WLAN 需要規劃 掌握射頻通信知識
2019-11-05 02:37:41
供稿：網友
每一個無線設備都扮演著公共廣播無線信號收發器的角色。為了治理好無線網絡，必須把握無線電通信的頻率技術。
無線技術的供給商試圖用“易于安裝”、“無縫連接”等承諾來掩蓋Wi-Fi物理層信號的異?，F象。但是，你需要利用射頻技術來治理一個大型的無線網絡，就像你必須知道假如連線才能構建有效的局域網一樣。
要把握射頻通信知識
和撥號調制解調器、電纜調制解調器一樣，Wi-Fi網絡也要利用調制技術將計算機里的數字信號轉換成類似的射頻信號。將數據通過調制解調器轉換并發送出去的速度與有效帶寬、調制解調器的類型等因素有關。復雜的調制方法與簡單的調制方法相比，可以在單位時間內發送更多比特的數據，比如54Mbps 802.11無線網絡的64進制的正交幅度調制（16-QAM）方法的速率就比1-Mbps無線網絡的二進制差分頻移鍵控（DBPSK）調制方法的速率快得多。
由于信號的質量隨著傳播的距離不斷下降，因此在速度和距離上，不得不采取折衷策略。在空氣中傳播的無線電波衰減很快，比通過電纜傳輸的射頻信號衰減大得多。
FCC規則控制著2. 4 GHz ISM頻段和5 GHz UNII頻段的利用。2.4 GHz ISM是指從2. 4 GHz到 2.4835 GHz這83.5 MHz，作為工業、科學和醫藥頻段。5 GHz UNII是指從5.15 GHz到5.35 GHz的200MHz加上5.725GHz 到5.825 GHz的100MHz，共計300MHz的頻段，用于國家信息建設。這些頻段又被進一步劃分為多個頻道，一般Wi-Fi的頻道帶寬都是22MHz。
速率和距離
FCC的鑒定程序對無線系統的設計者進行限制，主要出于如下原因：因為共享的非限制頻段的使用問題目前仍處于爭論狀態，因此產品的設計必須使得干擾最小化。Wi-Fi系統工作在非限制頻段，所以必須用很低的功率發射信號，另一方面，又要保證在受到其它同頻段工作設備一定程度干擾的時候，能夠比較穩定地工作。
擴頻信號處理技術就像變魔術一樣，使得各個系統可以同時共存。擴頻系統很穩定，但是值得注重的是：設計多單元的企業擴頻系統時，相干干擾的問題是不可避免的。這一點大家一定要明確，因為這將有助于設計和支持無線局域網絡。
每個Wi-Fi設備，都是一個發送和接收無線信號的收發器，不管它是個PC卡、NIC還是AP(訪問點)。因為所有的Wi-Fi系統都采用高頻的微波信號，所以信號的衰減很快。比如較高頻率的5-GHz 802.11a信號所遭受的衰減程度就比2.4-GHz的高，尤其是當覆蓋范圍內有地面、墻體等固體目標時。
除了要考慮信號的衰減以外，接收器還要處理環境噪聲。比如說，你筆記本里的高速CPU實際上就是一個射頻噪聲源，它使得房間內的信號被壓制。但是，現在的無線技術已經可以保證接收設備在很低的信噪比條件下正常工作。
射頻信號的發射功率經常用瓦特來度量。一套環繞立體聲音響系統的輸出功率往往在500瓦左右，而基于微波的射頻系統的輸出功率則要低得多。即使最大功率的Wi-Fi系統，其發射功率也不過200毫瓦，也就是五分之一瓦特。正因為無線系統工作時功率很低，所以工程師要利用對數變換，也就是用分貝作為單位，來表示信號的能量級別。當以1毫瓦為參考值時，分貝被縮寫為"dBm"。假如說某一信號為0 dBm，那么其功率為1毫瓦。
假如信號能級低于1毫瓦，那么它的分貝數就是負值。例如，802.11b Wi-Fi NIC可以接收到傳輸速率為2 Mbps，最低能級為 -90 dBm的信號。
有兩個規則值得注重：第一，當一個信號增強了3dB，實際上信號輸出功率增長了一倍。同樣的，信號降低了3dB，輸出功率降低了一半。第二，每當信號增強10dB，信號的輸出功率將是原來的10倍。所以，假如0 dBm相當于1毫瓦，那么10 dBm相當于10毫瓦，20 dBm相當于100毫瓦，30 dBm相對于1,000毫瓦，也就是1瓦特。利用這兩個規則，你可以算出23 dBm相當于200毫瓦，明白了吧？
增益和損失
無線發射器包括用來產生強信號的放大器，也就是射頻增益的提供者。射頻技術設計者可以通過調整參數，增加輸入功率來提高增益。對于一個無線網絡，要想正常工作，必須提供足夠的系統增益，來補償兩個結點間的傳播損失。否則，當你驅車離家時，就會逐漸地不能接收到數據，就像你逐漸地聽不到你感愛好的無線電臺節目一樣。在露天情況下的衰減被稱為自由空間衰減，主要因為在空中信號的分散造成的。在建筑物里，無線網絡還會遭受其它類型的衰減，比如（墻體、地面和門等的）吸收，（不規則表面的漫反射造成的）散射，（繞過物體的）衍射，（穿過不同介質如玻璃墻時的）折射等。這些特性和頻率有關。
多途干擾
雖然增益和損失往往能夠決定你是否能聯接無線網絡，但是還有另外一個因素影響著建筑物里的無線電波：多途傳輸，當無線電波碰到固體表面時造成的一種干擾。一個直接的后果就是接收器接收到一串幅度不同、存在時延的同一信號形式的疊加。
工程師們一直在努力設計可以克服多途干擾的系統。比如，目前的大多數Wi-Fi系統都采用雙陣列系統，在某些情況下可以減少多途的影響。在大多數情況下，無線接收器的設計決定了在處理多途時候的健壯性。這也就是為什么有的高輸出功率的NIC在“速率－距離”性能方面，還不如其它供給商的低輸出功率NIC的原因，因為后者加入了多途處理的功能。
發射器的輸出功率和接收器的靈敏度的差值，就是傳播損失，或者鏈路預算。比如，Cisco Aironet 802.11b NIC，最大輸出功率為20 dBm，Cisco 1200 AP 的靈敏度為 -85dBm（注重，負的dBm表示還不到1毫瓦），其傳輸速率為11-Mbps。那么整個的傳播損失最大可以為20-（-85）＝105 dB。
隨著射頻信號的變差，Wi-Fi系統由于誤碼率和重試次數的增加，性能逐漸下降。為了對此進行補償，當信號能級降低的時候，Wi-Fi系統能自動降低數據傳輸速率。準確地說，調制方案不再采用高效方案，因而降低了傳輸速率。拿目前的802.11b系統來說，數據速率可以從11 Mbps降低到5.5 Mbps、2 Mbps，最后可以降到1Mbps。假如最終信號能級不能支持1Mbps的數據傳輸，那么連接將被關閉。
對于有線網絡來說，可以利用線路掃描儀來驗證UTP（非屏蔽雙絞線）或者光纜系統的狀態。假如你的系統正常安裝和終止，這些驗證通常只是例行公事，系統一旦通過驗證，將很少改變。但是，無線網絡則不同，更具有流動性，因為傳播介質經常在變，門的開關、人的走動都會造成影響。理解射頻系統的工作原理，將會使你更好地利用site-survey和troubleshooting工具，使你更好地設計和規劃Wi-Fi網絡。
