WLAN笔记(二)

2019-04-22

WLAN跟日常生活中的无线广播、无线电视、手机通信一样,都是用射频作为载体。射频是频率介于3赫兹(Hz)和约300G赫兹(Hz)之间的电磁波,也可以称为射频电波或射电。人们为这段电磁波又定义了无线频谱,按照频率范围划分为极低频、超低频、中频、高频、超高频等,WLAN使用的射频频率范围是2.4GHz频段(2.4GHz~2.4835GHz)和5GHz频段(频率范围是5.150GHz~5.350GHz和5.725GHz~5.850GHz),分别属于特高频(300**z~3GHz)和超高频(3GHz~30GHz),各个国家使用的频宽范围不一样,5GHz频段的5.150GHz~5.350GHz和5.725GHz~5.850GHz为中国使用。

WLAN使用的2.4GHz频段和5GHz频段属于ISM频段。ISM,即工业(Industrial)、科学(Scientific)与医疗(Medical)。ISM频段主要开放给工业、科学、医疗三个机构使用,只要设备的功率符合限制,不需要申请许可证(Free License)即可使用这些频段。

过射频传输信息的基本调制方式:调频、调相和调幅,发送端将信息调制到载波上,通过改变载波的频率、相位和振幅传递信息,接收端收到信息后,再解调还原信息。通过这样一个调制解调的过程,就实现了信息的传递。WLAN射频传输信息的基础也是调频、调相或调幅。只不过调频、调相和调幅通常用在模拟信号的传输,在数字通信领域射频的调制方式较为复杂,主要有:振幅键控、频率键控、相位键控和正交幅度调制(一种幅度、相位联合调制的技术,它同时利用了载波的幅度和相位来传递信息)。

有线通信其实也是将信号调制成电脉冲或光脉冲,然后放到电缆或光缆上传输。只不过射频需要解决更多的问题,如射频的反射、衍射等问题。无论是使用射频通信还是使用有线媒介的通信,其过程都可以简单的看成是信源->信道->信宿,信源是信息的发送者,信宿是信息的接收者。那有线的信道我可以简单的理解为线缆,WLAN的信道是不是可以简单的理解为射频呢?根据“信源->信道->信宿”的描述,信道就是发送者和接收者的中间部分,那可不就是射频了。

WLAN的信道是具有一定频宽的射频,以便可以承载要传输的信息。对于2.4GHz频段来说,2.4GHz频段的频宽是2.4835GHz-2.4GHz=0.0835GHz=83.5**z,WLAN不是使用全部的83.5**z的频宽作为一个信道,同一条波如果遇到频率相同的波会产生干扰,会根据相位差进行叠加或衰减(如:频率相同,相位相差180°的波彼此会抵消)。如果WLAN使用整个2.4GHz频段作为一个信道,当同一覆盖范围内有两个及两个以上的AP,大家都用相同的信道,会造成严重的干扰,两个AP都无法有效提供WLAN服务。所以,在WLAN标准协议里将2.4GHz频段划分出13个相互交叠的信道,每个信道的频宽是20**z(802.11g、802.11n每个信道占用20**z,802.11b每个信道占用22**z),每个信道都有自己的中心频率。

14信道是特别针对日本定义的,各个国家2.4GHz频段开放的信道不一样,北美地区(美国,加拿大)开放1~11信道,欧洲开放1~13信道,中国同样开放1~13信道。一般,我们更多的讲述是2.4GHz频段分13个相互交叠的信道。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。在部署WLAN时,为避免相邻AP产生同频干扰,多采用蜂窝式信道布局。蜂窝式布局中相邻AP间使用不交叠的独立信道,可以有效避免同频干扰。2.4GHz频段射频在各个国家已经放开使用,越来越多的无线设备都工作在2.4GHz频段(如蓝牙设备),使得2.4GHz频段日益拥挤,信道干扰严重,有时会影响WLAN用户的正常业务。

华为AP产品2.4G射频默认使用1信道,如果用户在部署WLAN时忘了配置信道,可能会造成某些AP覆盖重合的区域产生同频干扰,使用户无法上线。但是,为众多AP配置信道也是件很累人的事情,华为产品支持射频信道的自动模式。AP上线后,AC会根据AP周围的无线环境,自动为AP射频设置信道,避免了用户为多个AP配置信道的繁杂工作。还支持射频调优功能,可以根据射频周围的无线环境自动调整信道和发射功率,保持整个无线网络处于一个最佳的状态。在WLAN初次部署完成后,建议执行一次射频调优。比如周围的卖场也有WLAN,很可能会和我们自己部署的WLAN有部分区域的射频冲突,射频调优可以让WLAN自己根据无线环境调整信道部署和发射功率,减少射频的冲突。而且无线环境可能是变化的,在低峰时段执行定期的射频调优也是有必要的。华为产品在V2R3C00版本开始支持频谱分析功能,频谱分析可以分析出AP周围存在的干扰设备,如婴儿监视器、微波炉、蓝牙设备等。

WLAN 可以使用的另一个频段——5GHz频段,有更高的频率和频宽,可以提供更高的速率和更小的信道干扰。WLAN标准协议将5GHz频段分为24个20**z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20**z的独立信道绑定在一起可以获得20**z两倍的吞吐量,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。802.11n支持通过将相邻的两个20**z信道绑定成40**z,使传输速率成倍提高。802.11n也同时定义了2.4GHz频段的信道绑定,但由于2.4GHz频段较拥挤的信道资源,降低了2.4GHz频段信道绑定的实用性,一般不推荐使用2.4GHz频段的信道绑定。

UNII-2e为5GHz新增频段,该频段中国尚未放开使用。目前中国已放开使用的信道有36, 40, 44, 48, 52, 56, 60, 64, 149, 153, 157, 161, 165。各个国家开放的信道不一样,可以参照国家信道顺从表。5GHz频段并非只有WLAN设备在使用,很多国家的军用雷达也在使用5GHz频段,使用该频段的民用无线设备很可能对雷达等重要设施产生干扰。为了解决这一安全顾虑,在一些国家出售的WLAN产品必须具备TPS和DFS这两个功能,即发射功率控制和动态频率选择。TPS是为了防止无线产品发放过大的功率来干扰军方雷达。DFS是为了使无线产品能主动探测军方使用的频率,如频率冲突并主动选择另一个频率,以避开军方频率。在这些国家这两个功能是属于强制性的,不符合标准的产品将不会获得这些国家的上市许可。

dBm和dB的含义:
dBm的含义是分贝毫瓦,通俗的说就是每1毫瓦产生多少分贝能量。dB是个相对值是增益的意思,X (dBm) - Y (dBm) = Z (dB),如:10dB=20dBm-10dBm。
dBm和毫瓦的换算关系是:P(dBm)=10logP(mW),也就是100mW=10Log102=20dBm。
功率减少10倍,换算出来的dBm降低10dB。功率减少一半,换算出来的dBm降低3dB。如:50mW=17dBm,25mW=14dBm,5mW=7dBm。


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