WiFi背景與信道劃分
- 背景
- 信道劃分
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- 2.4GHz頻段
- 5GHz頻段
背景
WiFi又稱WLAN（無線區域網路）。你可能不會相信——它起源于澳洲悉尼大學一個學生研究小組的畢業實踐成果。上司者是工程系畢業生Dr John O’Sullivan。由于成果影響重大，澳洲政府馬上于1996年申請了專利。WiFi的靈活性和移動性給人們帶來了極大的便利，得到了廣泛的應用，基于這個考慮，國際組織IEEE曾多次要求澳洲政府免收專利費，但都遭到拒絕。是以，WiFi也讓澳洲政府掙得盆滿缽滿。
一個行業起來，通常都有一些大廠出來制定規則。就在WiFi被申請專利的同年，美國網絡通訊裝置大佬——朗訊率先發起成立無線以太相容性聯盟（Wireless Ethernet Compatibility Alliance，WECA），志在推動無線區域網路的商業化。起初發展不順，聲勢遠落後于藍牙。直到1999年，WECA改名為Wi-Fi聯盟（Wi-Fi Alliance）才慢慢有了起色。Wi-Fi聯盟一方面不斷推動無線網絡技術的發展；一方面出台一系列的測試規範，保證了各廠商裝置的相容與互連互通。到目前為止，已經有超過45000種産品拿到了Wi-Fi聯盟的認證（https://www.wi-fi.org），覆寫電腦，遊戲裝置，手機，無線路由器，智能家居，平闆，電視等各個領域。
信道劃分
有線網信号是通過網線傳輸；無線網是通過什麼傳輸呢？答案是無線電。早期也用過紅外線傳輸（Infrared Ray），但是，它對非透明物體的穿透性極差，傳輸距離受限；同時還容易受日光、熒光燈的幹擾，最終沒有被廣泛應用。
無線電技術早在第二次世界大戰期間就有使用。當時，美國陸軍研發出了一套無線電傳輸技術，采用無線電信号進行資料的傳輸。這項技術令許多學者産生了靈感。
2.4GHz頻段
無線電的使用受到各國法規的限制，比較麻煩，好在有ISM（Industrial Scientific Medical Band）頻段可以使用。ISM由ITU-R（ITU Radiocommunication Sector），即國際通信聯盟無線電通信局定義。ITU-R要求各國挪出某一段頻段，開放給工業、科學和醫學機構使用。應用這些頻段無需許可證或費用，隻需要遵守一定的發射功率（一般低于1W），并且不要對其它頻段造成幹擾即可。ISM頻段在各國的規定并不統一。但恰好2.4GHz是各國共同的ISM頻段，是以，WiFi就選到了這個頻段。
現在問題來了：如果所有的WiFi裝置都使用同一個頻段，那麼會很容易互相幹擾。這就要求在一個WiFi裝置信号覆寫的範圍内，最好不要有其他的WiFi裝置使用，而這是很難保證的，是以需要劃分多個channel來分散Loading；另一方面，早期人們對WiFi吞吐量的要求不高，也用不着很大的帶寬；于是經過權衡，WiFi的2.4GHz頻段被劃分為14個channel。
Channel 14不常使用。Channel 1~13每個channel之間的間隔是5MHz，而每個channel的帶寬是22MHz，是以2.4GHz頻段最多隻能容納3個完全沒有幹擾的channel（1/6/11）。對頻譜這樣的稀缺資源來說，已經相當不錯了。在啟動熱點時，有些廠商會自動計算所有channel的利用情況，讓熱點啟動在相對空閑的channel上，以此優化WiFi的表現。這在2.4GHz上顯得尤為重要。
Channel 1與channel 2之間隻隔5MHz，那channel 2的信号會影響channel 1嗎？當然會。是以按Spec（IEEE802.11協定，後面簡稱Spec）規定channel 2的信号應該在channel 1的2.412GHz的地方衰減3dB以上。那會有怎樣的影響呢？現在我們簡單描述這個過程：當channel 1上的裝置要發包之前，它會啟動EDCCA機制檢測信道是否繁忙，很不巧它會發現channel 2上有裝置正在發包（有能量），是以它會等待，直到檢測到信道空閑再将這包發出去。是以影響就是當channel 2上的裝置正在發包時，channel 1上的裝置會卡住一小段時間。這個問題對初學者有點超前了，可以先跳過。
不同的國家使用的2.4GHz的channel也是不相同的。比如，中國是channel 1~13，美國是channel 1~11。通常WiFi廠商都會內建這些對應關系，使用者隻用配置Country Code就足夠了。這塊容易出一些小插曲，通常都與支援的channel有關。比如，日本的筆記本電腦來中國可能會搜不到某些熱點，出貨印度的手機連不上某些筆記本電腦。
5GHz頻段
2.4GHz頻段較窄，而且與各種家用電器和醫療裝置共享頻段，易受幹擾。最終大家還是把目光聚交到了更為波瀾壯闊的5GHz頻段。5GHz頻段劃分了更多的信道，而且channel的中心頻率間隔由2.4GHz頻段的5MHz改為20MHz，可以看出設計者對2.4GHz頻段頻譜交疊的憤怒。不同國家支援的channel也有所不同，參看下表。
5GHz頻段什麼都好，但不幸的是，雷達信号也在這個頻段。雷達信号通常是軍隊或是航空用的，怎麼看都比WiFi重要，是以各國在定義5GHz頻段信道時都會把雷達可能出現的頻段标記為DFS channel。控制松點的，也會标記為Indoors。
DFS channel，全稱Dynamic Frequency Selection，處在這個channel上的裝置需要有能力檢測雷達信号，一旦檢測到，就需要跳到其他channel去。通過這種方式，既保證了雷達信号不被幹擾，又可以充分利用頻譜資源。
Indoors又是什麼意思呢？它是說這個裝置如果确認是部署在室内的，就可以啟動在這個channel上。比如家用的無線路由器，可以确定它是部署在室内，是以它可以啟動在這個channel上。又比如手機，它有可能在室内，也有可能在戶外，是以它通常不能啟動在這個channel上。除非這個手機可以識别出目前是否在戶外，當測檢到是在戶外時禁用這個channel（雖然目前還沒有這樣的手機）。
我不遵守這個規定又怎麼樣呢？很抱歉，您的産品不能在本國銷售。凡是想銷售的無線電産品，都需要過國家無線電委員會的認證。上面說的規則都有對應的測試項。
802.11n引入了channel綁定技術，會把2個相鄰的channel綁定成一個channel傳輸資料，以提高吞吐量。對應40MHz帶寬的channel中心頻率會有些變化。802.11ac又将帶寬增加到80MHz/160Mhz。這些後面再講。
5GHz頻段還有個Band1~Band4的說法，知道就好。
Band1: CH36、CH40、CH44、CH48 (5180MHz~5240MHz)
Band2: CH52、CH56、CH60、CH64 (5260MHz~5320MHz)
Band3: CH100、CH104、CH108、CH112、CH116、CH120、CH124、CH128、 CH132、CH136、CH140 (5500MHz~5700MHz)
Band4: CH149、CH153、CH157、CH161、CH165 (5745MHz~5825MHz)