WiFi关键技术 - 【科普】一文让你了解Wi-Fi技术

　　4 WiFi关键技术

　　为了尽量减少数据的传输碰撞和重试发送，防止各站点无序地争用信道，无线局域网中采用了载波监听多路访问/冲突避免协议。CSMA/CA通信方式将时间域的划分与帧格式紧密联系起来，保证某一时刻只有一个站点发送，实现了网络系统的集中控制。送出数据前，监听媒体状态，等没有人使用媒体，维持一段时间后，再等待一段随机的时间后依然没有人使用，才送出数据。由于每个设备采用的随机时间不同，所以可以减少冲突的机会。

　　直接序列扩频技术是802.11b所采取的主要调制技术。直接序列扩频技术是把使用11位的Chipping Barker序列来将数据编码并发送的技术。发送端通过spreader把chips（就是一串的二进制码）添加入要传输的比特流中，称为编码；然后在接收端用同样的chips进行解码，就可以得到原始数据了。在相同的吞吐量下，直接序列扩频技术需要比跳频技术更多的能量；但以消耗能量为代价，它也能达到比跳频技术更高的吞吐量，802.11b能达到5.5Mbps和11Mbps就是采用HR/DSSS技术。

　　正交频分复用OFDM（Orthogonal frequency-division multiplexing）是一种基于正交多载波的频分复用技术，它是802.11a/g/n/ac中都采取的调制技术，它将高速串行数据流经串/并转换后，分割成大量的低速数据流，每路数据采用独立载波调制并叠加发送，接收端依据正交载波特性分离多路信号。

　　OFDM与传统频分复用FDM的区别在于：传统的频分复用技术需要在载波间保留一定的保护间隔，结合滤波来减少不同载波间领谱的重叠，从而避免各载波间的相互干扰；而OFDM技术的不同载波间的频谱是重叠在一起的，各子载波间通过正交特性来避免干扰，有效地减少了载波间的保护间隔，提高了频谱利用率。

　　扩展绑定技术是802.11n中所引入的新技术，并在802.11ac中得以继承和发展，它能够提高所用频谱的宽度从而提高传输速率。802.11a/g使用的频宽是20MHz，而802.11n支持将相邻两个频宽绑定为40MHz来使用。而当频宽是20MHz的时候，为了减少相邻信道的干扰，在其两侧预留了一小部分的带宽边界。而通过40MHz绑定技术，这些预留的带宽也可以用来通讯，可以将子载体从104（52×2）提高到108。在802.11ac中频宽进一步的可以扩展到80MHz和160MHz，使得传输速率进一步的提升。

　　多输入多输出MIMO（Multiple Input Multiple Output）技术是802.11n和802.11ac采用的关键技术。传统单输入输出无线传输SISO（Single Input Single Output），接收的无线信号中携带的信息量的多少取决于接收信号的强度超过噪声强度的多少，即信噪比。信噪比越大，信号能承载的信息量就越多，在接收端复原的信息量也越多。MIMO结合复数的射频链路和复数的天线，即同时在多个天线上发送出不同的信号，而接收端则通过不同的天线将在不同的射频链路的信号独立的解码出来。MIMO在802.11n通常定义为M*N，其中M为发射机天线数，N为发射机天线数。空间流数是决定最高物理传输速率的参数，在802.11n中定义了最高的流数为4，流数越多速率就越高。在802.11n中，在其他参数确定后，最高速率按空间流的倍数变化，如1个独立空间流最高可达150Mbps， 4个独立空间流可达600Mbps。空间流数与天线数，一般是一致的。但也可采用不对称的天线数和空间流数，天线数量必须不小于空间流数，如2个空间流的至少需要两个天线来支持。

　　智能天线技术也是802.11n采用的一个新的技术，通过多组独立天线组成的天线阵列，可以动态调整波束，保证让WLAN用户接收到稳定的信号，并可以减少其它信号的干扰。因此其覆盖范围可以扩大到好几平方公里，使WLAN移动性极大提高。在兼容性方面，802.11n采用了一种软件无线电技术，它是一个完全可编程的硬件平台，使得不同系统的基站和终端都可以通过这一平台的不同软件实现互通和兼容，这使得WLAN的兼容性得到极大改善。这意味着WLAN将不但能实现802.11n向前后兼容，而且可以实现WLAN与无线广域网络的结合。

　　5 总结

　　经过10多年的发展，WiFi的应用已经得到极大的发展，目前市场上面有超过30亿台电子设备使用Wi-Fi技术，涉及到的领域越来越广泛。相比较传统的物理连接布线而言，它的使用非常简便，非常适合移动办公的需要，同时它比蓝牙技术等传统无限通信技术具备更高的传输速率，更远的传送距离。但同时也具备一些缺点，如无线信号容易受到建筑物墙体的阻碍，传播时容易受到同频段的其他信号的干扰，另外网络的安全性也差强人意，容易受到非法用户对网络进行窃听、攻击和入侵。相信随着无线通信技术的发展，这些问题会得到解决和完善。