WLAN射频和信道

大家平时家用WIFI路由器进去设置的时候是不是经常能看见2.4G和5G频段。WIFI射频代表的是WIFI发射的频段，WIFI通过什么方式实现覆盖网络通讯。

WLAN跟日常生活中的无线广播、无线电视、手机通信一样，都是用射频作为载体。射频是频率介于3赫兹（Hz）和约300G赫兹（Hz）之间的电磁波，也可以称为射频电波或射电。人们为这段电磁波又定义了无线频谱，按照频率范围划分为极低频、超低频、中频、高频、超高频等，WLAN使用的射频频率范围是2.4GHz频段（2.4GHz～2.4835GHz）和5GHz频段（频率范围是5.150GHz～5.350GHz和5.725GHz～5.850GHz），分别属于特高频(300MHz～3GHz)和超高频(3GHz～30GHz)，用一张图来看下我们WLAN射频所在频谱的位置。

5GHz频段的5.150GHz～5.350GHz和5.725GHz～5.850GHz为中国使用，各个国家使用的频宽范围不一样，感兴趣的同学可以查看各个国家使用的5GHz频段。
了解了什么是射频后，射频是怎么作为载体传递信息的呢？我们高中物理都有学过射频传输信息的基本调制方式：调频、调相和调幅，发送端将信息调制到载波上，通过改变载波的频率、相位和振幅传递信息，接收端收到信息后，再解调还原信息。通过这样一个调制解调的过程，就实现了信息的传递。我们日常生活中遇到的调频广播，调幅广播等就是这样传递信息的。WLAN射频传输信息的基础也是调频、调相或调幅。只不过调频、调相和调幅通常用在模拟信号的传输，在数字通信领域射频的调制方式较为复杂，主要有：振幅键控、频率键控、相位键控和正交幅度调制（一种幅度、相位联合调制的技术，它同时利用了载波的幅度和相位来传递信息）。通过下图大家可以看下载波在调制后的样子。

WLAN的信道是具有一定频宽的射频，就像公路要有一定的宽度一样，以便可以承载要传输的信息。对于2.4GHz频段来说，2.4GHz频段的频宽是2.4835GHz-2.4GHz=0.0835GHz=83.5MHz，WLAN是不是就使用全部的83.5MHz的频宽作为一个信道呢？这里我们使用一个比喻，有助于大家对WLAN信道的理解。我们看广播电视的时候，都知道频道吧：1频道、2频道、中央1台、中央5台。我们要看中央1台，就不能看中央5台，每次只能选定1个频道。如果中央5台使用中央1台的频率发射信号会怎样？那两个频道大家都收不到，或满屏幕的雪花。高中物理告诉我们一条波如果遇到频率相同的波会产生干扰，会根据相位差进行叠加或衰减（如：频率相同，相位相差180°的波彼此会抵消）。所以，中央1台有个固定的频率，中央5台也有它的固定的频率，互不干扰。
我们可以把WLAN信道理解为电视机的频道，如果WLAN使用整个2.4GHz频段作为一个信道，当同一覆盖范围内有两个及两个以上的AP，大家都用相同的信道，会造成严重的干扰（如同中央5台使用了中央1台的频道一样），两个AP都无法有效提供WLAN服务。所以，在WLAN标准协议里将2.4GHz频段划分出13个相互交叠的信道，每个信道的频宽是20MHz（802.11g、802.11n每个信道占用20MHz，802.11b每个信道占用22MHz），每个信道都有自己的中心频率（如同CCTV-1的200MHz）。
这13个信道可以找出3个独立信道，即没有相互交叠的信道。独立信道由于没有频率的交叠区，相邻AP使用这3个独立信道不会彼此产生干扰。如下图中的1、6、11就是三个互不交叠的独立信道。

802.11n支持通过将相邻的两个20MHz信道绑定成40MHz，使传输速率成倍提高。802.11n也同时定义了2.4GHz频段的信道绑定，但由于2.4GHz频段较拥挤的信道资源，降低了2.4GHz频段信道绑定的实用性，一般不推荐使用2.4GHz频段的信道绑定。
5GHz频段并非只有WLAN设备在使用，很多国家的军用雷达也在使用5GHz频段，使用该频段的民用无线设备很可能对雷达等重要设施产生干扰。为了解决这一安全顾虑，在一些国家出售的WLAN产品必须具备TPS和DFS这两个功能，即发射功率控制和动态频率选择。TPS是为了防止无线产品发放过大的功率来干扰军方雷达。DFS是为了使无线产品能主动探测军方使用的频率，如频率冲突并主动选择另一个频率，以避开军方频率。在这些国家这两个功能是属于强制性的，不符合标准的产品将不会获得这些国家的上市许可。