無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)基本知識(shí)詳解

1、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)基本知識(shí) 一、 基本概念 1 1、 什么是無(wú)線局域網(wǎng) 無(wú)線局域網(wǎng)絡(luò)(Wireless Local Area Networks ; WLAN) 是利用射頻(Radio Frequency ; RF)的技術(shù)，取代舊式礙手礙腳的雙絞銅線 (Coaxial)所構(gòu)成的局域網(wǎng)絡(luò)， WLAN利用電磁波 在空氣中發(fā)送和接受數(shù)據(jù)，而無(wú)需線纜介質(zhì)。 WLAN的數(shù)據(jù)傳輸速率現(xiàn)在已經(jīng)能夠達(dá)到 11Mbps(802.11b),最高速率可達(dá) 54Mbps(802.11a),傳輸距離可遠(yuǎn)至 20km以上。它是對(duì)有線 連網(wǎng)方式的一種補(bǔ)充和擴(kuò)展，使網(wǎng)上的計(jì)算機(jī)具有可移動(dòng)性， 能快速方便地解決使用有線方 式不易實(shí)現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)

2、連通問(wèn)題。 使得無(wú)線局域網(wǎng)絡(luò)能利用簡(jiǎn)單的存取架構(gòu)讓用戶透過(guò)它， 達(dá)到 “信息隨身化、便利走天下”的理想境界。 2 2、 為什么使用無(wú)線局域網(wǎng)絡(luò) 通常計(jì)算機(jī)組網(wǎng)的傳輸媒介主要依賴銅纜或光纜， 構(gòu)成有線局域網(wǎng)。但有線網(wǎng)絡(luò)在某些 場(chǎng)合要受到布線的限制：布線、改線工程量大 ，線路容易損壞，網(wǎng)中的各節(jié)點(diǎn)不可移動(dòng)。特別 是要把相離較遠(yuǎn)的節(jié)點(diǎn)聯(lián)接起來(lái)時(shí)， 敷設(shè)專用通信線路的布線施工難度大、 費(fèi)用高、耗時(shí)長(zhǎng), 對(duì)正在迅速擴(kuò)大的連網(wǎng)需求形成了嚴(yán)重的瓶頸阻塞。 并且，對(duì)于局域網(wǎng)絡(luò)管理主要工作之一， 是鋪設(shè)電纜或是檢查電纜是否斷線這種耗時(shí)的工作， 很容易令人煩躁，也不容易在短時(shí)間內(nèi) 找出斷線所在。再者，由于配合企業(yè)

3、及應(yīng)用環(huán)境不斷的更新與發(fā)展， 原有的企業(yè)網(wǎng)絡(luò)必須配 合重新布局，需要重新安裝網(wǎng)絡(luò)線路， 雖然電纜本身并不貴， 可是請(qǐng)技術(shù)人員來(lái)配線的成本 很高，尤其是老舊的大樓，配線工程費(fèi)用就更高了。因此， WLAN就是解決有線網(wǎng)絡(luò)存在 以上問(wèn)題而出現(xiàn)的，架設(shè)無(wú)線局域網(wǎng)絡(luò)就成為最佳解決方案。 3 3、 什么情形需要無(wú)線局域網(wǎng)絡(luò) 無(wú)線局域網(wǎng)絡(luò)絕不是用來(lái)取代有線局域網(wǎng)絡(luò)， 而是用來(lái)彌補(bǔ)有線局域網(wǎng)絡(luò)之不足， 以達(dá) 到網(wǎng)絡(luò)延伸之目的，下列情形可能須要無(wú)線局域網(wǎng)絡(luò) ： a. 無(wú)固定工作場(chǎng)所的使用者 b. 有線局域網(wǎng)絡(luò)架設(shè)受環(huán)境限制 c. 作為有線局域網(wǎng)絡(luò)的備用系統(tǒng) 4 4、 無(wú)線局域網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點(diǎn) a. 安裝便捷 一般在網(wǎng)

4、絡(luò)建設(shè)中，施工周期最長(zhǎng)、對(duì)周邊環(huán)境影響最大的，就是網(wǎng)絡(luò)布線施工工程。 在施工過(guò)程中，往往需要破墻掘地、穿線架管。而 WLAN最大的優(yōu)勢(shì)就是免去或減少了網(wǎng) 絡(luò)布線的工作量，一般只要安裝一個(gè)或多個(gè)接入點(diǎn) (Access Point)設(shè)備，就可建立覆蓋整個(gè) 建筑或地區(qū)的局域網(wǎng)絡(luò)。 b. 使用靈活 在有線網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的安放位置受網(wǎng)絡(luò)信息點(diǎn)位置的限制。 而一旦WLAN建成后， 在無(wú)線網(wǎng)的信號(hào)覆蓋區(qū)域內(nèi)任何一個(gè)位置都可以接入網(wǎng)絡(luò)。 c. 經(jīng)濟(jì)節(jié)約 由于有線網(wǎng)絡(luò)缺少靈活性，這就要求網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃者盡可能地考慮未來(lái)發(fā)展的需要， 這就往 往導(dǎo)致預(yù)設(shè)大量利用率較低的信息點(diǎn)。 而一旦網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展超出了設(shè)計(jì)規(guī)劃， 又要花

5、費(fèi)較多費(fèi) 用進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)改造。而 WLAN可以避免或減少以上情況的發(fā)生。 d. 易于擴(kuò)展 WLAN有多種配置方式，能夠根據(jù)需要靈活選擇。這樣， WLAN就能勝任從只有幾個(gè) 用戶的小型局域網(wǎng)到上千用戶的大型網(wǎng)絡(luò)，并且能夠提供像“漫游 (Roaming)”等有線網(wǎng)絡(luò) 無(wú)法提供的特性。 由于WLAN具有多方面的優(yōu)點(diǎn)， 其發(fā)展十分迅速。在最近幾年里，WLAN已經(jīng)在政府、 軍隊(duì)、油田、酒店、醫(yī)院、商場(chǎng)、工廠和學(xué)校等等不適合網(wǎng)絡(luò)布線的場(chǎng)合得到了廣泛的應(yīng)用。 5 5、 無(wú)線局域網(wǎng)相關(guān)概念 在一個(gè)典型的 WLAN環(huán)境中，有一些進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送和接受的設(shè)備，稱為接入點(diǎn) (AP)。 通常，一個(gè)AP能夠在幾十至上百米的范圍

6、內(nèi)連接多個(gè)無(wú)線用戶。在同時(shí)具有有線和無(wú)線網(wǎng) 絡(luò)的情況下，AP可以通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的 Ethernet電纜與傳統(tǒng)的有線網(wǎng)絡(luò)相連，作為無(wú)線網(wǎng)絡(luò)和有 線網(wǎng)絡(luò)的連接點(diǎn)。 WLAN的終端用戶可通過(guò)無(wú)線網(wǎng)卡等訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)。在距離較遠(yuǎn)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò) 環(huán)境中，通過(guò)室外無(wú)線網(wǎng)橋來(lái)實(shí)現(xiàn)幾公里、幾十公里的遠(yuǎn)端局域網(wǎng)連接中心局域網(wǎng)。 a. 微單元和無(wú)線漫游 無(wú)線電波在傳播過(guò)程中會(huì)不斷衰減， 導(dǎo)致AP的通訊范圍被限定在一定的范圍之內(nèi)。 這 個(gè)范圍被稱為微單元。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境存在多個(gè) AP,且它們的微單元互相有一定范圍的重合時(shí)， 無(wú)線用戶可以在整個(gè) WLAN覆蓋區(qū)內(nèi)移動(dòng)，無(wú)線網(wǎng)卡能夠自動(dòng)發(fā)現(xiàn)附近信號(hào)強(qiáng)度最大的 AP,并通過(guò)這個(gè) AP收發(fā)數(shù)據(jù)

7、，保持不間斷的網(wǎng)絡(luò)連接，這就稱為無(wú)線漫游。 b. 擴(kuò)頻 大多數(shù)的 WLAN產(chǎn)品都使用了擴(kuò)頻技術(shù)。擴(kuò)頻技術(shù)原先是軍事通訊領(lǐng)域中使用的寬帶 無(wú)線通信技術(shù)。使用擴(kuò)頻技術(shù)，能夠使數(shù)據(jù)在無(wú)線傳輸中完整可靠。 并且確保同時(shí)在不同頻 段傳輸?shù)臄?shù)據(jù)不會(huì)互相干擾。 c. 直序擴(kuò)頻 所謂直接序列擴(kuò)頻， 就是使用具有高碼率的擴(kuò)頻序列， 在發(fā)射端擴(kuò)展信號(hào)的頻譜， 而在 接收端用相同的擴(kuò)頻碼序列進(jìn)行解擴(kuò)，把展開的擴(kuò)頻信號(hào)還原成原來(lái)的信號(hào)。 d. 跳頻擴(kuò)頻 跳頻技術(shù)與直序擴(kuò)頻技術(shù)完全不同， 是另外一種擴(kuò)頻技術(shù)。 跳頻的載頻受一個(gè)偽隨機(jī)碼 的控制，在其工作帶寬范圍內(nèi)，其頻率按隨機(jī)規(guī)律不斷改變頻率。 接收端的頻率也按隨機(jī)規(guī)

8、律變化，并保持與發(fā)射端的變化規(guī)律一致。 跳頻的高低直接反映跳頻系統(tǒng)的性能， 跳頻越高，抗干擾的性能越好， 軍用的跳頻系統(tǒng) 可以達(dá)到每秒上萬(wàn)跳。實(shí)際上移動(dòng)通信 GSM系統(tǒng)也是跳頻系統(tǒng)。出于成本的考慮，商用跳 頻系統(tǒng)跳速都較慢，一般在 50跳/秒以下。由于慢跳跳頻系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，因此低速 WLAN 常常采用這種技術(shù)。 6 6、 無(wú)線局域網(wǎng)絡(luò)存取技術(shù) 目前廠商在設(shè)計(jì)無(wú)線局域網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品時(shí)，有相當(dāng)多種存取設(shè)計(jì)方式，大致可分為三大類： 窄頻微波(Narrowband Microwave)技術(shù)、展頻(Spread Spectrum)技術(shù)、及紅外線(Infrared)技術(shù)， 每種技術(shù)皆有其優(yōu)缺點(diǎn)、限制、及比較，接

9、下來(lái)是這些技術(shù)方法的詳細(xì)探討。 a. 展頻技術(shù) 展頻技術(shù)的無(wú)線局域網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品是依據(jù) FCC(Federal Communications Committee ;美國(guó)聯(lián) 邦通訊委員會(huì))規(guī)定的 ISM(Industrial Scientific, and Medical),頻率范圍開放在 902M928MHz 及2.4G2.484GHz兩個(gè)頻段，所以并沒(méi)有所謂使用授權(quán)的限制。展頻技術(shù)主要又分為跳 頻技術(shù)及直接序列兩種方式。而此兩種技術(shù)是在第二次世界大戰(zhàn)中軍隊(duì)所使用的技術(shù)， 其目的是希望在惡劣的戰(zhàn)爭(zhēng)環(huán)境中，依然能保持通信信號(hào)的穩(wěn)定性及保密性。 b. 跳頻技術(shù)(FHSS) 跳頻技術(shù) (Frequency

10、-Hopping Spread Spectrum; FHSS)在同步、且同時(shí)的情況下，接 受兩端以特定型式的窄頻載波來(lái)傳送訊號(hào)，對(duì)于一個(gè)非特定的接受器， FHSS所產(chǎn)生的跳動(dòng) 訊號(hào)對(duì)它而言，也只算是脈沖噪聲。 FHSS所展開的訊號(hào)可依特別設(shè)計(jì)來(lái)規(guī)避噪聲或 One-to-Many的非重復(fù)的頻道，并且這些跳頻訊號(hào)必須遵守 FCC的要求，使用75個(gè)以上的 跳頻訊號(hào)、且跳頻至下一個(gè)頻率的最大時(shí)間間隔 (Dwell Time)為400ms。 c. 直接序列展頻技術(shù) (DSSS) 直接序列展頻技術(shù) (Direct Sequence Spread Spectrum ; DSSS)是將原來(lái)的訊號(hào)1或 0，利用

11、10個(gè)以上的chips來(lái)代表1或0位，使得原來(lái)較高功率、較窄的頻率變 成具有較寬頻的低功率頻率。 而每個(gè)bit使用多少個(gè)chips稱做Spreading chips, 一個(gè)較高的 Spreading chips可以增加抗噪聲干擾，而一個(gè)較低 Spreading Ration可以增加用戶的使用人 數(shù)。 基本上，在DSSS的Spreading Ration是相當(dāng)少的，例如在幾乎所有 2.4GHz的無(wú)線局域 網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品所使用的 Spreading Ration皆少于 20。而在IEEE802.11的標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)，其 Spreading Ration大約在100左右。 d. FHSS VS DSSS調(diào)變差異

12、無(wú)線局域網(wǎng)絡(luò)在性能和能力上的差異， 主要是取決于所采用的是 FHSS還是DSSS來(lái)實(shí) 現(xiàn)、以及所采用的調(diào)變方式。然而，調(diào)變方式的選擇并不完全是隨意的，像 FHSS并不強(qiáng)求 某種特定的調(diào)變方式，而且，大部分既有的 FHSS都是使用某些不同形式的 GFSK,但是， IEEE 802.11草案規(guī)定要使用 GFSK。至于DSSS則過(guò)使用可變相位調(diào)變 (如：PSK、QPSK、 DQPSK),可以得到最高的可靠性以及表現(xiàn)高數(shù)據(jù)速率性能。 在抗噪聲能力卜方面，采用 QPSK調(diào)變方式的DSSS與采用FSK調(diào)變方式的FHSS相 比，可以發(fā)現(xiàn)這兩種不同技術(shù)的無(wú)線局域網(wǎng)絡(luò)各自擁有的優(yōu)勢(shì)。 FHSS系統(tǒng)之所以選用 F

13、SK 調(diào)變方式的原因是因?yàn)?FHSS和FSK內(nèi)在架構(gòu)的簡(jiǎn)單性，F(xiàn)SK無(wú)線訊號(hào)可使用非線性功率 放大器，但這卻犧牲了作用范圍和抗噪聲能力。 而DSSS系統(tǒng)需要稍為貴一些的線性放大器， 但卻可以獲得更多的回饋。 e. DSSS VS FHSS 之優(yōu)劣 截至目前，若以現(xiàn)有的產(chǎn)品參數(shù)詳加比較， 可以看出DSSS技術(shù)在需要最佳可靠性的應(yīng) 用中具有較佳的優(yōu)勢(shì)， 而FHSS技術(shù)在需要低成本的應(yīng)用中較占優(yōu)勢(shì)。 雖然我們可以在網(wǎng)際 網(wǎng)絡(luò)內(nèi)看到各家廠商各說(shuō)各話， 但真正需要注意的是廠商在 DSSS和FHSS展頻技術(shù)的選擇， 必須要審慎端視產(chǎn)品在市場(chǎng)的定位而定，因?yàn)樗梢越鉀Q無(wú)線局域網(wǎng)絡(luò)的傳輸能力及特性， 包括：抗

14、干擾能力、使用距離范圍、頻寬大小、及傳輸資料的大小。一般而言， DSSS由于 采用全頻帶傳送資料，速度較快，未來(lái)可開發(fā)出更高傳輸頻率的潛力也較大。 DSSS技術(shù)適 用于固定環(huán)境中、或?qū)鬏斊焚|(zhì)要求較高的應(yīng)用，因此，無(wú)線廠房、無(wú)線醫(yī)院、網(wǎng)絡(luò)社區(qū)、 分校連網(wǎng)等應(yīng)用，大都采用 DSSS無(wú)線技術(shù)產(chǎn)品。FHSS則大都使用于需快速移動(dòng)的端點(diǎn)， 如行動(dòng)電話在無(wú)線傳輸技術(shù)部分即是采用 FHSS技術(shù)；且因FHSS傳輸范圍較小，所以往往 在相同的傳輸環(huán)境下，所需要的 FHSS技術(shù)設(shè)備要比DSSS技術(shù)設(shè)備多，在整體價(jià)格上，可 能也會(huì)比較高。以目前企業(yè)需求來(lái)說(shuō)，高速移動(dòng)端點(diǎn)應(yīng)用較少，而大多較注重傳輸速率、及 傳輸?shù)姆€(wěn)

15、定性，所以未來(lái)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品發(fā)展應(yīng)會(huì)以 DSSS技術(shù)為主流。 二、相關(guān)廣品資料 常用的幾種無(wú)線接入方式： CPRS、CDMA、無(wú)線接入、無(wú)線廣域網(wǎng)。 1 1、 前兩種適合于移動(dòng)上網(wǎng)，只需在電信或聯(lián)通公司開辟一個(gè)帳號(hào)，加一塊無(wú)線網(wǎng)卡即可 實(shí)現(xiàn)無(wú)線上網(wǎng)功能。 2 2、 無(wú)線接入(無(wú)線局域網(wǎng)) 在一個(gè)大的辦公區(qū)內(nèi)，可以用一塊 AP (無(wú)線網(wǎng)橋，相當(dāng)于一個(gè)交換機(jī)的功能) ，加上n 個(gè)無(wú)線網(wǎng)卡，即可實(shí)現(xiàn)， 若在寫字間內(nèi)，多個(gè)寫字間之間相連時(shí)，可以兩個(gè)房間用一塊 AP 3、無(wú)線廣域網(wǎng) 若在理想狀態(tài)（無(wú)阻礙、距離近），需要的設(shè)備：無(wú)線網(wǎng)橋、全向天線、天線桿、避雷 器、網(wǎng)線一套； 若有阻礙，可以選擇一個(gè)較高的點(diǎn)，可以直接看到各點(diǎn)的點(diǎn)，在那放置一個(gè)中繼，即 可實(shí)現(xiàn)