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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__或数据赖以生存或传播的介质在有线网络里__是以电平__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,__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Wireless Local Area Network,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wirelessLan的别称我们平时看到Wireless,WLAN,
802.11或是wifi,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、Wi__x等等
1.2IEEE
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.
1802.11a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,所以它主要是被应用在商业领域,而
802.11b则主要被用在家庭市场http://___.cctime.com.cn/__rket/\t_blank
802.11a优点——具有较高的网络速率;__不易__扰
802.11a缺点——成本较高;__容易被障碍物阻隔
1.
2.
2802.11b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;__辐射较好,不容易被阻隔
802.11b缺点——带宽速率较低;__容易受到干扰
1.
2.
3802.11g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;__质量好,不容易被阻隔
802.11g缺点——成本比
802.11b高;电器设备可能会影响到
2.4GHz频段__
1.
2.
4802.11n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__覆盖范围;__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__,容易干扰附件的
802.11b/g网络
1.
2.5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(RF=radiofrequency)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__为界,到天线之间的电路射频电路完成__的接收,发射和频率变换射频电路的__为连续的模拟__而基带电路主要是数字__1调制和解调原理调制把低频____到高频__上的过程例如把低频的I/Q__调制到较高的发射负载波上解调指把调制在高频__中的低频__取出的过程例如在接收中频__中解调出I/Q低频__
1.1模拟__的调制解调方法
1.
1.1AM用低频调制电压去控制高频载波__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__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
1.
1.2调频FM高频载波的频率随调制__幅度的增大而变化增加,其载波__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__检出回路鉴频器
1.
1.3脉宽调制PWM用连续的低频调制__去调制序列脉冲的脉宽
1.2数字__的调制为了使数字__在带通信道中传输,必须用数字__对载波进行调制传输数字__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__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
1.3IQ__IQ__是射频和基带之间的连接__I:inphase同相分量;Q:quadraturephase正交分量之所以称为IQ__,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
1.4OFDM现有的宽带无线接入系统IEEE
802.11g/a/n、
802.16d/e、
802.20(标准正在制定当中)以OFDM/OFD__技术为基础OFDMOrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing即正交频分复用技术,实际上OFDM是MCMMulti-CarrierModulation,多载波调制的一种FDM/FD__(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/TD__(时分复用/多址)和CDM/CD__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__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2DSSS直接序列展频技术直接序列扩频(DSSS),(Directseqcuen__spreadspectrdm)是直接利用具有高码率的扩频码系列采用各种调制方式在发端与扩展__的频谱,而在收端,用相同的扩频码序去进行解码,把扩展宽的扩频信号还原成原始的信息它是一种数字调制方法,具体说,就是将信源与一定的PN码(伪噪声码)进行摸二加例如说在发射端将1用11000100110,而将0用001_____110去代替,这个过程就实现了扩频,而在接收机处只要把收到的序列是11000100110就恢复成1是001_____110就恢复成0,这就是解扩这样使得原来较高功率、较窄的频率变成具有较宽频的低功率频率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
2.4GHZIEEE
802.11b就用到这个技术3阻抗匹配
3.1阻抗匹配(Impedan____tching)的目的是为了保证__或能量有效地从“__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__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__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__源传送到负载的功率最大,__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__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__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,负载能从电源获得最大功率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__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-PCIPCI-EU__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RT2571W
3.
1.1__CandBasebandpro__ssor
3.
1.2HOSTU__
1.1/U__
2.
03.
1.3BlockDiagram
3.2TRANS__IVERTrans__iver在射频领域成为无线电收发器,它既有发射机tran__itter,也有接收机re__iver两者的共享了很大一部分的电路,用于__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__线的目的是利用差分传输的防干扰特性,得到稳定的射频__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RFVCO射频压控振荡器,它是本振,用于产生调制解调用的载波__下图是一个__里面用到的trans__iver很明显可以看到每个频段的LNA都是两个__输入,即是差分输入的IQ__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RX I/Q__,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TXI/Q端,只有在启动发射的时候才有IQ__出来IQ__属于中频__,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PAPA全称是poweramplifier,如AWU501G的PA结构框图如下从框图看,这是一个带有两级(twostage)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__也会高,所以需要衡量性价比选择
3.2输出功率P1dB1dB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称之为线性放大器,这两个功率之比就是功率增益G随着输入功率的继续增大,放大器进入非线性区,其输出功率不再随输入功率的增加而线性增加,也就是说,其输出功率低于小__增益所预计的值通常把增益下降到比线性增益低1dB时的输出功率值定义为输出功率的1dB压缩点
3.3EVM errorvector__gnitude误差向量大小蜂窝技术规范通常用百分比来表示某些量,而在WLAN领域则一般用分贝数来表示EVM的大小EVM是要求越小越好四关键器件1PCB之所以提到PCB,主要是因为涉及阻抗控制的问题,以及不同供应商的制程能力问题往往会导致无线性能的降低,以及影响焊接质量等这里暂且不谈制程问题,仅仅对阻抗控制进行探讨阻抗控制是为了阻抗匹配而做出的要求,前后批次的pcb阻抗控制不一致,那么在射频端必须重新调整匹配网络,会造__力物力的浪费;情况严重的甚至是无法调整回来,产品报废良好的阻抗控制是我们产品质量的保证之一,所以这个是要注意的通常的pcb材质有很多FR-4即玻璃纤维板;__M-1或者__M-3即半玻璃纤维板;FR-1即纸板FR-4是用的比较多的一种材质,如果是双层以上的板子一般都用FR-4的材质FR4类板材的相对空气的介电常数是
3.6-
4.7,每个PCB厂家会有一点差异如中京用的PCB是
4.2;而兴森快捷的则是
3.9这个介电常数是会随温度变化的,在0-70度的温度范围内,其最大变化范围可以达到20%介电常数的变化会导致线路延时10%的变化,温度越高,延时越大介电常数还会随__频率变化,频率越高介电常数越小100M以下可以用
4.5计算阻抗、板间电容以及延时而我们设计的无线产品,工作频率主要在
2.4GHZ(后期可能有到5GHZ的)此时其介电常数会降低到
4.2甚至
3.9以下这将对__线的阻抗产生5%左右的误差如图,线宽12mil的走线,在不同介电常数时候表现的阻抗Zo对比介电常数为偏高的
4.7,阻抗为
48.73欧姆介电常数为偏低的
3.6,阻抗为
54.65欧姆可以看到计算得到的阻抗前后相差达到了6欧姆,已经超出了对阻抗误差的要求我们对于阻抗的公差要求±10%,对于50欧姆的阻抗控制,允许误差为5欧所以在设计前端就要求硬件工程师根据阻抗要求,计算好每个__线的线宽线距,以期实现最佳的阻抗匹配同时,针对pcb厂家的制程能力,需要管控好PCB线路的公差,过大的公差同样会导致阻抗的不一致性这个公差我们现在的要求是±10%2晶体晶体振荡器主要是为芯片工作提供一个参考频率频率稳定度高的晶体,在相同的芯片方案下,其无线性能会好很多晶体的频率误差用PPM表示,如±20PPM晶体的频率不稳定,会影响到RF__的频偏、EVM差、spectrum__sk另外,基带处理器所使用的时钟来自trans__iver的缓冲输出,所以40MHZ晶体也会影响到数字__的处理,比如IQ__的数模转换精度3匹配网络
3.1天线与低噪声放大器LNA之间的匹配其匹配有两种方法用BALUN或者LC电路BALUN(音译巴伦)的作用是1,是用来实现阻抗匹配;2,是__平衡比如在设计WLAN的时候遇到的是天线进入LNA的时候因LNA输入端是差分输入,需要两个__,所以用BALUN加上去,又能实现阻抗匹配BALUN也可以用LC来实现了,可以节省成本了BALUN的输入输出关系使用BALUN的接收电路使用LC的接收电路
3.2功率放大器输出RFOUT与天线之间的匹配LC匹配网络带通滤波器匹配4RF端的电容电感在射频端,要求电容电感的精度,高频稳定性够好在RXTX通路上面的匹配网络元件尤其重要如电感用高精度、高Q的绕线电感;电容用误差小、NPO材质的瓷片电容5PAPA是另外一个主要器件直接影响输出功率的大小,输出__的质量以U__网卡为例,我们对PA的输出要求是在EVM大于-25dB的时候,输出功率15~17dBm在PA选型的时候,在增益达到要求的情况下,综合考虑性价比6TRANS__IVER无线电收发机因为trans__iver处理的主要是IQ到RF端的__,所以其工作是否正常会直接影响到射频的性能,输出功率,EVM值,接收灵敏度等它的主要问题在于晶体的正确选型以及焊接效果NSbabUU++--RLRLIIRiUoc+-ba。