WLAN射频和信道

2024-07-11 00:21| 来源: 网络整理| 查看: 265

射频

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，也可称射频电波或射电，是频率介于 3Hz 和约 300GHz 之间的电磁波。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 5Hz 频段（频段范围 5.150GHz ~ 5.350GHz 和 5.725GHz ~ 5.850GHz），分别属于特高频（300MHz ~ 3GHz）和超高频（3GHz ~ 30GHz），下图表示WLAN射频所在频段的位置。在这里插入图片描述

注意：5GHz 频段的 5.150GHz ~ 5.350GHz 和 5.725GHz ~ 5.850GHz 为中国使用，各个国家使用的频段范围不一样，具体详情需自行查询国家信道寻从表；在AP上线时配置相应的国家码就会使AP的射频特性符合不同国家或区域的法律法规要求。

WLAN使用的 2.4GHz 频段和 5GHz 频段属于 ISM 频段，即工业（Industrial）、科学（Scientific）与医疗（Medical），也主要开放给这三个机构使用，只要设备的功率符合限制，不需要申请许可即可使用这些频段，大大方便了WLAN的应用和推广。在这里插入图片描述

信道了解了什么是射频后，射频是怎么作为载体传递信息的呢？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，目的是利用模拟信道来传输数据信息。

幅度调制：将不同的数据信息（例如高幅值表示“1”，低幅值表示“0”）调制成不同幅度，但具有相同频率的载波信号。在这里插入图片描述

频率调制：将不同的数据信息（例如高频信号表示“1”，低频信号表示“0”）调制成幅度相同但频率不同的载波信号。在这里插入图片描述

相位调制：利用相邻载波信号的相位变化值来表示相邻信号是否具有相同的数据信息值，此时的幅度和频率均保持不变例如：发生相位变化（反相）表示“1”，否则表示0。在这里插入图片描述

WLAN的信道是具有一定频宽的射频，就像有线通信的带宽一样，表示所能承载要传输的信息。对于 2.4GHz 频段来说，2.4GHz 频段的频宽是 2.4835GHz-2.4GHz=0.0835GHz=83.5MHz，但这个频宽并不是就完全作为一个信道，如果一条电磁波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，都是相同的信道，则会造成严重的干扰，那么这些连接上这些AP的STA会出现传输信号乱，网速卡，甚至断线的情况。在这里插入图片描述

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20MHz（802.11g、802.11n每个信道占用20MHz，802.11b每个信道占用22MHz），并且每个信道都有自己的中心频率。在这里插入图片描述以802.11b频段划分为例，图中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。在这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，图中1、6、11就是一般常用的三个互不交叠的独立信道，信道是可以重复使用的，为避免相邻AP产生同频干扰，使用相同信道的无线网会满足一定的安装距离，尽量使用非交叉信道部署，例如蜂窝式信道布局，但使用的信道不一定就是1、6、11，也可以是其他的独立信道。在这里插入图片描述

信道与射频调优华为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。某些AP产品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。

5GHz 频段 2.4GHz频段射频在各个国家都已放开使用，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。虽然华为产品在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，但终究需要开发更优的频段。 WLAN 的另一个频段——5GHz频段，有更高的频段和频宽，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 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 20MHz 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 20MHz 信道绑定成 40MHz，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。下图为 5GHz 频段的信道划分情况。

在这里插入图片描述图中，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，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。

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。信道52, 56, 60, 64, 100, 104, 108, 112, 116, 120, 124, 128, 132, 136, 140, 144可作为雷达信道，如果某国家和地区支持的信道和雷达信道有重叠，则使用信道时请尽量避开雷达信道。部分国家或地区可能支持更多的信道作为雷达信道，具体请参考国家码和信道顺从表。

参考资料 WLAN射频和信道

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