WLAN 需要规划 掌握射频通信知识
2019-11-05 02:37:41
供稿：网友
每一个无线设备都扮演着公共广播无线信号收发器的角色。为了治理好无线网络，必须把握无线电通信的频率技术。
无线技术的供给商试图用“易于安装”、“无缝连接”等承诺来掩盖Wi-Fi物理层信号的异常现象。但是，你需要利用射频技术来治理一个大型的无线网络，就像你必须知道假如连线才能构建有效的局域网一样。
要把握射频通信知识
和拨号调制解调器、电缆调制解调器一样，Wi-Fi网络也要利用调制技术将计算机里的数字信号转换成类似的射频信号。将数据通过调制解调器转换并发送出去的速度与有效带宽、调制解调器的类型等因素有关。复杂的调制方法与简单的调制方法相比，可以在单位时间内发送更多比特的数据，比如54Mbps 802.11无线网络的64进制的正交幅度调制（16-QAM）方法的速率就比1-Mbps无线网络的二进制差分频移键控（DBPSK）调制方法的速率快得多。
由于信号的质量随着传播的距离不断下降，因此在速度和距离上，不得不采取折衷策略。在空气中传播的无线电波衰减很快，比通过电缆传输的射频信号衰减大得多。
FCC规则控制着2. 4 GHz ISM频段和5 GHz UNII频段的利用。2.4 GHz ISM是指从2. 4 GHz到 2.4835 GHz这83.5 MHz，作为工业、科学和医药频段。5 GHz UNII是指从5.15 GHz到5.35 GHz的200MHz加上5.725GHz 到5.825 GHz的100MHz，共计300MHz的频段，用于国家信息建设。这些频段又被进一步划分为多个频道，一般Wi-Fi的频道带宽都是22MHz。
速率和距离
FCC的鉴定程序对无线系统的设计者进行限制，主要出于如下原因：因为共享的非限制频段的使用问题目前仍处于争论状态，因此产品的设计必须使得干扰最小化。Wi-Fi系统工作在非限制频段，所以必须用很低的功率发射信号，另一方面，又要保证在受到其它同频段工作设备一定程度干扰的时候，能够比较稳定地工作。
扩频信号处理技术就像变魔术一样，使得各个系统可以同时共存。扩频系统很稳定，但是值得注重的是：设计多单元的企业扩频系统时，相干干扰的问题是不可避免的。这一点大家一定要明确，因为这将有助于设计和支持无线局域网络。
每个Wi-Fi设备，都是一个发送和接收无线信号的收发器，不管它是个PC卡、NIC还是AP(访问点)。因为所有的Wi-Fi系统都采用高频的微波信号，所以信号的衰减很快。比如较高频率的5-GHz 802.11a信号所遭受的衰减程度就比2.4-GHz的高，尤其是当覆盖范围内有地面、墙体等固体目标时。
除了要考虑信号的衰减以外，接收器还要处理环境噪声。比如说，你笔记本里的高速CPU实际上就是一个射频噪声源，它使得房间内的信号被压制。但是，现在的无线技术已经可以保证接收设备在很低的信噪比条件下正常工作。
射频信号的发射功率经常用瓦特来度量。一套环绕立体声音响系统的输出功率往往在500瓦左右，而基于微波的射频系统的输出功率则要低得多。即使最大功率的Wi-Fi系统，其发射功率也不过200毫瓦，也就是五分之一瓦特。正因为无线系统工作时功率很低，所以工程师要利用对数变换，也就是用分贝作为单位，来表示信号的能量级别。当以1毫瓦为参考值时，分贝被缩写为"dBm"。假如说某一信号为0 dBm，那么其功率为1毫瓦。
假如信号能级低于1毫瓦，那么它的分贝数就是负值。例如，802.11b Wi-Fi NIC可以接收到传输速率为2 Mbps，最低能级为 -90 dBm的信号。
有两个规则值得注重：第一，当一个信号增强了3dB，实际上信号输出功率增长了一倍。同样的，信号降低了3dB，输出功率降低了一半。第二，每当信号增强10dB，信号的输出功率将是原来的10倍。所以，假如0 dBm相当于1毫瓦，那么10 dBm相当于10毫瓦，20 dBm相当于100毫瓦，30 dBm相对于1,000毫瓦，也就是1瓦特。利用这两个规则，你可以算出23 dBm相当于200毫瓦，明白了吧？
增益和损失
无线发射器包括用来产生强信号的放大器，也就是射频增益的提供者。射频技术设计者可以通过调整参数，增加输入功率来提高增益。对于一个无线网络，要想正常工作，必须提供足够的系统增益，来补偿两个结点间的传播损失。否则，当你驱车离家时，就会逐渐地不能接收到数据，就像你逐渐地听不到你感爱好的无线电台节目一样。在露天情况下的衰减被称为自由空间衰减，主要因为在空中信号的分散造成的。在建筑物里，无线网络还会遭受其它类型的衰减，比如（墙体、地面和门等的）吸收，（不规则表面的漫反射造成的）散射，（绕过物体的）衍射，（穿过不同介质如玻璃墙时的）折射等。这些特性和频率有关。
多途干扰
虽然增益和损失往往能够决定你是否能联接无线网络，但是还有另外一个因素影响着建筑物里的无线电波：多途传输，当无线电波碰到固体表面时造成的一种干扰。一个直接的后果就是接收器接收到一串幅度不同、存在时延的同一信号形式的叠加。
工程师们一直在努力设计可以克服多途干扰的系统。比如，目前的大多数Wi-Fi系统都采用双阵列系统，在某些情况下可以减少多途的影响。在大多数情况下，无线接收器的设计决定了在处理多途时候的健壮性。这也就是为什么有的高输出功率的NIC在“速率－距离”性能方面，还不如其它供给商的低输出功率NIC的原因，因为后者加入了多途处理的功能。
发射器的输出功率和接收器的灵敏度的差值，就是传播损失，或者链路预算。比如，Cisco Aironet 802.11b NIC，最大输出功率为20 dBm，Cisco 1200 AP 的灵敏度为 -85dBm（注重，负的dBm表示还不到1毫瓦），其传输速率为11-Mbps。那么整个的传播损失最大可以为20-（-85）＝105 dB。
随着射频信号的变差，Wi-Fi系统由于误码率和重试次数的增加，性能逐渐下降。为了对此进行补偿，当信号能级降低的时候，Wi-Fi系统能自动降低数据传输速率。准确地说，调制方案不再采用高效方案，因而降低了传输速率。拿目前的802.11b系统来说，数据速率可以从11 Mbps降低到5.5 Mbps、2 Mbps，最后可以降到1Mbps。假如最终信号能级不能支持1Mbps的数据传输，那么连接将被关闭。
对于有线网络来说，可以利用线路扫描仪来验证UTP（非屏蔽双绞线）或者光缆系统的状态。假如你的系统正常安装和终止，这些验证通常只是例行公事，系统一旦通过验证，将很少改变。但是，无线网络则不同，更具有流动性，因为传播介质经常在变，门的开关、人的走动都会造成影响。理解射频系统的工作原理，将会使你更好地利用site-survey和troubleshooting工具，使你更好地设计和规划Wi-Fi网络。
