频信号。几个RX通道的电路如图：VGA是增益可控放大器，AMP是内部发射通道的功率放大器。RF VCO：射频压控振荡器，它是本振，用于产生调制解调用的载波信号。下图是一个手机里面用到的transceiver。很明显可以看到每个频段的L
15、NA都是两个信号输入，即是差分输入的。IQ信号：出现找不到网络时，我们可以通过测量接收机解调电路输出的接收RXI/Q信号，可以快速的断定出是射频接电路故障还是基带单元有故障。在TX I/Q端，只有在启动发射的时候才有IQ信号出来。IQ信号属于中频信号，频率一般在几十MHZ，用示波器是可以很容易看到的。3 功率放大器 PA。PA全称是power amplifier，如AWU501G的PA结构框图如下：从框图看，这是一个带有两级（two stage）放大功能的放大器电路。每级有各自的供电和偏置电路。PA的参数主要有：3.1 增益 gain 用dB衡量。在选择芯片的时候，其增益是越大越好。但是增益大的PA，其价格也会高，所以需要衡量性价比选择。3.2输出功率P1dB 。1dB压缩点(P1dB)是输出功率的性能参数。压缩点越高意味着输出功率越高。放大器有一个线性动态范围，在这个范围内，放大器的输出功率随输入功率线性增加。这种放大器
