IEEE802.11 a/b/g/n标准

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IEEE 802.11是现时无线局域网通用的标准，它是由IEEE所定义的无线网络通信工业的标准Wi-Fi——IEEE802.11系列。
来龙去脉
无线局域网路的第一个版本发表于1997年，其中定义了介质访问接入控制层（MAC层）和物理层。物理层定义了工作在 2.4GHz的ISM频段上的两种无线调频方式和一种红外传输的方式，总数据传输速率设计为2Mbit/s。两个设备之间的通信可以自由直接(ad hoc)的方式进行，也可以在基站(Base Station, BS)或者访问点（Access Point，AP）的协调下进行。为了在不同的通讯环境下取得良好的通讯品质，采用 CSMA/CA (Carrier Sense Multi Access/Collision Aviodance)硬件沟通方式。
1999年加上了两个补充版本: 802.11a定义了一个在5GHz ISM频段上的数据传输速率可达54Mbit/s的物理层，802.11b定义了一个在2.4GHz的ISM频段上但数据传输速率高达11Mbit/s的物理层。 2.4GHz的ISM频段为世界上绝大多数国家通用，因此802.11b得到了最为广泛的应用。苹果公司把自己开发的802.11标准起名叫 AirPort。1999年工业界成立了Wi-Fi联盟，致力解决符合802.11标准的产品的生产和设备兼容性问题。 802.11标准和补充。
802.11，1997年，原始标准(2Mbit/s 工作在2.4GHz)。
802.11a，1999年，物理层补充(54Mbit/s工作在5GHz) 。
802.11b，1999年，物理层补充(11Mbit/s工作在2.4GHz) 。
802.11c，符合802.1D的媒体接入控制层(MAC) 桥接(MAC Layer Bridging) 。
802.11d，根据各国无线电规定做的调整。
802.11e，对服务等级(Quality of Service, QoS) 的支持。
802.11f，基站的互连性(IAPP, Inter-Access Point Protocol)，2006年2月被IEEE批准撤销。
802.11g，2003年，物理层补充(54Mbit/s工作在2.4GHz) 。
802.11h，2004年，无线覆盖半径的调整，室内(indoor) 和室外(outdoor) 信道(5GHz频段) 。
802.11i，2004年，无线网络的安全方面的补充。
802.11j，2004年，根据日本规定做的升级
802.11l，预留及准备不使用
802.11m，维护标准; 互斥及极限
802.11n，更高传输速率的改善。
除了上面的IEEE标准，另外有一个被称为IEEE802.11b+的技术，通过PBCC技术(Packet Binary Convolutional Code) 在IEEE802.11b(2.4GHz频段) 基础上提供22Mbit/s的数据传输速率。但这事实上并不是一个IEEE的公开标准，而是一项产权私有的技术(产权属于美国德州仪器，Texas Instruments)。

IEEE 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副载波，最大原始数据传输率为54Mb/s，这达到了现实网络中等吞吐量 (20Mb/s)的要求。如果需要的话，数据率可降为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。
由于2.4GHz频带已经被到处使用，采用5GHz的频带让802.11a具有更少冲突的优点。然而，高载波频率也带来了负面效果。 802.11a几乎被限制在直线范围内使用，这导致必须使用更多的接入点；同样还意味着802.11a不能传播得像802.11b那么远，因为它更容易被吸收。
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。
在52个OFDM副载波中，48个用于传输数据，4个是引示副载波(pilot carrier)，每一个带宽为0.3125MHz（20MHz/64），可以是二相移相键控（BPSK），四相移相键控（QPSK），16-QAM或者 64-QAM。总带宽为20MHz，占用带宽为16.6MHz。符号时间为4毫秒，保护间隔0.8毫秒。实际产生和解码正交分量的过程都是在基带中由 DSP完成，然后由发射器将频率提升到5GHz。每一个副载波都需要用复数来表示。时域信号通过逆向快速傅里叶变换产生。接收器将信号降频至20MHz，重新采样并通过快速傅里叶变换来重新获得原始系数。使用OFDM的好处包括减少接收时的多路效应，增加了频谱效率。
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。
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

IEEE 802.11b
IEEE 802.11b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。IEEE 802.11b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。IEEE 802.11b的后继标准是IEEE 802.11g，其传送速度为54Mbit/s。

IEEE 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。

IEEE 802.11i
IEEE 802.11i是IEEE为了弥补802.11脆弱的安全加密功能（WEP, Wired Equivalent Privacy）而制定的修正案，于2004年7月完成。其中定义了基于AES的全新加密协议CCMP（CTR with CBC-MAC Protocol），以及向前兼容RC4的加密协议TKIP（Temporal Key Integrity Protocol）。
无线网络中的安全问题从暴露到最终解决经历了相当的时间，而各大厂通信芯片商显然无法接受在这期间什么都不出售，所以迫不及待的Wi-Fi厂商采用802.11i的草案3为蓝图设计了一系列通信设备，随后称之为支持WPA（Wi-Fi Protected Access）的；之后称将支持802.11i最终版协议的通信设备称为支持WPA2（Wi-Fi Protected Access 2）的。

IEEE 802.11n
IEEE 802.11n，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540Mbit/s(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快上50倍，而比802.11g快上10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。

各国适用频道
802.11b 和 802.11g 将2.4 GHz 的频段区分为14个重复,标记的频道，每个频道的中心频率相差 5 megahertz (MHz).一般常常被误认的是channels 1, 6 and 11 (还有有些地区的channel 14) 是互不重叠所以利用这些不重叠的频道，多组无线网络的互相涵盖，互不影响, 这种看法太过简单. 802.11b 和 802.11g 并没有规范每个channel的带宽，规范的是中心频率和频谱遮罩(spectral mask). 802.11b 的频谱遮罩需求为：在中心频±11 MHz处，率衰减至少 30 dB,±22 MHz 处要衰减50dB.
由于频谱遮罩只规定到±22 MHz处的能量限制, 通常认定使用带宽不会超过这个范围. 实际上, 当发射端距离接收端非常近时，接收端接受到的有效能量频谱，有可能会超过22MHz的区域. 所以,一般认定channels 1, 6, 和 11 互不重叠的说法.应该要修正为: channels 1, 6, 和 11, 三个频段互相之间的影响比使用其他频段来得小。然而, 要注意的是, 一个使用channel 1的高功率发射端，可以轻易的干扰到一个使用channel 6的，比较弱的发射站。在实验室的测试中发现,当使用channel 11来传递档案时，一个使用channel 1的发射台也在通讯时，会影响到channel 11的档案传输，让传输速率稍稍降低。所以，即使是频段相差最远的channel 1和11，也是会互相干扰的。
虽然channels 1, 6, 和 11 互不重叠的说法是不正确的, 但是这个说法至少可以用来说明: 频道距离在 1, 6, 11 之间必定会对彼此造成干扰，而大大的影响到通讯的传输速率。

总结
协议 释放日期 Op. 标准频寛 实际速度 (Typ) 实际速度 (最大) 范围(室内) 范围(室外)
Legacy 1997 2.4-2.5 GHz 1 Mbit/s 2 Mbit/s ? ?
802.11a 1999 5.15-5.35/5.47-5.725/5.725-5.875 GHz 25 Mbit/s 54 Mbit/s ~30 米 ?
802.11b 1999 2.4-2.5 GHz 6.5 Mbit/s 11 Mbit/s ~30 米 ?
802.11g 2003 2.4-2.5 GHz 25 Mbit/s 54 Mbit/s ~30 米 ?
802.11n 2006 (初版) 2007 (Linksys) 2.4 GHz or 5 GHz bands 200 Mbit/s 540 Mbit/s ~50 米 ~125 米@TOC

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链接

长方形

圆

圆角长方形

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• 关于 Flowchart流程图 语法，参考 这儿.

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1. mermaid语法说明 ↩︎

2. 注脚的解释 ↩︎