无线通信网络基本知识详解

1、无线网络基本知识 一、 基本概念 1 1、 什么是无线局域网 无线局域网络(Wireless Local Area Networks ; WLAN) 是利用射频(Radio Frequency ; RF)的技术，取代旧式碍手碍脚的双绞铜线 (Coaxial)所构成的局域网络， WLAN利用电磁波 在空气中发送和接受数据，而无需线缆介质。 WLAN的数据传输速率现在已经能够达到 11Mbps(802.11b),最高速率可达 54Mbps(802.11a),传输距离可远至 20km以上。它是对有线 连网方式的一种补充和扩展，使网上的计算机具有可移动性， 能快速方便地解决使用有线方 式不易实现的网络

2、连通问题。 使得无线局域网络能利用简单的存取架构让用户透过它， 达到 “信息随身化、便利走天下”的理想境界。 2 2、 为什么使用无线局域网络 通常计算机组网的传输媒介主要依赖铜缆或光缆， 构成有线局域网。但有线网络在某些 场合要受到布线的限制：布线、改线工程量大 ，线路容易损坏，网中的各节点不可移动。特别 是要把相离较远的节点联接起来时， 敷设专用通信线路的布线施工难度大、 费用高、耗时长, 对正在迅速扩大的连网需求形成了严重的瓶颈阻塞。 并且，对于局域网络管理主要工作之一， 是铺设电缆或是检查电缆是否断线这种耗时的工作， 很容易令人烦躁，也不容易在短时间内 找出断线所在。再者，由于配合企业

3、及应用环境不断的更新与发展， 原有的企业网络必须配 合重新布局，需要重新安装网络线路， 虽然电缆本身并不贵， 可是请技术人员来配线的成本 很高，尤其是老旧的大楼，配线工程费用就更高了。因此， WLAN就是解决有线网络存在 以上问题而出现的，架设无线局域网络就成为最佳解决方案。 3 3、 什么情形需要无线局域网络 无线局域网络绝不是用来取代有线局域网络， 而是用来弥补有线局域网络之不足， 以达 到网络延伸之目的，下列情形可能须要无线局域网络 ： a. 无固定工作场所的使用者 b. 有线局域网络架设受环境限制 c. 作为有线局域网络的备用系统 4 4、 无线局域网络的优点 a. 安装便捷 一般在网

4、络建设中，施工周期最长、对周边环境影响最大的，就是网络布线施工工程。 在施工过程中，往往需要破墙掘地、穿线架管。而 WLAN最大的优势就是免去或减少了网 络布线的工作量，一般只要安装一个或多个接入点 (Access Point)设备，就可建立覆盖整个 建筑或地区的局域网络。 b. 使用灵活 在有线网络中，网络设备的安放位置受网络信息点位置的限制。 而一旦WLAN建成后， 在无线网的信号覆盖区域内任何一个位置都可以接入网络。 c. 经济节约 由于有线网络缺少灵活性，这就要求网络规划者尽可能地考虑未来发展的需要， 这就往 往导致预设大量利用率较低的信息点。 而一旦网络的发展超出了设计规划， 又要花

5、费较多费 用进行网络改造。而 WLAN可以避免或减少以上情况的发生。 d. 易于扩展 WLAN有多种配置方式，能够根据需要灵活选择。这样， WLAN就能胜任从只有几个 用户的小型局域网到上千用户的大型网络，并且能够提供像“漫游 (Roaming)”等有线网络 无法提供的特性。 由于WLAN具有多方面的优点， 其发展十分迅速。在最近几年里，WLAN已经在政府、 军队、油田、酒店、医院、商场、工厂和学校等等不适合网络布线的场合得到了广泛的应用。 5 5、 无线局域网相关概念 在一个典型的 WLAN环境中，有一些进行数据发送和接受的设备，称为接入点 (AP)。 通常，一个AP能够在几十至上百米的范围

6、内连接多个无线用户。在同时具有有线和无线网 络的情况下，AP可以通过标准的 Ethernet电缆与传统的有线网络相连，作为无线网络和有 线网络的连接点。 WLAN的终端用户可通过无线网卡等访问网络。在距离较远的无线网络 环境中，通过室外无线网桥来实现几公里、几十公里的远端局域网连接中心局域网。 a. 微单元和无线漫游 无线电波在传播过程中会不断衰减， 导致AP的通讯范围被限定在一定的范围之内。 这 个范围被称为微单元。当网络环境存在多个 AP,且它们的微单元互相有一定范围的重合时， 无线用户可以在整个 WLAN覆盖区内移动，无线网卡能够自动发现附近信号强度最大的 AP,并通过这个 AP收发数据

7、，保持不间断的网络连接，这就称为无线漫游。 b. 扩频 大多数的 WLAN产品都使用了扩频技术。扩频技术原先是军事通讯领域中使用的宽带 无线通信技术。使用扩频技术，能够使数据在无线传输中完整可靠。 并且确保同时在不同频 段传输的数据不会互相干扰。 c. 直序扩频 所谓直接序列扩频， 就是使用具有高码率的扩频序列， 在发射端扩展信号的频谱， 而在 接收端用相同的扩频码序列进行解扩，把展开的扩频信号还原成原来的信号。 d. 跳频扩频 跳频技术与直序扩频技术完全不同， 是另外一种扩频技术。 跳频的载频受一个伪随机码 的控制，在其工作带宽范围内，其频率按随机规律不断改变频率。 接收端的频率也按随机规

8、律变化，并保持与发射端的变化规律一致。 跳频的高低直接反映跳频系统的性能， 跳频越高，抗干扰的性能越好， 军用的跳频系统 可以达到每秒上万跳。实际上移动通信 GSM系统也是跳频系统。出于成本的考虑，商用跳 频系统跳速都较慢，一般在 50跳/秒以下。由于慢跳跳频系统实现简单，因此低速 WLAN 常常采用这种技术。 6 6、 无线局域网络存取技术 目前厂商在设计无线局域网络产品时，有相当多种存取设计方式，大致可分为三大类： 窄频微波(Narrowband Microwave)技术、展频(Spread Spectrum)技术、及红外线(Infrared)技术， 每种技术皆有其优缺点、限制、及比较，接

9、下来是这些技术方法的详细探讨。 a. 展频技术 展频技术的无线局域网络产品是依据 FCC(Federal Communications Committee ;美国联 邦通讯委员会)规定的 ISM(Industrial Scientific, and Medical),频率范围开放在 902M928MHz 及2.4G2.484GHz两个频段，所以并没有所谓使用授权的限制。展频技术主要又分为跳 频技术及直接序列两种方式。而此两种技术是在第二次世界大战中军队所使用的技术， 其目的是希望在恶劣的战争环境中，依然能保持通信信号的稳定性及保密性。 b. 跳频技术(FHSS) 跳频技术 (Frequency

10、-Hopping Spread Spectrum; FHSS)在同步、且同时的情况下，接 受两端以特定型式的窄频载波来传送讯号，对于一个非特定的接受器， FHSS所产生的跳动 讯号对它而言，也只算是脉冲噪声。 FHSS所展开的讯号可依特别设计来规避噪声或 One-to-Many的非重复的频道，并且这些跳频讯号必须遵守 FCC的要求，使用75个以上的 跳频讯号、且跳频至下一个频率的最大时间间隔 (Dwell Time)为400ms。 c. 直接序列展频技术 (DSSS) 直接序列展频技术 (Direct Sequence Spread Spectrum ; DSSS)是将原来的讯号1或 0，利用

11、10个以上的chips来代表1或0位，使得原来较高功率、较窄的频率变 成具有较宽频的低功率频率。 而每个bit使用多少个chips称做Spreading chips, 一个较高的 Spreading chips可以增加抗噪声干扰，而一个较低 Spreading Ration可以增加用户的使用人 数。 基本上，在DSSS的Spreading Ration是相当少的，例如在几乎所有 2.4GHz的无线局域 网络产品所使用的 Spreading Ration皆少于 20。而在IEEE802.11的标准内，其 Spreading Ration大约在100左右。 d. FHSS VS DSSS调变差异

12、无线局域网络在性能和能力上的差异， 主要是取决于所采用的是 FHSS还是DSSS来实 现、以及所采用的调变方式。然而，调变方式的选择并不完全是随意的，像 FHSS并不强求 某种特定的调变方式，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草案规定要使用 GFSK。至于DSSS则过使用可变相位调变 (如：PSK、QPSK、 DQPSK),可以得到最高的可靠性以及表现高数据速率性能。 在抗噪声能力卜方面，采用 QPSK调变方式的DSSS与采用FSK调变方式的FHSS相 比，可以发现这两种不同技术的无线局域网络各自拥有的优势。 FHSS系统之所以选用 F

13、SK 调变方式的原因是因为 FHSS和FSK内在架构的简单性，FSK无线讯号可使用非线性功率 放大器，但这却牺牲了作用范围和抗噪声能力。 而DSSS系统需要稍为贵一些的线性放大器， 但却可以获得更多的回馈。 e. DSSS VS FHSS 之优劣 截至目前，若以现有的产品参数详加比较， 可以看出DSSS技术在需要最佳可靠性的应 用中具有较佳的优势， 而FHSS技术在需要低成本的应用中较占优势。 虽然我们可以在网际 网络内看到各家厂商各说各话， 但真正需要注意的是厂商在 DSSS和FHSS展频技术的选择， 必须要审慎端视产品在市场的定位而定，因为它可以解决无线局域网络的传输能力及特性， 包括：抗

14、干扰能力、使用距离范围、频宽大小、及传输资料的大小。一般而言， DSSS由于 采用全频带传送资料，速度较快，未来可开发出更高传输频率的潜力也较大。 DSSS技术适 用于固定环境中、或对传输品质要求较高的应用，因此，无线厂房、无线医院、网络社区、 分校连网等应用，大都采用 DSSS无线技术产品。FHSS则大都使用于需快速移动的端点， 如行动电话在无线传输技术部分即是采用 FHSS技术；且因FHSS传输范围较小，所以往往 在相同的传输环境下，所需要的 FHSS技术设备要比DSSS技术设备多，在整体价格上，可 能也会比较高。以目前企业需求来说，高速移动端点应用较少，而大多较注重传输速率、及 传输的稳

15、定性，所以未来无线网络产品发展应会以 DSSS技术为主流。 二、相关广品资料 常用的几种无线接入方式： CPRS、CDMA、无线接入、无线广域网。 1 1、 前两种适合于移动上网，只需在电信或联通公司开辟一个帐号，加一块无线网卡即可 实现无线上网功能。 2 2、 无线接入(无线局域网) 在一个大的办公区内，可以用一块 AP (无线网桥，相当于一个交换机的功能) ，加上n 个无线网卡，即可实现， 若在写字间内，多个写字间之间相连时，可以两个房间用一块 AP 3、无线广域网 若在理想状态（无阻碍、距离近），需要的设备：无线网桥、全向天线、天线杆、避雷 器、网线一套； 若有阻碍，可以选择一个较高的点，可以直接看到各点的点，在那放置一个中继，即 可实现