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(三)无线网络是通过空气传输数据吗?

更新时间:2021年10月14日   作者:spoto   标签(Tag):

一、前言

无线网络是如何传输数据的?相信这个稳定肯定困扰着许多同学。相比无线来说,有线网络显而易见,通过网线和光纤传输数据,而无线网络看不见摸不着。大彭老师处理过无数网络故障,最讨厌的就是无线网络问题,原因正是因为无线网络看不见摸不着,又极易受环境因素影响。接下来我们来聊聊无线网络是通过什么介质传输数据的。
 

二、无线网络传输的介质-电磁波

其实无论Wi-Fi,还是4G/5G,亦或是红外、蓝牙,甚至雷达、卫星等等,所有看不见的通信方式基本都是通过同一种介质传输——电磁波,只是电磁波因波长和频率的不同,具有无比丰富的频段。

常见电磁波的频率分布

Wi-Fi使用的频段是ISM频段,ISM全称Industrial Scientific Medical,中文意思分别是工业的(Industrial)、科学的(Scientific)和医学的(Medical),因此顾名思义ISM频段就是各国挪出某一段频段主要开放给工业,科学和医学机构使用。应用这些频段无需许可证或费用,只需要遵守一定的发射功率(一般低于1W),并且不要对其它频段造成干扰即可。

ISM频段在各国的规定并不统一。如在美国有三个频段902-928 MHz、2400-2484.5 MHz及5725-5850 MHz,而在欧洲900MHz的频段则有部分用于GSM通信。而2.4GHz为各国共同的ISM频段。因此无线局域网(IEEE 802.11b/IEEE 802.11g),蓝牙,ZigBee等无线网络,均可工作在2.4GHz频段上。

ISM频段

Wi-Fi使用的频段主要是2.4G和5G频段。请注意,这里所说的5G和前文提到的运营商的5G不同,运营商的5G是指generation,是第五代移动通信技术的意思。给大家普及一下,第一代是模拟通信,代表是大哥大;第二代是GSM,也就是我们所说的2G,一个月50M流量都用不完的那种;3G、4G、5G相信就不用我多说了,大家现在都非常熟悉了。

从1G到5G

Wi-Fi中的5G指的是使用5G这个频段传输数据,早期的Wi-Fi只开放了2.4G频段,早期的无线终端也只支持2.4G,只支持2.4G的终端无法接收5G信号。记得早期联想宣称2.4G频段足够满足网络使用需求,笔记本只需支持2.4G即可,结果啪啪打脸,现在还不是乖乖支持5G。

那Wi-Fi到底如何传输数据的呢?我们说Wi-Fi的本质是电磁波,所以通过一个 简单的方式来理解。首先我们说网线是通过电信号来传输数据,通信在物理层是以比特流(也就是二进制0、1)传输,所以可是用电流的高低电频来表示0和1。而电磁波也有波峰和波谷,所以可以理解为只要有两种极化状态的介质就能够表示二进制。当然在底层还会有复杂的编码技术。只是用这种方式让我们能够更简单的理解,不一定完全正确。至于Wi-Fi底层的编码技术以及后续文章会涉及的调制技术我不建议大家去深究,除非你是专业研究无线网络。

电磁波能量波长分析.

前文提到电磁波根据不同的波长和频率有不同的频段,Wi-Fi使用2.4G和5G频段进行数据传输,而频段有另外一种叫法—信道,在2.4G频段中共有13个间距为5MHz的信道,因为使用了调制技术,所以Wi-Fi在传输时需要使用22MHz频宽的信道,因此2.4G频段只有3个不重叠信道(最常用的是1、6、11)。而5G频段目前给Wi-Fi开的信道中有13个不重叠信道,分别是802.11ac出现之前的5.8G(149、153、157、161、165),以及从802.11ac开始使用的5.2G(36、40、44、48、52、56、60、64)。

电磁波的波长和频率-1
电磁波的波长和频率-2
电磁波的波长和频率-3

所以,大家从电磁波的传播特性不难发现,在频率相同的情况下,波长越长传播距离越远,这也就是在我们第一篇文章中提到的,高频段覆盖范围小,在相同范围内使用5G需要部署的基站要比4G多的原因。换一个角度,在相同时间内,频率越高说明速率越高,这也是为什么5G的网速比2.4G快的原因,大家可以在家用Wi-Fi测试(目前家用无线路由器都支持双频)。电磁波还有一个非常重要的特性,波长越长,穿越障碍物的衰减越小,这点大家也可以在家用Wi-Fi进行测试。

信号在传播路径中不断衰减

这篇内容就给大家聊到这。
 

四、思考

Wi-Fi的带宽如何计算?频宽等于带宽吗?
想要详细了解请关注后续文章。
 

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