无线网络 - 所有生活问题的原因和解决方法

无线网络 - 所有生活问题的原因和解决方法

我清晰地记得那一天,我对无线网络失去了所有热忱。我在客厅向妻子(她是一名护士)解释名为正交振幅调制(QAM)的能提高数据速率的技术。一开始,她睁大眼睛看着我,期待着被另一项超棒的技术进步所震慑,但过程非常短暂。15分钟后,她真的打鼾了。可悲的是我还得继续工作。

我们都知道无线网络现在和空气一样稀松平常,但没有多少人知道,甚至没有多少人想过这种神奇的魔法是如何产生的。大多数人知道它使用无线电波作为信号,仅此而已。在这篇博客中,我将谈及无线网络的历史,然后要是我们还清醒,我会解释如何操纵一个简单的无线电波来发送有关猫咪趣事的视频。

 

“我常想,在无线网络出现之前我父母那一代人在做什么。我问了我19个兄弟,他们都不知道。”

 

无线网络简史

wifi

 

首先要澄清的是,无线网络并不像一些人认为的那样。其最初称为IEEE 802.11b直接序列,一家品牌咨询公司 Interbrand 受雇想出一个更合适的名字。除了无线网络这个名字,他们还创造了我们现在非常熟悉的标志。可以说他们确实干得不错。

 

首先,我们可以追溯到1971年在夏威夷开发的ALOHAnet系统,但我们跳过这部分,直接从1997年开始。也就是是IEEE发布首个802.11标准的时间。其使用跳频或直接序列扩频(DSSS )作为调制技术,在2.4 GHz上规定了1和2 Mbps的2个原始数据速率,我稍后会介绍这部分。它还引入了载波检测多路访问和冲突避免的概念(CSMA/CA)。这是一个简单但非常重要的协议,其工作原理是让需要发送数据包的节点检查信道是否畅通。如果不畅通,则节点等待预定的退避时段,并再次检查信道是否畅通。一旦信道畅通,节点将安全地发送数据包,不会中断。

 

最初的802.11标准是失败的。虽然IEEE在产生协议方面表现出色,但他们没有在互操作性或测试硬件是否符合标准方面做任何工作。到1999年,IEEE又发布了两个协议,分别是802.11a和802.11b,a的频率范围为5 GHz,而b的频率范围为2.4 GHz。正如您所料,数据速率和范围大幅增加,但1999年的最重大事件是无线联盟的建立。这个非营利组织自称其成员均为世界知名企业,毫无疑问,其使无线网络避免再次失败。他们确立了商标名、标识、产品安全性认证、互操作性、向后兼容性等许多我没有时间讨论的内容。

标准、信道和调制

 

标准

在仅仅20多年的时间里,IEEE提出了超过20个802.11无线标准,但我们将关注我们已使用或将来要使用的主要标准。下图显示了最早广泛采用的协议。

 

目前,我们大多数人将使用n或ac标准。快速查看您所在无线网络的属性可获取此类信息。它还会提供SSID(服务集标识符),即网络名称、安全类型(WPA、WPA2、WPA3)以及您所在的信道。最新协议称为802.11ax或Wi-Fi 6,这将迎来千兆比特无线网络的美好新世界。其改进了802.11ac中使用的技术来实现这一目标,我将在之后的博客中详细介绍。

 

信道

另一个需要理解的基本概念是在无线网络中信道的使用。在2.4 GHz频率范围内,有14个信道,其中信道1、6和11不重叠。为了从您的信号中获得最佳效果,必须选择正确的信号。如果您在信道6,而您邻居的路由器也在信道5、6或7,那您将遭遇相邻信道干扰。在您的手机上下载任何无线分析仪,检看您的邻近网络,检查信道重叠情况。

 

上图来自我的手机,显示了我自己的网络“Barry TV”附近的其他3个设备。所选信道位于底部,dBm(分贝毫瓦)表明左侧无线信号强度。您可以看到,我的设备使用了其自有的4个信道,并且其在一个信道上与黄色网络重叠。如果我把网络转移到信道7而非信道6,那我会获得更好的服务。当存在上百个接入点的大型安装时,信道也起了很大作用,我们将再次讨论这部分。

 

无线电波调制

 

我想讨论的最后一个话题是无线电波的调制以及如何在波形中表示1s和0s。调制是将数据(无论是视频、音频、图像还是文本)添加到载波信号中的过程,在本例中,载波信号就是无线电波。一旦到达目的地,就需要解调。自90年代末以来,已使用了许多不同的类型,技术也有了很大的改进。有以下4个主要的调制领域:

 

模拟  为通过无线信号传输模拟信号(如音频或老式电视)的过程。三种主要类型为:振幅调制(AM),其改变波的强度;频率调制(FM),其改变波在给定时间内出现的次数(一秒钟内出现24亿次24 GHz频率);最后是相位调制,其改变波内的一个点。

数字 – 为将数字信号转换成模拟信号的过程,大多数传输采用这种格式。有4种类型,它们是幅移键控(ASK)、频移键控(FSK)、相移键控(PSK),最后是现在的正交振幅调制(QAM)。前3个改变波形的方式与我在模拟调制中解释的相同,为每个波形创建1或0。此类技术的第二代在名字前加上了正交,因此成为QPSK,能产生每个波形2位(00、01、10、11),使数据速率加倍。然后通过同时改变相位和振幅,16-QAM将此值提高到每个波形4位(0000、0001、0010……)。64-QAM将此值提高到每波6位,然后256-QAM最终达到8位,使我们的数据速率变为开始时的8倍。现在出现了1024-QAM和Wi-Fi6,我将在之后的博客文章中对其进行讨论。

分级  此类调制技术主要用于数字电视广播,并用于减轻悬崖效应的影响。这是数字信号接收的突然丢失现象。我们讨论过的QAM是用于分层的主要调制方式。

展布频谱 – 展布频谱调制旨在防止对波造成有意或无意的干扰。两种主要技术是跳频展布频谱(FHSS)和直接序列展布频谱(DSSS)。前者使用户在特定时间间隔内改变使用频率,因此被称为跳频。使用直接序列,用户数据的每一位均乘以一个名为平码的秘密代码。然后数据接收者使用相同的代码来检索原始数据。

这个月我们就探讨到这儿。我的下一个无线博客将会关注构成无线网络的硬件,并深入探究Wi-Fi6和5G的相关技术。

和往常一样,我非常乐意与您分享额外的资源,或者获取更多关于产品或无线网络的技术信息。您可以给我留言,也可以在此浏览我们的无线网络产品(无线网络链接)

Slán go fóill,

 

Barry

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