1.1基礎無線理論

無線信號的傳播以“電磁波”為介質。發送方可以將交變電流發送到導線上，建立電場和磁場，并以行進波的方式像外傳播。信號必須以周期性的升降來保持變化和交替，從而使電場或磁場保持周期性關系向外傳播。

1.1.1理解頻率

波的一個基本屬性就是頻率，也就是1秒內信號發生周期性變化的次數。

頻率

如上圖所示，信號在1秒內傳播了4個完整周期，因而頻率是4周期/秒或4Hz（Hertz，赫茲）。赫茲是常用的頻率單位，表示每秒一個周期。

頻率的單位：

通常將3kHz~300GHz的頻率范圍稱為RF（Radio Frequency， 射頻）該區間包含了很多無線電通信。

2.4GHz跟5GHz頻帶

2.4GHz頻帶：用于WLAN通信的兩種頻率區間之一位于2.400GHz~2.4835GHz之間，稱為2.4GHz頻帶。

5GHz頻帶：用于WLAN通信的另一頻率區間為5.150GHz~5.825GHz之間，稱為5.0GHz頻帶（5GHz頻帶實際上包含了4個獨立的頻帶）。

為了保持有序性和兼容性，通常將頻帶劃分為多個確定的信道，并且為每個信道都分配一個信道號和特定的頻率。信道之間的間隔均為固定的5MHz，通常將信道之間的間隔稱為信道間距（channel seperation）或信道寬度（channel width）。

信道間距示例：

信號帶寬

定義頻帶內信道位置時，使用的是中心頻率。用于發射頻率的區間稱為信號帶寬，即：頻帶內所需頻率間隔的寬度。

在理想情況下，信號帶寬應該小于信道寬度，這樣一來，不同信號就能在每個可能的信道內傳輸，而不會產生交疊和干擾。

1.1.2理解相位

由于RF信號始終處于運動狀態，所以RF信號十分依賴定時時間。從本質上說，信號是由隨時間變化的電力和磁力組成的。信號的相位是相對于信號周期起始位置的時間位移的一種度量。

同相（in phase）：同一時刻產生的完全相同的信號，周期完全相同即為同相。

異相（ out of phase）：同一時刻產生的完全相同的信號，某個信號滯后于另一個信號，即為異相。

1.1.3度量波長

波長（wavelength）是波進行一個完整周期所產生的物理距離的度量。波長隨著頻率的增大而縮小。

1.1.4理解RF和dB

如果要在自由空間發送、傳播RF信號，并在接收端接收并正確理解這些信號，就必須以足夠的強度或能量進行發送，以保證RF信號能完成整個發送過程。這里所說的強度就是以振幅（amplidute）在度量的，也就是信號波形的峰頂與谷底之差。

RF信號強度通常以功率來度量，單位為瓦（W），WLAN發射器的信號強度通常在0.1W（100mW）~0.001（1mW）之間，以瓦或毫瓦來度量功率時，稱為絕對功率度量，換句話說，絕對功率度量是RF信號中實際存在的能量值。

dB（decibel，分貝）：將絕對功率度量與基準量相比之后取對數。

重要dB規則：

規則1：0dB表示兩個絕對功率值相等。

規則2：3dB表示被對比的絕對功率值是基準值的2倍，-3dB表示

被對比的絕對功率值是基準值的一半。

規則3：10dB表示被對比的絕對功率值是基準值的10倍，-10dB表示被對比的絕對功率值是基準值的10分之一。

此外、絕對值功率相乘，dB為正時可以相加，dB為負時可以相減。

1.2利用射頻信號承載數據

以某種方式改變載波信號以表達要承載的信息，這就是調制，也就是根據其他源來調制或改變載波信號。接收器則進行相反的操作，稱為解調，也就是根據載波信號的變化情況來解析信號中承載的信息。

由于RF信號的固有物理屬性，調制方案只能改變RF信號如下屬性：

頻率，但只能在載波速率上做細微改變。

相位

振幅

調制技術需要以載波速率為中心的一定寬帶，需要這些額外寬帶的部分原因是承載的數據速率，另一部分原因是對數據進行編碼并且處理載波信號時產生的開銷。

WLAN必須以高比特率來承載數據信息，因而其調制操作需要更多寬帶，最終是將要發送的數據擴展到整個頻率區間，通常將該操作稱作“擴頻（spread spectrum）”。在物理層，WLAN可以分為以下三種擴頻方式：

FHSS（Frequency-hopping spread spectrum，跳頻擴頻）

DSSS（Direct-sequece spread spectrum，直序擴頻）

OFMD（Orthogonal frequency-division multiplexing，正交頻分復用）

1.2.1 FHSS

早期的WLAN技術通過新技術來解決避免RF干擾與需要復雜調制方案之間的關系，將無線頻帶分為79（或者更少）個信道，每個信道帶寬1MHz。為避免窄帶干擾，需要在整個頻段范圍內以的頻率上以連續“跳動”方式發送信號，通常將該方式稱為FHSS。

FHSS工作原理：

FHSS缺點

1、信道帶寬窄，只有1MHz，因而數據速率局限于1Mbit/s或2Mbit/s。

2、如果區域內存在多個發射器，那么相同信道上將會產生沖突和干擾。

1.2.2 DSSS

由于DSSS采用了少量固定且寬頻的信道，因而可支持復雜調制方案并具有一定擴展性的數據速率。DSSS每個信道寬度為22MHz，雖然比支持的最大數據速率11Mbit/s要大得多，但是卻可以增加所能傳播的數據，并且在防止數據破壞方面有良好的彈性能力。在2.4Ghz使用DSSS頻帶時，最多有14個可用信道，1、6、11三個信道不存在重疊現象。

1.2.3 OFMD

OFMD采用了并行方式通過多個頻率（這些頻率都位于單個20MHz信道內），來發送數據。OFMD被分為64個子載（子信道），每個子載波間隔312.5kHz，子載波類型分為：

保護（guard）子載波：幫組分隔不同信道的12個子載波。

導頻（pilot）子載波：幫助接收器鎖定信道的4個等距子載波。

數據（data）子載波：專門用來攜帶48個子載波。