物联网AI 无线连接学习之WiFi基础篇 802.11协议发展

本文介绍: 随着物联网行业不断发展，WiFi 技术的发展在其中起着非常关键的作用，也是我们日常生活中使用非常广泛的无线网络技术之一，现在我们随便买一个家用电子产品，大到各种大家电（冰箱、空调、洗衣机），小到像加湿器、除湿机、灯泡、插座等等，都会带有WiFi 连接的功能。那WiFi是啥呢？WiFi 是基于 IEEE 802.11 系列标准的无线网络技术。

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前言

随着物联网行业不断发展，WiFi技术的发展在其中起着非常关键的作用，也是我们日常生活中使用非常广泛的无线网络技术之一，现在我们随便买一个家用电子产品，大到各种大家电（冰箱、空调、洗衣机），小到像加湿器、除湿机、灯泡、插座等等，都会带有WiFi连接的功能。那WiFi是啥呢？WiFi 是基于 IEEE 802.11 系列标准的无线网络技术。802.11 a/b/g/n/ac 都是由802.11 发展而来的。不同的后缀代表着不同的物理层标准工作频段和不同的传输速率。本文想带大家过下基本概念，以及介绍一下802.11这些协议的区别。

802.11协议发展

协议	发布时间	工作频段(GHz)	信道带宽 (MHz)	传输速率	说明
802.11a	1999	5	20	54Mb ps
802.11b	1999	2.4	22	11Mb ps
802.11g	2003	2.4	20	54Mb ps
802.11n	2009	2.4/5	20/40	600Mb ps	WiFi 4
802.11ac	2013	5	20/40/80/160	6.8Gb ps	WiFi 5
802.11a x	2019	2.4/5	20/40/80/160	9.6Gb ps	WiFi 6
	2021	6	20/40/80/160	9.6Gb ps	WiFi 6E
802.11b e	–	2.4/5/6	20/40/80/160/320	30Gbps	WiFi 7

举个例子，比如目前非常流行的一款WiFi芯片ESP32，ETT-B1开发板核心控制器就是ESP32，其WiFi特点如下：

支持 IEEE 802.11b/g/n 协议，在协议802.11n(2.4GHz)速率高达150Mbp s，所以ESP32系列中使用的是WiFi4技术。

802.11协议 区别

随着近十年物联网行业的不断发展，需求量非常大，场景也越来越复杂和多样化。WiFi这种无线技术也不断发展，其性能也不断提升。现在比较流行用的是WiFi4，WiFi5，WiFi6、WiFi6E标准，那接下去我们就聊聊这几个标准。

802.11n(Wi-Fi 4)

802.11a 采用与原始标准相同的核心协议，工作频率为 5 GHz，使用正交频分复用(OFDM)方式，最大理论数据速率为 54 Mbp s，由此实现 20 Mbp s 的实际吞吐量。其支持的其它数据速率包括 6、9、12、18、24、36 和 48 Mbp s。
鉴于 2.4 GHz 频段越来越拥挤，给使用了5GHz频段的802.11a 增添了显著优势，但因受制于高载波频率，整体有效范围小于 802.11b/g。
802.11b 使用DSSS扩频技术，最大理论数据速率为 11 Mbp s，工作频段2.4 GHz，采用CCK调制技术。
802.11g 使用OFDM、DSSS编码方式，最大理论数据速率为 54 Mbp s，工作频段2.4 GHz。
802.11n也叫WiFi 4，2009年发布，使用MIMO-OFDM编码方式，最大理论数据速率为 600 Mbp s，工作频段支持2.4/5GHz两个频段。

802.11ac(Wi-Fi 5)

802.11ac也叫WiFi 5以提供每秒千兆位的速度来为 Wi-Fi 提速，其通过扩展 802.11n 概念而实现，其中包括更宽的带宽（最高 160 MHz）、更多的 MIMO 空间流（最高 8 个）、下行链路多用户 MIMO（最多 4 个客户端）和高密度调制（最高 256 QAM）。802.11ac 支持 3/4、5/6编码速率(MCS8/9)下的 256 QAM，这要求更严格的 6 dB 系统级 EVM(-34 dB)要求。802.11ac 仅在 5 GHz 频段工作，因此双频接入点和客户端将继续使用 2.4 GHz 的 802.11n。2013 年发布的首批 802.11ac 仅支持 80 MHz 信道和最多 3 个空间流，在物理层提供最高 1300 Mbp s 的速度。
第二波产品(802.11ac Wav e 2)于 2015 年发布，支持更多信道绑定、更多空间流和 MU-MIMO。MU-MIMO 是 802.11ac 的重大进步——虽然 MIMO 把多个流定向到单个用户，但 MU-MIMO 可以将空间流同时定向至多个客户端，从而提高了网络效率。此外，802.11ac 采用一种称为波束成形的技术；通过波束成形，天线基本上可以将无线电信号发射到特定的设备上。802.11ac 路由器向后兼容 802.11b/g/a/n，这意味着所有传统客户端都可以与 802.11ac 路由器正常工作在5GHz频段，20/40/80/80+80/160MHz带宽，支持8x8 MIMO，最高支持256-QAM调制。可选LDPC编码。

802.11ax(Wi-Fi 6)

802.11ax(HE，HighEffi ci e nc y) ，802.11ax 是在 802.11ac 优势的基础上构建的第六代 WiFi，也叫WiFi 6，可提供更大的无线容量和可靠性。802.11ax 通过应用更密集的调制(1024 QAM、OFDMA) 。与 802.11ac 不同，802.11ax 为 2.4 和 5 GHz 双频技术，而802.11ac是单频5G技术，可与 802.11a/g/n/ac 客户端高效共存。802.11ax 采用 OFDMA，允许资源单元(RU)根据客户端的需求划分带宽，并以更快的速度为多位用户带来相同的体验。在 802.11ac 中每个 PLCP 协议数据单元(PPDU)中载波的任何给定点，Wi-Fi 信道被分解为更小的 OFDM 子信道集。然而，由于 OFDMA(802.11ax)，其会在每个 PPDU 的基础上将各个子载波组分别作为资源单元分配给客户端工作在2.4G和5.8G双频，支持160Hz带宽，最高9.6Gbp s速率，支持多用户同时接入（MU-MIMO,OFDMA）等技术。1024-QAM调制方式，8路数据流。

802.11ax(Wi-Fi 6E)

802.11ax(HE，HighEffi ci e nc y) ， 6G频段共有1200MHz的频谱给到WiFi 6E使用，可用于从5.925GHz到7.125GHz。WiFi将可以访问59个20MHz信道，29个40MHz信道14个80MHz信道和7个160MHz信道。这不仅代表可以有很多频道，还可以代表可以解锁更高的数据速率。因为 802.11ax 标准（Wi-Fi 6）也在 2.4GHz 和 5GHz 频段运行，所以 6GHz 频段的 Wi-Fi 将被命名为 Wi-Fi 6E。 Wi-Fi 联盟选择此命名是为了避免混淆同样支持 6 GHz 的 802.11ax 设备。 “6”代表第六代Wi-Fi，“E”代表扩展。速率和WiFi6一样。