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STM32的WI-FI通讯（HAL库）

news 2025/7/26 8:20:10

WI-FI的由来(了解即可，不必掌握)：

”WI-FI“本质上是无线局域网的技术，而以太网针对的是有线局域网技术的搭建

WI-FI和WLAN（无线局域网）的区别：WLAN是统称包含WI-FI

WI-FI的发展和 IEEE 802.11标准：802都是争对局域网做的定义，具体实现又规划了子标准，例如802.3针对以太网的标准。

省略介绍第一代~第五代感兴趣的自己查找

第六代（目前应用最广的），以IEEE 802.11ax为准，世代名称为“Wi-Fi 6”，信道宽度20MHz、40MHz、80MHz、80+ 80MHz、160MHz，工作频段为2.4GHz和5GHz，最高8条空间流(一根天线表示一个数据收发的通道，8条就是8个通道并行传输)，最大副载波调制1024-QAM，最高速率半双工9.6 Gbit/s。

IEEE 802.11：

WIFI可以看成是IEEE 802.11的一种具体实现。

IEEE 802.11是IEEE 802标准委员会（IEEE 802 LAN/MAN Standards Committee）下属的无线局域网工作组，也指代由该组织制定的无线局域网标准。

该协议一般与IEEE 802.2结合使用，设计目的是为了与以太网路无缝互通，经常用于承载IP流量。

IEEE 802.11标准定义一个媒体访问控制（MAC）和几个物理层（PHY）规范，为局域内的固定，便携式和可移动终端（STA）提供无线连接，标准还为监管机构提供了一种标准化方法，对局域网通信的一个或多个频带进行管理。

无线电波频段即基本原理：

无线信号到底怎么产生？LC振荡电路（最基础的），电磁振荡产生电磁波，电磁波的主要参数是频率，按频率划分：无线电，红外线，可见光（红橙黄绿蓝靛紫），紫外线，x射线，y射线

我们研究范围无线电（300GHz一下的电波）：低频段，高频段（射频传输：300M~300GHz）

频率和波长的关系：C= $\lambda$ f->CT= $\lambda$ ,所以路程就是波长，对于无线电波而言，由于C不变，频率越低波长就越大，能力就越小，所受周围环境影响大，但是可以做远距离传输。频率高，波长短，单个粒子携带能量强，但是穿墙能力弱。长波（波长在千米级别，一般都是沿着地表传输，也称地波），中波，短，超短波，微波（我们用到的手机移动蜂窝网络通信和WI-FI都是微波频段），中波，短波就从空中传播，能量足够可以打在空中的电离层，反射到更远的距离（天波），如果电磁波能量更强（超短波，微波），穿透空中的电离层到太空中，就没有办法借助电离层进行远距离传输了，但是可以跟卫星做通讯或者短距离高速率的传输，就叫做空间波

信号不稳定，频率低，那么可用频率就少，因为不同的信号以不同的频率进行传输，例如1kHzd 频段最多的频段的跳变也是几百Hz很容易收到外界环境的影响,如果是1GHz的频段跳变几百Hz就跟没有一样，那么所受周围环境的影响就小，可以变Hz范围就大，那么可传输的不同信号量就多。所以民用都是高频段（手机，WI-FI），低频段都是国家用在军事（海面作业，导航）等领域的。

无线电波怎么进行信号传递的，信号如何基于电磁波进行传递？

LC振荡电路一般只在内部进行传输，为了将电磁波传出去就将电容的极板打开电磁场就可以发射出去了，然而电磁波功率不强，所以需要调整导线长度（发射天线）等于发射电磁波的波长时，能量就会很大，用天线发送，那么我们就用天线接收，感应接收到的电磁波频率和我们接收天线内部的固有频率一致时，那么接收的感应电流就会非常强烈，也就称为谐振，能量非常大，类似于共振。就像生活中的无线收音机，通过调台达到和广播节目一样的频率达到了谐振，就可以收到强烈的能量信息就能听到该台的内容了。所以不同台就会不同的频率，不能一样。C= $\lambda$ f，由于C= $3*10^{8}m/s$ ，我们人能够听到的声音频段：20~20000Hz，那么我们需要的天线至少也要15公里，这不现实，那我们怎么解决这个问题呢？

我们不直接发送低频电磁波，我们将其转换成高频电磁波，我们先定义一个高频的电磁波信号作为承载信号（也就是载波），将我们的低频信号加在这个承载信号中（这个过程叫调制），接收方就将接收信号分解成我们需要的低频信号（这个过程叫解调），那我们怎么叠加信号呢？手段1.频率不变，改变幅度，信号强就将载波幅度调大（这个叫调幅AM）；手段2.常见手段：用频率变大表示数据比较大，频率变低表示数据较小（这叫调频FM），可是调频频率一直在变化，那我们收音调台又可以定死一个数值呢？注意，此处底层物理并非定死数据，而是表示可以就是在这个频率范围的跳变的电磁波信号

WI-FI的两个工作频段5G和2.4G的区别：本质就是工作频段的不同。理论上频率越高数据传输速率越高，这些工作频段都是国际组织规定的。信道频宽就是给工作频段再分出子集来给不同的进程用，避免信号干扰

2.4G的信道:这个划分规则看各国的规定吧

在标准协议里将2.4GHz频段划分出13个相互交叠的信道（我国标准），每个信道的频宽是20MHz（802.11g、802.11n每个信道占用20MHz，802.11b每个信道占用22MHz），每个信道都有自己的中心频率。手机信号走的是无线的蜂窝网络段，传统的信号段就是2点几G的信号段，不同的运营商（移动，联通）或者不同的号码段也会占用不同的频率段

这13个信道可以找出3个独立信道，即没有相互交叠的信道。独立信道由于没有频率的交叠区，相邻AP使用这3个独立信道不会彼此产生干扰。如下图中的1、6、11就是三个互不交叠的独立信道。

5G的信道:这个划分规则看各国的规定吧

移动通讯的5G（5generation第五代，兼容几百兆到几G大频率段和20几G的频率段都能使用）和我们这里定义的5G（指的是工作频段）不一样

标准协议将5GHz频段分为24个20MHz宽的信道，且每个信道都为独立信道。这为WLAN提供了丰富的信道资源，更多的独立信道也使得信道绑定更有价值。信道绑定是指将两个信道绑定成一个信道使用，能提供更大的带宽。如两个20MHz的独立信道绑定在一起可以获得40MHz的吞吐量，这好比将两条道路合并成一条使用，自然就提高了道路的通过能力。

下图中，黑色的半圆表示独立信道，红色的半圆表示标准协议推荐的信道绑定。

AP：（Access Point）无线接入点，我们的设备可以通过其接入无线网络中，AP的网线就1根网线连到交换机或者路由器那，然后自己将电平信号转化为无线电波广播出去，我们的设备通过扫描无线电波上网。如果是一个纯粹的无线电波的话就是这样设计的，但是现在我们都是用的无线路由器，就是路由器带上AP功能，将网络上的电平信号转化为无线电波广播出去。所有连接AP的设备都称为无线客户端，就是STA（Station），SSID就是无线网络名字，不一定唯一，如果设置到相同的SSID如何区分，底层是用BSSID（AP的MAC地址，就是唯一的，所有的网络设备的MAC地址都是全球唯一的，出厂即给出）区分的，ESSID就是扩展服务集标签，我们给多个无线路由器起个共同的名字，就类似于连锁商店，BSSID就是地图地址，SSID就是店面，ESSID就是品牌的公司名字