1997 年的原始 802.11,速率只有 1 与 2 Mbps。 它用的「扩频」技术来自军用,靠「把信号摊宽」换抗干扰。
06.02 讲完拓扑,从这一节开始逐个讲八个标准。 这一段(06.03)是「按时间顺序的技术演进」,每一节都只解决一个问题。
一、两个速率,两种扩频
原始 802.11 定义了两种物理层:跳频(FHSS)与直接序列(DSSS),都能跑 1 与 2 Mbps。
方式 怎么扩 特点
FHSS 载波不停跳频 抗窄带干扰 DSSS 数据乘一个高速码 抗噪、易实现
DSSS 用的是 11 位「巴克码」: 一个比特变成 11 个码片,码片率 11 Mchip/s,所以数据率就是 1 Mbps(2 Mbps 时用 QPSK 一次带 2 比特)。
「扩频增益」算出来是 10·log10(11) ≈ 10.4 dB: 意思是「信号被噪声淹没到 −10 dB 还能解出来」。 这就是它抗干扰的来源,也是军用技术转民用的典型。
二、它留下的东西
原始 802.11 的速率今天看不值一提,但它定了三件一直沿用到今天的事:
一、MAC 层的基本框架:CSMA/CA、确认重传、帧格式,这些从 1997 年到现在基本没变。 后面所有的标准只换物理层,MAC 只做加法。
二、「速率可降」这个思想:信号差就降速,低速调制抗噪强。 这个机制从第一天就有,也是无线比有线「稳」的原因之一。
三、2.4 GHz 这个频段:它选了免许可的 ISM 频段,于后面二十多年所有人都在这一段里挤。 而「挤」正是 5 GHz 与 6 GHz 出现的理由。
三、为什么后来换了技术
两个原因:速率太低、频带太宽。
速率:2 Mbps 传一个网页要几秒,而当时有线已经是 10 Mbps。 频带:DSSS 一个信道占 22 MHz,在 83.5 MHz 里只放得下三个。
于是 802.11b 改用 CCK(补码键控):同样 22 MHz,靠「一个符号携带 8 比特」跑到 11 Mbps。 这是无线史上第一次「用编码换速率」。
而 802.11a 走得更远,直接用 OFDM 把信道切成几十个子载波——这一步彻底换了技术路线,也奠定了后面二十年的基础。 今天所有在用的标准(n/ac/ax/be)都是 OFDM 的后代。
四、动手 Demo:最初的 802.11,只有 2 Mbps
这段对比跳频与直接序列两种扩频方式,算 11 位巴克码带来的扩频增益,再看它为什么被 CCK 取代。
P(u" 数据率 1 Mbps,码片率 11 Mchip/s。")
P(u" 增益 = 10 × log10(11 ÷ 1) = %.1f dB。" % (10 * math.log10(11)))
实跑输出:
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最初的 802.11,只有 2 Mbps
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**1997 年的原始 802.11 有两个速率:1 与 2 Mbps。**
**它用的是「扩频」——把窄带信号摊到很宽的频带上。**
方式 速率 怎么扩
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FHSS 1~2 Mbps 跳频,每秒跳很多次
DFSS 1~2 Mbps 直接序列,11 位巴克码
**算「扩频增益」**:
数据率 1 Mbps,码片率 11 Mchip/s。
增益 = 10 × log10(11 ÷ 1) = 10.4 dB。
**11 dB 的增益意味着**:**信号可以被噪声淹没到 −11 dB 还能解出来。**
**这就是「扩频抗干扰」的原理,也是军用技术转民用的典型。**
**802.11b 改用 CCK(补码键控)之后,同样 22 MHz 能跑 11 Mbps**——
**靠的是「一个符号携带更多比特」,而不是更宽的频带。**
**这是无线史上第一次「用编码换速率」。**
10.4 dB 这个增益意味着什么:信号功率可以比噪声低 10 dB 还解得出。 换句话说「同样的发射功率,通信距离能远三倍左右」。 这就是扩频的价值,也是它当年被军方看中的原因。
注意「1 Mbps 用 DBPSK、2 Mbps 用 DQPSK」这个细节: 码片率不变,只是「一个符号带几个比特」变了。 这个思路在后面的 802.11b(CCK)与 802.11a(64QAM)里反复出现——「不加大带宽,只让每个符号多带比特」是无线的第一条提速路。
最后那句「用编码换速率」要记成一句话: 它是无线提速四条路里的第一条,也是代价最小的一条(不占频谱、不增功耗)。 代价是抗噪能力下降,所以「只在信号好时用」。
30 秒实验
- 算一下:11 位巴克码,如果码片率是 22 Mchip/s,数据率是多少?
- 想一想:为什么扩频能抗干扰,却不能用它提高速率?
- 查一下「ISM 频段」是哪三段频率。
常见误区
- 以为 802.11 一开始就有 11 Mbps。原始标准只有 1 与 2 Mbps。
- 以为扩频是为了提速。它是为了抗干扰与抗截获。
- 以为后面的标准换了 MAC。MAC 框架基本没变,变的是物理层。
自测三问(点开对答案)
1. 原始 802.11 的两个速率与两种扩频方式是什么? —— 1 与 2 Mbps,跳频(FHSS)与直接序列(DSSS)。 2. 扩频增益 10.4 dB 的实际意义是什么? —— 信号可以比噪声低 10 dB 还能解出,相当于通信距离能远约三倍。 3. 802.11b 靠什么在同样带宽里把速率提到 11 Mbps? —— CCK 补码键控,让一个符号携带更多比特,而不是加宽频带。下一节:802.11a 换了一条技术路线——OFDM。
- ☐ (本节完,下一节 06.03.02 IEEE 802.11a)