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【WLAN從入門到精通-基礎篇】第2期——WLAN射頻和通道

【轉自】http://support.huawei.com/huaweiconnect/enterprise/thread-257291.html

有這樣一個段子“嫁到俺村吧,俺村條件不賴,穿衣基本靠紡,吃飯基本靠黨,致富基本靠搶,娶妻基本靠想,交通基本靠走,通訊基本靠吼,治安基本靠狗,取暖基本靠抖……”。拿這個段子作為本期的開篇,是想讓大家開心一笑,然後借用裡面的“通訊基本靠吼”進入本期的主題。

通訊靠吼看著很落後,但仔細想想它會很先進,它哪裡先進呢?想出來了嗎?………………

它可是“無線通訊”啊!有沒有被小編欺騙的感覺沒想到大聲喊話是無線通訊,高科技啊。如果不留心的話我們不會想到人類歷史上最早的通訊手段和現在一樣可以是“無線”的,而且還不止這些,古代的擊鼓鳴金和烽火連天也可以稱為某種“無線通訊”吧。

學過物理的都知道,擊鼓鳴金,是物體振動在介質中產生聲波,傳遞資訊到人耳,資訊載體是傳遞聲波的介質。烽火連天,或者更先進的旗語,是通過物體反射的可見光線傳入人眼從而傳遞資訊,載體是可見光。WLAN同樣是無線通訊的範疇,雖跟原始的“無線通訊”有本質區別,但卻有著共同點——都需要載體。

WLAN跟日常生活中的無線廣播、無線電視、手機通訊一樣,都是用射頻作為載體。射頻是頻率介於3赫茲(Hz)和約300G赫茲(Hz)之間的電磁波,也可以稱為射頻電波或射電。人們為這段電磁波又定義了無線頻譜,按照頻率範圍劃分為極低頻、超低頻、中頻、高頻、超高頻等,WLAN使用的射頻頻率範圍是2.4GHz頻段(2.4GHz

2.4835GHz)和5GHz頻段(頻率範圍是5.150GHz5.350GHz5.725GHz5.850GHz),分別屬於特高頻(300MHz3GHz)和超高頻(3GHz30GHz),用一張圖來看下我們WLAN射頻所在頻譜的位置。

5GHz頻段的5.150GHz5.350GHz5.725GHz5.850GHz為中國使用,各個國家使用的頻寬範圍不一樣,貼子下方附有國家通道順從表的參考連結,感興趣的同學可以檢視各個國家使用的5GHz頻段。

WLAN使用的2.4GHz頻段和5GHz頻段屬於ISM頻段。ISM,即工業(Industrial)、科學(Scientific)與醫療(Medical)。

ISM頻段主要開放給工業、科學、醫療三個機構使用,只要裝置的功率符合限制,不需要申請許可證(Free License)即可使用這些頻段,大大方便了WLAN的應用和推廣。

瞭解了什麼是射頻後,射頻是怎麼作為載體傳遞資訊的呢?我們高中物理都有學過射頻傳輸資訊的基本調製方式:調頻、調相和調幅,傳送端將資訊調製到載波上,通過改變載波的頻率、相位和振幅傳遞資訊,接收端收到資訊後,再解調還原資訊。通過這樣一個調製解調的過程,就實現了資訊的傳遞。我們日常生活中遇到的調頻廣播,調幅廣播等就是這樣傳遞資訊的。WLAN射頻傳輸資訊的基礎也是調頻、調相或調幅。只不過調頻、調相和調幅通常用在模擬訊號的傳輸,在數字通訊領域射頻的調製方式較為複雜,主要有:振幅鍵控、頻率鍵控、相位鍵控和正交幅度調製(一種幅度、相位聯合調製的技術,它同時利用了載波的幅度和相位來傳遞資訊)。通過下圖大家可以看下載波在調製後的樣子。

這樣看來使用射頻通訊和有線通訊是不是沒有多大區別?我們更為熟悉的有線通訊其實也是將訊號調製成電脈衝或光脈衝,然後放到電纜或光纜上傳輸。只不過射頻需要解決更多的問題,如射頻的反射、衍射等問題。無論是使用射頻通訊還是使用有線媒介的通訊,其過程都可以簡單的看成是信源->通道->信宿,信源是資訊的傳送者,信宿是資訊的接收者。那麼通道是什麼呢?有線的通道我可以簡單的理解為線纜,WLAN的通道是不是可以簡單的理解為射頻呢?根據“信源->通道->信宿”的描述,通道就是傳送者和接收者的中間部分,那可不就是射頻了

WLAN的通道是具有一定頻寬的射頻,就像公路要有一定的寬度一樣,以便可以承載要傳輸的資訊。對於2.4GHz頻段來說,2.4GHz頻段的頻寬是2.4835GHz-2.4GHz=0.0835GHz=83.5MHzWLAN是不是就使用全部的83.5MHz的頻寬作為一個通道呢?這裡我們使用一個比喻,有助於大家對WLAN通道的理解。我們看廣播電視的時候,都知道頻道吧:1頻道、2頻道、中央1臺、中央5臺。我們要看中央1臺,就不能看中央5臺,每次只能選定1個頻道。如果中央5臺使用中央1臺的頻率發射訊號會怎樣?那兩個頻道大家都收不到,或滿螢幕的雪花。高中物理告訴我們一條波如果遇到頻率相同的波會產生干擾,會根據相位差進行疊加或衰減(如:頻率相同,相位相差180°的波彼此會抵消)。所以,中央1臺有個固定的頻率,中央5臺也有它的固定的頻率,互不干擾。


我們可以把
WLAN通道理解為電視機的頻道,如果WLAN使用整個2.4GHz頻段作為一個通道,當同一覆蓋範圍內有兩個及兩個以上的AP,大家都用相同的通道,會造成嚴重的干擾(如同中央5臺使用了中央1臺的頻道一樣),兩個AP都無法有效提供WLAN服務。所以,在WLAN標準協議裡將2.4GHz頻段劃分出13個相互交疊的通道,每個通道的頻寬是20MHz802.11g802.11n每個通道佔用20MHz802.11b每個通道佔用22MHz),每個通道都有自己的中心頻率(如同CCTV-1200MHz)。

14通道是特別針對日本定義的,各個國家2.4GHz頻段開放的通道不一樣,北美地區(美國,加拿大)開放111通道,歐洲開放113通道,中國同樣開放113通道。一般,我們更多的講述是2.4GHz頻段分13個相互交疊的通道。

13個通道可以找出3個獨立通道,即沒有相互交疊的通道。獨立通道由於沒有頻率的交疊區,相鄰AP使用這3個獨立通道不會彼此產生干擾。如下圖中的1611就是三個互不交疊的獨立通道。



在部署
WLAN時,為避免相鄰AP產生同頻干擾,多采用蜂窩式通道佈局。蜂窩式佈局中相鄰AP間使用不交疊的獨立通道,可以有效避免同頻干擾。

華為AP產品2.4G射頻預設使用1通道,如果使用者在部署WLAN時忘了配置通道,可能會造成某些AP覆蓋重合的區域產生同頻干擾,使使用者無法上線。但是,為眾多AP配置通道也是件很累人的事情,華為產品支援射頻通道的自動模式。AP上線後,AC會根據AP周圍的無線環境,自動為AP射頻設定通道,避免了使用者為多個AP配置通道的繁雜工作。

華為產品還支援射頻調優功能,可以根據射頻周圍的無線環境自動調整通道和發射功率,保持整個無線網路處於一個最佳的狀態。在WLAN初次部署完成後,建議執行一次射頻調優。比如周圍的賣場也有WLAN,很可能會和我們自己部署的WLAN有部分割槽域的射頻衝突,射頻調優可以讓WLAN自己根據無線環境調整通道部署和發射功率,減少射頻的衝突。而且無線環境可能是變化的,在低峰時段執行定期的射頻調優也是有必要的。

2.4GHz頻段射頻在各個國家已經放開使用,越來越多的無線裝置都工作在2.4GHz頻段(如藍芽裝置),使得2.4GHz頻段日益擁擠,通道干擾嚴重,有時會影響WLAN使用者的正常業務。

華為產品在V2R3C00版本開始支援頻譜分析功能,頻譜分析可以分析出AP周圍存在的干擾裝置,如嬰兒監視器、微波爐、藍芽裝置等。

WLAN 可以使用的另一個頻段——5GHz頻段,有更高的頻率和頻寬,可以提供更高的速率和更小的通道干擾。WLAN標準協議將5GHz頻段分為2420MHz寬的通道,且每個通道都為獨立通道。這為WLAN提供了豐富的通道資源,更多的獨立通道也使得通道繫結更有價值,通道繫結是將兩個通道繫結成一個通道使用,能提供更大的頻寬。如兩個20MHz的獨立通道繫結在一起可以獲得20MHz兩倍的吞吐量,這好比將兩條道路合併成一條使用,自然就提高了道路的通過能力。

802.11n支援通過將相鄰的兩個20MHz通道繫結成40MHz,使傳輸速率成倍提高。802.11n也同時定義了2.4GHz頻段的通道繫結,但由於2.4GHz頻段較擁擠的通道資源,降低了2.4GHz頻段通道繫結的實用性,一般不推薦使用2.4GHz頻段的通道繫結。

下圖為5GHz頻段的通道劃分情況。

圖中,黑色的半圓表示獨立通道,紅色的半圓表示標準協議推薦的通道繫結,UNII-2e5GHz新增頻段,該頻段中國尚未放開使用。目前中國已放開使用的通道有36, 40, 44, 48, 52, 56, 60, 64, 149, 153, 157, 161, 165。各個國家開放的通道不一樣,可以參照國家通道順從表,參考地址:國家通道順從表

5GHz頻段並非只有WLAN裝置在使用,很多國家的軍用雷達也在使用5GHz頻段,使用該頻段的民用無線裝置很可能對雷達等重要設施產生干擾。為了解決這一安全顧慮,在一些國家出售的WLAN產品必須具備TPSDFS這兩個功能,即發射功率控制和動態頻率選擇。TPS是為了防止無線產品發放過大的功率來干擾軍方雷達。DFS是為了使無線產品能主動探測軍方使用的頻率,如頻率衝突並主動選擇另一個頻率,以避開軍方頻率。在這些國家這兩個功能是屬於強制性的,不符合標準的產品將不會獲得這些國家的上市許可。

大概瞭解了WLAN射頻和通道之後,我們以WLAN裡經常出現的dBmdB是什麼來結束本期內容。

dBm的含義是分貝毫瓦,通俗的說就是每1毫瓦產生多少分貝能量。dB是個相對值是增益的意思,X (dBm) - Y (dBm) = Z (dB),如10dB=20dBm-10dBm

dBm和毫瓦的換算關係是:P(dBm)=10logP(mW),也就是100mW=10Log102=20dBm。大家可以牢記一個規律,就是功率減少10倍,換算出來的dBm降低10dB。功率減少一半,換算出來的dBm降低3dB。如:50mW=17dBm25mW=14dBm5mW=7dBm