WiFi的本质和传输

一、WiFi信号的本质

WiFi信号是频率为2.4GHz或5/6GHz的电磁波（属于微波频段），通过空气进行传播，本质是通过无线电波承载数据的电磁波。

数据是什么：

数据就是我们要传输的东西，本质就是比特流(由0/1数据组成)。这些数据就是数字信号，是离散的信号，由一系列的二进制组成(0/1)。

调制技术：

我们通过调制技术将这些数据加载到电磁波上(电磁波通常的表现形式为正弦波，也可为方波，因此可以通过特定的信号发生器产生电磁波)。常见的调制技术有：幅移键控ASK(通过振幅变化表示0/1)、相移键控PSK(通过相位变化编码数据)、正交幅度调制QAM(结合振幅和相位变化去编码数据)等。

举例：幅移键控ASK

二进制数字调制中，信号为1时是如下正弦波形，信号为0或者没信号时都是下面一条直线。

二、WiFi信号传输流程

发送端(发射)流程：

1.数据封包：

将要发送的数据按照IEEE 802标准封装为802.11帧(帧就是一个完整的有意义的数据包，完整是指其添加MAC头、CRC校验等，比之前的比特流多了包头和包尾，可以区分一段数据的开始和结束)。

eg：[地址][功能码][数据][CRC校验]

2.调制与编码：

在数据封包后其实还是一串二进制(0/1)数据，此时还无法通过天线发射，因此通过调制把数据调制到能够通过天线发射的电磁波上。但是因为无线信道存在噪声和干扰，可能会导致传输错误(比如将0传为1)，因此我们需要在调制之前对数据进行编码处理，通过编码添加冗余信息，使接收端能检测或纠正错误，就像说话时重复关键词（“密码是123，重复123”）以确保对方听清。

常用编码方式：

3.物理层封装：

目前的主流WiFi信号通过OFDM(正交频分复用)技术将数据进行调制传输，通过16-QAM调制技术把数据分割到多个正交子载波上，并且添加导频信号（用于信道估计）和循环前缀（抗多径干扰）完成数据封装，此时信号完成数字——模拟转换。

QAM调制解调系统框图：

4.射频发射：

在完成数模转换后，基带信号的频率要通过混频器升到射频信号的频率(如2.4GHz)，并且要通过功率放大器提升我们信号的强度，之后通过天线将电磁波进行发射。

WiFi中的调制协作流程：

接收端(接收)流程：（与发射端流程为逆过程）

1.天线接收：

接收端的天线捕获由发射端的天线发射的电磁波，并将其转为电信号。

2.射频处理：

接收到的信号由于各种干扰和损失可能会比之前发射的信号弱，因此需要让信号经过低噪声功率放大器(LNA)，放大接收到的微弱信号。并且由于在发射端将基带信号的频率通过混频器升到了射频信号的频率，因此需要在接收端去进行下变频(将射频信号降为基带信号)。

3.模数转换(ADC)：

将模拟信号转为数字信号。、

4.信号解调与解码：

OFDM解调：通过FFT转换到时频域，提取子载波数据。

信道均衡：补偿多径效应（利用导频信号估计信道响应）。

解映射：从QAM符号恢复二进制数据。

纠错解码：修复传输错误。

5.数据解封：

去除在发射端数据封包时增加的MAC帧头，提取有效的数据上传至网络层。

WiFi中的解调协作流程：