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WIFI基礎(chǔ)知識(shí)(二)

本文接上一篇,繼續(xù)介紹WIFI相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)。這一篇將帶你了解WIFI技術(shù)中常用的術(shù)語(yǔ),當(dāng)然這些術(shù)語(yǔ)不僅僅適用于WIFI,同時(shí)有部分術(shù)語(yǔ)也適用于大部分無(wú)線技術(shù)。

1.發(fā)射功率、接收靈敏度

Tx是發(fā)射( Transmits)的簡(jiǎn)稱

Rx是接收( Receive )的簡(jiǎn)稱

發(fā)射功率:發(fā)射端發(fā)送的電磁波的能量,通常有兩種衡量單位:功率(W分貝毫瓦(dBm

說(shuō)明:發(fā)射功率越大,傳輸距離越遠(yuǎn),就像喊話的時(shí)候,嗓門越大,聲音越大,傳輸更遠(yuǎn)。在WIFI設(shè)備中可以通過(guò)在TX鏈路中增加PA(功率放大器)來(lái)增加設(shè)備的發(fā)射功率。

接收靈敏度:接收端能識(shí)別到的最低的電磁波能量,衡量單位:分貝毫瓦(dBm

說(shuō)明:靈敏度值越小,靈敏度越高,傳輸距離越遠(yuǎn),就像耳朵能聽(tīng)到的最小的聲音,耳朵越靈,很小的聲音都能聽(tīng)到,就可以離喊話的人更遠(yuǎn)。在WIFI設(shè)備中可以通過(guò)在RX鏈路中增加LNA(低噪聲放大器)來(lái)增強(qiáng)設(shè)備的接收靈敏度。

2.信號(hào)強(qiáng)度

信號(hào)強(qiáng)度(RSSI,Received Signal Strength Indication):信號(hào)強(qiáng)度的指示值,在接收端查看此值。通常有兩種衡量單位:功率(W分貝毫瓦(dBm),RSSI值通常看到的都為負(fù)值,是使用dBm作為單位。

為什么為負(fù)值?

因?yàn)閃i-Fi信號(hào)為mW級(jí),但是隨著信號(hào)的傳播,受到障礙物和距離的影響,能量會(huì)逐漸衰弱,信號(hào)到接收端的時(shí)候會(huì)衰減到低于1mW/0dBm,因此我們?cè)诮邮斩丝匆?jiàn)的是強(qiáng)度為負(fù)的數(shù)值。

名詞解釋:dBm (分貝毫瓦):是表示功率絕對(duì)值的單位,是與1mw的比值單位表示為dBm。因?yàn)閃i-Fi信號(hào)的能量通常為毫瓦( mW )級(jí),因此業(yè)界將Wi-Fi信號(hào)大小表示為與1mw的強(qiáng)度比,用dBm來(lái)表示。

mW與dBm轉(zhuǎn)換的關(guān)系:

x=10*log(y/1mW)---其中x的單位為dBm,y的單位為W,x dBm和y W是等價(jià)的

例如:0dBm = 1mW,30dBm = 1000mw,Wi-Fi信號(hào)發(fā)出時(shí)強(qiáng)度通常就在這個(gè)范圍內(nèi)。

說(shuō)明:以無(wú)線路由器為例,我們認(rèn)為手機(jī)或者其它終端收到-60dBm以上為理想的信號(hào)強(qiáng)度,-60dBm~-75 dBm為中等信號(hào)強(qiáng)度,小于-75dBm為弱信號(hào)。

3.信噪比、信干噪比

? 信號(hào):是指來(lái)自設(shè)備外部需要通過(guò)設(shè)備進(jìn)行處理的電子信號(hào)。

? 干擾:是指系統(tǒng)本身以及異系統(tǒng)帶來(lái)的干擾,如同頻干擾、多徑干擾。

? 噪聲:是指經(jīng)過(guò)設(shè)備后產(chǎn)生的原信號(hào)中并不存在的無(wú)規(guī)則的額外信號(hào),這種信號(hào)與環(huán)境有關(guān),不隨原信號(hào)的變化而變化。

信噪比SNR(Signal to noise Ratio)指的是系統(tǒng)中信號(hào)噪聲的比。

計(jì)算公式:SNR = 10log( PS / PN 

其中:SNR:信噪比,單位是dB;PS:信號(hào)的有效功率;PN:噪聲

的有效功率。

SNR越大,通信質(zhì)量越高。說(shuō)明信號(hào)中攜帶的噪聲信號(hào)越小,從而對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊懺叫 T跓o(wú)線局域網(wǎng)中,信噪比應(yīng)高于30dB,用戶的上網(wǎng)體驗(yàn)才能不受影響。可通過(guò)增大設(shè)備能力來(lái)提高信噪比,例如提高天線增益降低接收機(jī)等效噪聲溫度。

信干噪比SINR( Signal to Interference plus NoiseRatio)指的是系統(tǒng)中信號(hào)與干擾和噪聲之和的比。

計(jì)算公式:SINR = 10log [ PS /( PI + PN ) ]。其中:SINR:信干噪比,單位是dB;PS:信號(hào)的有效功率;PI :干擾信號(hào)的有效功率;PN:噪聲的有效功率。

SINR越大,通信質(zhì)量越高。說(shuō)明信號(hào)中攜帶的噪聲和干擾信號(hào)越小,從而對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊懺叫 ?/span>可通過(guò)減少干擾增大設(shè)備能力來(lái)提高信干噪比,例如可以選擇干擾較少的信道以減小其它信號(hào)的干擾;以及提高天線增益和降低接收機(jī)等效噪聲溫度。

聯(lián)系:信噪比和信干噪比都是度量通信系統(tǒng)通信質(zhì)量可靠性的一個(gè)主要的技術(shù)指標(biāo)。

區(qū)別:信噪比是信號(hào)與噪聲的比,而信干噪比增加了“干擾”的影響,是信號(hào)與干擾和噪聲之和的比。

4.空口

在無(wú)線局域網(wǎng)中,空口可以理解為AP和STA上的虛擬邏輯口。802.11標(biāo)準(zhǔn)在空口上定義了一套無(wú)線傳輸規(guī)范,包括每個(gè)無(wú)線信道的使用頻率、帶寬、接入時(shí)機(jī)和編碼方法等。

空口全稱“空中接口”是看不見(jiàn)摸不著的,空口之間建立的鏈路稱為無(wú)線鏈路,STA和AP之間可以通過(guò)無(wú)線鏈路互通,AP和AP之間可以通過(guò)無(wú)線鏈路建立無(wú)線網(wǎng)橋。和空口相對(duì)應(yīng)的是有線口,有線口固定在設(shè)備上,通常指電接口(如同軸電纜、網(wǎng)線等)和光接口(如光纖)。

5.空間流

無(wú)線電在同一時(shí)間發(fā)送多個(gè)信號(hào),每一份信號(hào)都是一個(gè)空間。空間流使用自己的發(fā)射機(jī)和天線進(jìn)行發(fā)送,每個(gè)空間流通過(guò)不同的路徑到達(dá)接收機(jī)

在MIMO系統(tǒng)中,收發(fā)天線的數(shù)據(jù)被分成多個(gè)獨(dú)立的空間流,空間流越多,獨(dú)立處理數(shù)據(jù)的路數(shù)就越多,速率也越高。例如:對(duì)于11n 協(xié)議的設(shè)備,1條獨(dú)立空間流最高速率150Mbps,2條就是300Mbps.

那么空間流與WIFI設(shè)備天線是什么關(guān)系呢?--問(wèn)題:是不是天線數(shù)量越多的WIFI設(shè)備越好呢?

(獨(dú)立)空間流數(shù)<=收發(fā)R/T端最小的天線數(shù)目

6.MIMO

(Multiple-Input Multiple-Output)表示多輸入多輸出,也叫做多收多發(fā),由m個(gè)發(fā)射(Tx) 天線和n個(gè)接收(Rx)天線組成的天線系統(tǒng)。通常表示為M*N,MIMO通過(guò)利用空間復(fù)用和空間分集等技術(shù),在不增加帶寬的情況下,提高系統(tǒng)容量、覆蓋范圍和信噪比。通過(guò)STA數(shù)量來(lái)劃分的話,也叫做SU-MIMO(Single-User Multiple-Input Multiple-Output),只針對(duì)一個(gè)STA。

空間復(fù)用:是指將需要傳送的數(shù)據(jù)分為多個(gè)數(shù)據(jù)流,然后在不同的天線上進(jìn)行傳輸,從而提高系統(tǒng)的傳輸速率。

空間分集是指利用發(fā)射端的多根發(fā)射天線將相同信息的空間流通過(guò)不同的路徑發(fā)送,同時(shí)在接收端獲取同一個(gè)數(shù)據(jù)的多個(gè)獨(dú)立衰落的空間流,從而提高數(shù)據(jù)的可靠性。

7.MU-MIMO

(Multi-User Multiple-Input Multiple-Output)表示多用戶多輸入多輸出,MU-MIMO系統(tǒng)用于增加多個(gè)STA的速率,即占用相同時(shí)頻資源的多個(gè)并行空間流發(fā)送給不同的STA。MU-MIMO 使用信道的空間分集來(lái)在相同帶寬上發(fā)送獨(dú)立的數(shù)據(jù)流。

MIMO 間隙:由于目前的無(wú)線終端設(shè)備通常僅配有1-2根天線,而常見(jiàn)的無(wú)線AP設(shè)備則配有3-4根天線。這就讓無(wú)線數(shù)據(jù)的傳輸必須一個(gè)一個(gè)地排隊(duì)進(jìn)行,即同一時(shí)間里采用SU-MIMO技術(shù)的無(wú)線路由器只能和1個(gè)無(wú)線終端建立傳輸連接,這就讓無(wú)線終端很難全部占用所有的傳輸信道,發(fā)揮不出無(wú)線路由器的最大性能,這種現(xiàn)象就被稱為MIMO間隙。

MU-MIMO技術(shù)被用來(lái)來(lái)解決MIMO間隙的問(wèn)題。

只要相應(yīng)的無(wú)線路由器與終端都支持MU-MIMO技術(shù),利用MU-MIMO技術(shù)便可以在同一時(shí)間里為每一個(gè)終端建立一個(gè)獨(dú)立的“空間流”,讓無(wú)線數(shù)據(jù)能夠同時(shí)發(fā)送給多個(gè)終端,這樣就極大地提升了無(wú)線傳輸?shù)恼w性能。

說(shuō)明:MU-MIMO 在 802.11ac (WIFI5)就已經(jīng)引入,分為DL/UL MU-MIMO但WIFI5 只支持 DL 4x4 MU-MIMO(下行)。在802.11ax 中進(jìn)一步增加了 MU-MIMO 數(shù)量,可支持 DL 8x8 MU-MIMO,借助 DL OFDMA技術(shù)(下行),可同時(shí)進(jìn)行 MU-MIMO 傳輸和分配不同 RU 進(jìn)行多用戶多址傳輸,既增加了系統(tǒng)并發(fā)接入量,又均衡了吞吐量。UL MU-MIMO(上行)是 802.11ax 中引入的一個(gè)重要特性,UL MU-MIMO 的概念和 UL SU-MIMO 的概念類似,都是通過(guò)發(fā)射機(jī)和接收機(jī)多天線技術(shù)使用相同的信道資源在多個(gè)空間流上同時(shí)傳輸數(shù)據(jù),唯一的差別點(diǎn)在于 UL MU-MIMO 的多個(gè)數(shù)據(jù)流是來(lái)自多個(gè)用戶。802.11ac 及之前的 802.11 標(biāo)準(zhǔn)都是 UL SU-MIMO,即只能接受一個(gè)用戶發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù),多用戶并發(fā)場(chǎng)景效率較低,802.11ax 支持 UL MU-MIMO 后,借助 UL OFDMA 技術(shù)(上行),可同時(shí)進(jìn)行 MU-MIMO 傳輸和分配不同 RU 進(jìn)行多用戶多址傳輸,提升多用戶并發(fā)場(chǎng)景效率,大大降低了應(yīng)用時(shí)延。

8.信道綁定

802.11a/b/g標(biāo)準(zhǔn),空口都工作在20MHz頻寬,802.11n通過(guò)將相鄰的2個(gè)20MHz信道綁定成40MHz,吞吐量提高2倍,其中一個(gè)為主信道,一個(gè)為輔信道,主信道發(fā)送beacon報(bào)文和部分?jǐn)?shù)據(jù)報(bào)文,輔信道發(fā)送其他報(bào)文

802.11n既可以工作在40MHz也能工作在20MHz,即2種頻寬模式:HT(High Throughput)40和HT20。

為避免干擾,原本20MHz的帶寬都會(huì)預(yù)留一小部分帶寬,當(dāng)捆綁成40MHz的時(shí)候,這部分帶寬也用來(lái)通信,進(jìn)一步提高吞吐。

由于2.4G頻段只有14個(gè)信道,使用HT40模式時(shí),則有效通道有3~13,非重疊的只有3,11。當(dāng)所在區(qū)域有其它使用2.4G頻段無(wú)線信號(hào),為了減少信號(hào)干擾,此時(shí)2.4G頻段不建議使用HT40模式,最好在5GHz頻段下使用HT40模式。

以上為部分WIFI技術(shù)中常用到術(shù)語(yǔ),源于個(gè)人整理,后續(xù)將繼續(xù)分享,這其中每一個(gè)概念都是一個(gè)知識(shí)點(diǎn),都值得深入研究,本文僅在此做一個(gè)基本梳理。便于大家有一個(gè)基本的認(rèn)識(shí)。

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