無線網路概念 HP ProCurve 教育訓練

射频基础知识 802.11 a/b/g 基础知识 射频信号如何传播？ 干扰 – 干扰源和应对措施 天线特征和规格 天线分集 — 工作原理 如何选择天线？

802.11 a/b/g 基础知识

802.11 a/b/g 基础知识 802.11b 802.11a 802.11g 经批准的标准 1999 2004 频带 2.4GHz 数据速率 高达 11Mbps 高达 54Mbps 最大 TCP 吞吐率 高达 5Mbps 高达 23Mbps 高达 20Mbps 近似范围 38 — 140 米 35 — 120 米 调制 DSSS (CCK) OFDM OFDM+DSSS (CCK) 优点 得到更广泛 的部署 减少干扰 适合多媒体应用和高 密度部署 兼容 802.11b 高数据速率 覆盖范围大 缺点 低数据速率 易受干扰 使用不同的芯片组 覆盖范围小 仍为 2.4GHz 频带， 与 802.11b 一样易受 相同干扰源的干扰 CCK： 补码键控 DSSS： 直序扩频 OFDM： 正交频分复用

802.11 a/b/g 基础知识 关于 2.4GHz 频带 穿透力 频率越低，穿透力越强 频率越高，穿透力越弱 2 3 4 5 1 7 8 无许可频谱 3 条非重叠信道 “g”= “a”的最佳优点 + “b”的最佳优点 穿透力 频率越低，穿透力越强 频率越高，穿透力越弱 11Mbps 5.5Mbps 2Mbps 1Mbps 2.422 2.432 2.442 2.452 2.462 2.472 2.484 2.412 2.417 2.427 2.437 2.447 2.457 2.467 2 3 4 5 1 7 8 9 10 6 11 12 13

802.11 a/b/g 基础知识 介质访问方法： 工作原理：类似 walkie-talkie CSMA/CA — 带冲突避免的载波侦听多路访问 工作原理：类似 walkie-talkie 要发射信号的基站必须首先在预定时间内侦听信道，以检查信道上是否有活动。 如果信道“空闲”，则基站可以发射信号。 如果信道“忙碌”，则必须推迟发射。 信道畅通后还需等待一段时间，以确定信道仍然可用。 如果可用，基站就会发射信号，并等待返回数据包已收到的确认信号

802.11 a/b/g 基础知识 802.11 的局限 隐藏的节点问题 接收器 R 范围内的节点 A 不在发送器 B 的范围内，因此无法知道 B 在向 R 发射信号 在 A 和 B 同时试图向 R 发射信号时，CSMA/CA 不会工作。 如果发生冲突，那么 R 将收到垃圾信号。 节点结束重新发射 R A B

802.11 a/b/g 基础知识 如何解决隐藏的节点问题？ 使用 RTS/CTS（需谨慎） 提高节点功率 清除节点间的障碍 移动节点 使用空间分集 (MIMO) 在节点处使用 全向天线 使用配有定向天线 的多个接入点 A B R1 R2

射频信号如何传播？

射频信号如何传播？ 传播方式像水波 如遇到障碍物，会 取决于障碍物的材料和厚度 穿透 吸收 反射 衍射（弯曲） 散射 信号强度被大大削弱 a

射频信号如何传播？ LOS、NLOS — 视通和非视通 人眼看上去是 NLOS，但对无线电波而言可能就是 LOS 障碍物尺寸与波长的 3 种关系： 比波长小 与波长相同 比波长大

射频信号如何传播？ 范例 200 kHz 低频广播的波长为 1500 米，一般不会受较小规模建筑物的影响 如果障碍物尺寸与波长相同，那么信号波强度就会略有减弱，衍射波前间可能出现某种相互作用 如果障碍物尺寸大于波长，则信号波可能会被反射

射频信号如何传播？ 衍射 散射 无线电波与建筑物或墙壁边缘接触时会发生衍射。 “弯曲”效应 因此波改变了边缘传播路径，到达未直接视通的位置 墙壁、家具、树叶等不规则物体可能造成散射 当物体尺寸接近波长时会发生散射

射频信号如何传播？ 频率 λ 10 米 100 米 1000 米 路径损耗 900MHz 0.33 米 51.527 dB 波从发射器传出后，其信号强度会受介质（大多数情况下为空气）属性的影响而减弱。 路径损耗将这种情况，描述为工作频率波长和发射器与接收器间距离的函数。 路径损耗 = 20 log(4*p*r/λ) dB 其中 r 是发射器与接收器间的距离，λ 是波长 频率 λ 10 米 100 米 1000 米 900MHz 0.33 米 51.527 dB 71.527 dB 91.527 dB 2.4GHz 0.125 米 60.046 dB 80.046 dB 100.046 dB

射频信号如何传播？ 多路径衰落 如何应对衰落？ 反射物可能形成多个路径，使得传输信号可以横向传播 接收器会发现多个发射信号重叠，每个都占用一个路径 导致结构性或破坏性干扰，加强或削弱接收器接收信号的强度 如何应对衰落？ 使用天线分集 MIMO

射频信号如何传播？ 极化 选择和部署时需考虑的重要因素 通过适当的极化显著提高性能 发射器与接收器不匹配会降低信号传播效率 定向角 (a) 极化不匹配 (dB) 0（平行） 15 0.3 30 1.25 45 3.01 60 6.02 75 11.74 90（正交） ∞ a y1 y2 y2 < y1

射频信号如何传播？ 极化类型 线性极化（垂直或水平） 双极化或交叉极化 圆极化 双极化或交叉极化 线性垂直 线性水平 圆形 垂直极化 电场 传播方向 水平极化 右旋极化 天线 天线 天线 线性垂直 线性水平 圆形

射频信号如何传播？ 极化不匹配效应 沿着天线极化 电场 感应电流 金属线 简化标签天线 垂直天线极化 可以忽略的感应电流/电荷 任一方向都接收一半的发射功率 垂直部分 水平部分 电场 天线

干扰 – 干扰源和应对措施

干扰 – 干扰源和应对措施 干扰源 细节 微波 无绳电话 蓝牙 其他接入点 障碍物 微波使用上面的 2.4GHz 频带（2.450GHz = 信道 9）。 严重影响信道 8-11 无绳电话的工作频率为 900MHz、2.4GHz 或 5GHz，并采用 FHSS（跳频）

干扰 – 干扰源和应对措施 应对措施 目标： 获得高 SNR（信噪比） 远离干扰源频率工作 远离干扰源重新定位接入点 在客户端和接入点上使用更高增益的天线 使用 5GHz 频带

天线特征和规格

天线特征和规格 一切取决于天线 天线决定信号的传播方式 主要特征 频率 辐射模式 增益 方向性 极化

天线特性和规格 辐射模式 E 面 H 面 传播模式（侧视图） 传播模式（俯视图）

天线特征和规格 范例 Cushcraft S24497P

天线特征和规格 增益 方向性 单位： dBi（全向分贝) 信号最强方向的功率密度 钝化现象 — 天线不会增加功率，只是对其进行重新分配，以提高某个方向的辐射功率，然后由全向天线 (omni) 发射。 增益是一个方向性度量单位 方向性 信号的传播方向 全向或定向

天线特性和规格 将天线视为灯泡 全向天线类似没有固定装置（反射器）的灯泡所发出的光 将灯泡放入有反射器的灯罩时（如手电筒），反射器可控制光的方向并将其聚焦于一点或一个方向

天线特性和规格 灯泡模拟 试想在一个没有月亮和星星、并远离城市灯光的漆黑夜空 移除配有 2 节 D-cell 电池的标准手电筒灯泡后的反光镜，然后将手电筒直立，使灯泡悬挂，这样灯泡就会照亮房间，但无法借助这样的灯光阅读书籍。 这只灯泡的输出功率约为 2 瓦。 在许可免费的 2.4 GHz 无线电频带中，FCC 规定的最大全向天线功率为 1 瓦。 模拟的下一部分是，设想将这 1 瓦的灯泡装在 1 个高大的无线电塔、山顶或高楼上。

天线特性和规格 半英里外的人们可用肉眼看到灯光，仅此而已。 使用肉眼裸视类似低增益偶极天线。

天线特性和规格 在 2 英里外无法看到灯光，而用 10 倍望远镜就可以看到。 这类似使用平板或 Yagi 天线等 10 dBi 增益单向天线。

天线特性和规格 6 英里外灯光非常微弱，即使用 10 倍望远镜也无法看到。 用 100 倍望远镜，灯光看起来会很清晰，但可视区域减小，因此正确对准望远镜（类似天线）是至关重要的。 该装置类似使用 20dBi 蝶形天线。 20dBi 增益单向天线的聚焦能力比偶极天线高 100 倍。

天线特性和规格 在 10 英里或更远的距离，即使用 100 倍的望远镜也看不到灯光。 如果用军队和法制部门使用的 100 倍夜视望远镜，则可以看清，但无法看清灯泡周围的物体及其背景（“背景噪音”类似红外光）。 该装置类似在客户端站点使用无线电放大器。 为了使灯光更清晰，可以调高夜视望远镜的亮度控制器（增益）。 这样，所有背景光也都清晰可见。 如果亮度控制器完全打开，光放大器电路形成的所有背景噪音将压倒灯泡发出的光，使其消逝在背景光中

天线特性和规格 无线局域网用户通常希望使用超过 FCC Part 15 规定的高功率放大器（用在无线电塔上）。 当提及原因时，他们回答：“因为我们希望给客户提供更强大的信号”。 当问到他们是否打算在客户端站点安装放大器时，他们总是说“不”。 给无线电塔增加数瓦的发射功率没有任何意义，因为客户只需要大约 30 毫瓦的发射功率。 由于无线局域网是双向系统，如果基站无法收到客户端的微弱信号，即使基站发出的信号再强也无济于事。 平衡系统的两端必须都放大信号。

天线分集 — 工作原理

天线分集 — 工作原理 通常指接收分集 定义： 为什么会奏效？ 无线设备使用两个或多个接收天线，便可消除多路径信号失真现象。 通常选择信号噪音低的天线（最佳 SNR），而忽略其他天线 基站会切换到两个天线中接受信号能力较强的天线 为什么会奏效？ 补偿多路径干扰

天线分集 — 工作原理 如何使用分集 使用类型相同的天线覆盖同一区域 如何才能不使用分集 使用类型相同的天线覆盖不同的区域

如何选择天线？

如何选择天线？ 确定覆盖区域的布局、距离、接入点布置选项和位置 确定客户端设备的类型和特性 确定工作频率：5GHz 或 2.4GHz 障碍物的材料和厚度 接入点高度是需考虑的重要因素 确定客户端设备的类型和特性 膝上型电脑的辐射高于手持设备 确定工作频率：5GHz 或 2.4GHz 根据应用提供支持 射束信号的距离将决定所需的天线增益 指导原则： 2.2dbi： 高达 30 米的 NLOS（1 堵墙） 高达 80 米的 LOS 5dbi： 高达 50 米的 NLOS（2 堵墙） 高达 120 米的 LOS

如何选择天线？ 覆盖区域的布局将决定天线的类型：全向或单向 如果客户端设备功率较低，那么最好使用低增益天线（对称的链路预算和隐藏的节点问题） 狭长的走廊形区域最好使用单向天线 单向天线适用于墙壁安装的接入点 如果客户端设备功率较低，那么最好使用低增益天线（对称的链路预算和隐藏的节点问题）