无线WiFi什么原理

无线WiFi什么原理


现在无线WiFi已经成为了我们生活中不可缺少的一部分，
走到哪，哪里就有WiFi。 小编为大家整理了无线WiFi的原理，供
大家参考阅读!

无线WiFi的原理

无线WiFi俗称无线宽带，全称Wireless Fidel iry。无线局
域网又常被称作WiFi网络，这一名称来源于全球最大的无线局域网
技术推广 与产品认证组织——WiFi联盟(WiFi
Alliance)。作为一 种无线联网技术，WiFi早已得到了业界的关注。
WiFi终端涉及手机、PC(笔记本电脑)、平板 电视、数码相机、投影
机等众多产品。目前，WiFi网络已应用于家庭、企业以及公众热点
区 域，其中在家庭中的应用是较贴近人们生活的一种应用方式。由于
WiFi网络能够很好地实现家庭范围 内的网络覆盖，适合充当家庭中
的主导网络，家里的其他具备WiFi功能的设备，如电视机、影碟机、
数字音响、数码相框、照相机等，都可以通过WiFi网络这个传输媒
介，与后台的媒体服务器 、电脑等建立通信连接，实现整个家庭的数
字化与无线化，使人们的生活变得更加方便与丰富。目前，除 了用户
自行购置WiFi设备建立无线家庭网络外，运营商也在大力推进家庭
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< /p>

网络覆盖。比如，中国电信的“我的E家”，将WiFi功能加入到家庭
网关中， 与有线宽带业务绑定。今后WiFi的应用领域还将不断扩展，
在现有的家庭网、企业网和公众网的基础 上向自动控制网络等众多新
领域发展。

无线通信的简述

与有线传输相比，无线传输具有许多优点。或许最重要的是，
它更灵活。无线信号可以从一个发射器发出 到许多接收器而不需要电
缆。所有无线信号都是随电磁波通过空气传输的，电磁波是由电子部
分 和能量部分组成的能量波。

在无线通信中频谱包括了9khz到300000Ghz之 间的频率。
每一种无线服务都与某一个无线频谱区域相关联。无线信号也是源于
沿着导体传输的 电流。电子信号从发射器到达天线，然后天线将信号
作为一系列电磁波发射到空气中。

信号通过空气传播，直到它到达目标位置为止。在目标位置，
另一个天线接收信号，一个接 收器将它转换回电流。接收和发送信号
都需要天线，天线分为全向天线和定向天线。在信号的传播中由于 反
射、衍射和散射的影响，无线信号会沿着许多不同的路径到达其目的
地，形成多径信号。
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无线通信的基本原理

无线通信是利用电波信号可以在自由空间中传播的特性进
行信息交换的一种通信方式。在移动中实现的无 线通信又通称为移动
通信，人们把二者合称为无线移动通信。简单讲，无线通信是仅利用
电磁波 而不通过线缆进行的通信方式。

1，无线频谱

所有无线信号 都是随电磁波通过空气传输的，电磁波是由电
子部分和能量部分组成的能量波。声音和光是电磁波得两个 例子。无
线频谱(也就是说，用于广播、蜂窝电话以及卫星传输的波)中的波是
不可见也不可听 的——至少在接收器进行解码之前是
这样的。

“无 线频谱”是用于远程通信的电磁波连续体，这些波具有
不同的频率和波长。无线频谱包括了9khz到3 00 000Ghz之间的频
率。每一种无线服务都与某一个无线频谱区域相关联。例如，AM广
播涉及无线通信波谱的低端频率，使用535到1605khz之间的频率。

无线频谱是所有电磁波谱的一个子集。在自然界中还存在频
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率更 高或者更低的电磁波，但是他们没有用于远程通信。低于9kz
的频率用于专门的应用，如野生动物跟踪 或车库门开关。频率高于
300 000Ghz的电磁波对人类来说是可见的，正是由于这个原因，他< br>们不能用于通过空气进行通信。例如，我们将频率为428570Ghz的
电磁波识别为红色。

当然，通过空气传播的信号不一定会保留在一个国家内。因
此，全世界的国家就 无线远程通信标准达成协议是非常重要的。ITU
就是管理机构，它确定了国际无线服务的标准，包括频 率分配、无线
电设备使用的信号传输和协议、无线传输及接收设备、卫星轨道等。
如果政府和公 司不遵守ITU标准，那么在制造无线设备的国家之外就
可能无法使用它们。

2，无线传输的特征

虽然有线信号和无线信号具有许多相似之处
&mdash ;—例如，包括协议和编码的使用——
但是空气的本质使得无线 传输与有线传输有很大的不同。当工程师门
谈到无线传输时，他们是将空气作为“无制导的介质”。因为 空气没
有提供信号可以跟随的固定路径，所以信号的传输是无制导的。

正如有线信号一样，无线信号也是源于沿着导体传输的电
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流。电 子信号从发射器到达天线，然后天线将信号作为一系列电磁波
发射到空气中。信号通过空气传播，直到它 到达目标位置为止。在目
标位置，另一个天线接收信号，一个接收器将它转换回电流。

注意，在无线信号的发送端和接收端都使用了天线，而要交
换信息，连接到每一个天线上的 收发器都必须调整为相同的频率。

3，天线

每一种无线服务 都需要专门设计的天线。服务的规范决定了
天线的功率输出、频率及辐射图。天线的“辐射图”描述了天 线发送
或接收的所有电磁能的三维区域上的相对长度。“定向天线”沿着一
个单独的方向发送无 线电信号。这种天线用在来源需要与一个目标位
置(如在点对点连接中)通信时。定向天线还可能用在多 个接收节点排
列在一条线上时。或者，它可能用在维持信号的一定距离上的强度比
覆盖一个较广 的地理区域更重要时，因为天线可以使用它的能量在更
多的方向发送信号，也可以在一个方向上发送更长 的距离。使用定向
天线无线服务的一些例子包括卫星下行线路和上行线路，无线LAN
以及太空 、海洋和航空导弹。

与之相比，“全向天线”在所有的方向上都与相同的强度和
清晰度发送和接收无线信号。这种天线用在许多不同的接收器都必须
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< br>能够获得信号时，或者用在接收器的位置高度易变时。电视台和广播
站使用全向天线，大多数发送 移动电话的发射塔也是如此。

无线信号传输中的一个重要考虑是天线可以将信号传输的
距离，同时还使信号能够足够强，能够被接收机清晰地解释。无线传
输的一个简单原则是，较强 的信号将传输的比较弱的信号更远。

正确的天线位置对于确保无线系统的最佳性能也是 非常重
要的。用于远程信号传输的天线经常都安装在塔上或者高层的顶部。
从高处发射信号确保 了更少的障碍和更好的信号接收。

4，信号传播

在理想情况 下，无线信号直接在从发射器到预期接收器的一
条直线中传播。这种传播被称为“视线”(Line Of Sight,LOS)，它使
用很少的能量，并且可以接收到非常清晰的信号。不过，因为空气是
无制导介质，而发射器与接收器之间的路径并不是很清晰，所以无线
信号通常不会沿着一条直线 传播。当一个障碍物挡住了信号的路线
时，信号可能会绕过该物体、被该物体吸收，也可能发生以下任何 一
种现象：发射、衍射或者散射。物体的几何形状决定了将发生这三种
现象中的那一种。

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(1)反射、衍射和散射

无线信号传输中的“反射”与其他电磁波(如光或声音)的反
射没有什么不同。波遇到一个障碍物并反射 ——或者
弹回——到其来源。对于尺寸大于信号平 均波长的物
体，无线信号将会弹回。例如，考虑一下微波炉。因为微波的平均波
长小于1毫米， 所以一旦发出微波，它们就会在微波炉的内壁(通常
至少有15cm长)上反射。究竟哪些物体会导致无 线信号反射取决于
信号的波长。在无线LAN中，可能使用波长在1~10米之间的信号，
因此 这些物体包括墙壁、地板天花板及地面。

在“衍射”中，无线信号在遇到一个障碍物时 将分解为次级
波。次级波继续在它们分解的方向上传播。如果能够看到衍射的无线
电信号，则会 发现它们在障碍物周围弯曲。带有锐边的物体
——包括墙壁和桌子的角&md ash;—会导致
衍射。

“散射”就是信号在许多不同方向上扩 散或反射。散射发生
在一个无线信号遇到尺寸比信号的波长更小的物体时。散射还与无线
信号遇 到的表面的粗糙度有关。表面也粗糙，信号在遇到该表面是就
越容易散射。在户外，树木会路标都会导致 移动电话信号的散射。

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另外，环境状况(如雾、雨、雪)也可能导致反射、散射和衍
射

(2)多路径信号

由于反射、衍射和散射的影响，无线信号会沿着许多不同的
路径到达其目的地。这样的信号被称为“多路径信号”。多路径信号
的产生并不取决于信号是如何发出的 。它们可能从来源开始在许多方
向上以相同的辐射强度，也可能从来源开始主要在一个方向上辐射。不过，一旦发出了信号，由于反射、衍射和散射的影响，它们就将沿
着许多路径传播。

无线信号的多路径性质既是一个优点又是一个缺点。一方
面，因为信号在障碍物上反射，所 以它们更可能到达目的地。在办公
楼这样的环境中，无线服务依赖于信号在墙壁、天花板、地板以及家< br>具上的反射，这样最终才能到达目的地。

多路径信号传输的缺点是因为它的不同 路径，多路径信号在
发射器与接收器之间的不同距离上传播。因此，同一个信号的多个实
例将在 不同的时间到达接收器，导致衰落和延时。

5，窄带、宽带及扩展频谱信号
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传输技术根据它们的信号使用了无线频谱的部分 大小而有
所不同。一个重要区别就是无线使用窄带还是宽带信号传输。在“窄
带”，发射器在一 个单独的频率或者非常小的频率范围上集中信号能
量。与窄带相反，“宽带”是指一种使用无线频谱的相 对较宽频带的
信号传输方式。

使用多个频率来传输信号被称为扩展频谱技术， 换句话说，
在传输过程中，信号从来不会持续停留在一个频率范围内。在较宽的
频带上分布信号 的一个结果是它的每一个频率需要的功率比窄带信
号传输更小。信号强度的这种分布使扩展频谱信号更不 容易干扰在同
一个频带上传输的窄带信号。

在多个频率上分布信号的另一个结 果是提高了安全性。因为
信号是根据一个只有获得授权的发射器和接收器才知道的序列来分
布的 ，所以未获授权的接收器更难以捕获和解码这些信号。

扩展频谱的一个特定实现是“跳频扩展频谱”(Frequency
Hopping Spread Spectrum ,FHSS)。在FHSS传输中，信号与信道
的接收器和发射器知道的同一种同步 模式在一个频带的几个不同频
率之间跳跃。另一种扩展频谱信号被称为“直接序列扩展频谱”
( Direct Sequence Spread Spectrum,DSSS)。在DSSS中，信号的
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位同时 分布在整个频带上。对每一位都进行了编码，这样接收器就可
以在接收到这些位时重组原始信号。

6，固定和移动

每一种无线通信都属于以下两个类别之一：固 定或移动。在
“固定”无线系统中，发射器和接收器的位置是不变的。传输天线将
它的能量直接 对准接收器天线，因此，就有更多的能量用于该信号。
对于必须跨越很长的距离或者复杂地形的情况，固 定的无线连接比铺
设电缆更经济。

不过，并非所有通信都适用固定无线。例如 ，移动用户不能
使用要求他们保留在一个位置来接收一个信号的服务。相反，移动电
话、寻呼、 无线LAN以及 其它许多服务都在使用“移动”无线系统。
在移动无线系统中，接收器可以位于发射器 特定范围内部的任何地
方。这就允许接收器从一个位置移动到另一个位置，同时还继续接受
信号 。

无线通信原理的发展现状

1，分类

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无线通信主要包括微波通信和卫星通信。微波是一种无线 电
波，它传送的距离一般只有几十千米。但微波的频带很宽，通信容量
很大。微波通信每隔几十 千米要建一个微波中继站。卫星通信是利用
通信卫星作为中继站在地面上两个或多个地球站之间或移动体 之间
建立微波通信联系。

2，热点技术

(1)4G

第四代移动电话行动通信标准，指的是第四代移动通信技
术，外语缩写：4G。该技术包括TD- LTE和FDD-LTE两种制式(严格
意义上来讲，LTE只是3.9G，尽管被宣传为4G无线标准 ，但它其实
并未被3GPP认可为国际电信联盟所描述的下一代无线通讯标准
IMT- Advanced，因此在严格意义上其还未达到4G的标准。只有升
级版的LTE Advanced 才满足国际电信联盟对4G的要求)。4G是集
3G与WLAN于一体，并能够快速传输数据、高质量、 音频、视频和
图像等。4G能够以100Mbps以上的速度下载，比目前的家用宽带
ADSL (4兆)快25倍，并能够满足几乎所有用户对于无线服务的要求。
此外，4G可以在DSL和有线电视 调制解调器没有覆盖的地方部署，
然后再扩展到整个地区。很明显，4G有着不可比拟的优越性。

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(2)ZigBee技术

ZigBee技术主要用于无线个域网(WPAN)，是基于
IEE802.15.4无线 标准研制开发的，是一种介于RFID和蓝牙技术之
间的技术提案，主要应用在短距离并且数据传输速率 不高的各种电子
设备之间。ZigBee协议比蓝牙、高速率个域网或802.11x无线局域
网更简单使用，可以认为是蓝牙的同族兄弟。

(3)WLAN与WAPI

WLAN(无线局域网)是一种借助无线技术取代以往有线布
线方式构成局域网的新手段， 可提供传统有线局域网的所有功能，是
计算机网络与无线通信技术相结合的产物。它是通用无线接入的一 个
子集，支持较高传输速率(2Mbs～54Mbs，甚至更高)，利用射频
无线电或红外线， 借助直接序列扩频(DSSS)或跳频扩频(FHSS)、
GMSK、OFDM等技术，甚至将来的超宽 带传输技术UWBT，实现
固定、半移动及移动的网络终端对Internet网络进行较远距离的高< br>速连接访问。目前，原则上WLAN的速率尚较低，主要适用于手机、
掌上电脑等小巧移动终端。 1997年6月，IEEE推出了802.11标准，
开创了WLAN先河，WLAN领域现在主要有I EEE802.11x系列与
HiperLANx系列两种标准。

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WAPI是WLAN Authentication and Privacy
Infrastructure的缩写。WAPI作为我国首个在计算机网络通信领域
的自主创 新安全技术标准，能有效阻止无线局域网不符合安全条件的
设备进入网络，也能避免用户的终端设备访问 不符合安全条件的网
络，实现了“合法用户访问合法网络”。WAPI安全的无线网络本身
所蕴 含的“可运营、可管理”等优势，已被以中国移动、中国电信为
代表的极具专业能力的运营商积极挖掘并 推广、应用，运营市场对
WAPI的应用进一步促进了其他行业市场和消费者关注并支持
WAP I。目前市场上已有50多款来自全球主要手机制造商的智能手
机支持WAPI，包括诺基亚、三星、索 爱、酷派。而中国三大电信运
营商也都已开始或完成第一批WAPI热点的招标和竞标工作，以中国移动为例，到目前为止已实际部署了大概10万个WAPI热点。这意
味着WAPI的生态系统已基 本建成，WAPI商业化的大门已经打开。

(4)短距离无线通信(蓝牙、RFID、IrDA)

蓝牙(Bluetooth)技 术，实际上是一种短距离无线电技术。
利用蓝牙技术，能够有效地简化掌上电脑、笔试本电脑和移动电话 手
机等移动通信终端设备之间的通信，也能够成功地简化以上这些设备
与因特网之间的通信，从 而使这些现代通信设备与因特网之间的数据
传输变得更加迅速高效，进而为无线通信拓宽道路。蓝牙采用 分散式
网络结构以及快跳频和短包技术，支持点对点及点对多点通信，工作
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在全球通用的2.4GHz ISM(即工业、科学、医学)频段，其数据速率
为1Mbps，采用时分双工传输方案实现全双工传输。蓝牙技术为免
费使用，全球通用规范，在现今社 会中的应用范围相当广泛。

RFID是Radio Frequency Ident ification的缩写，即射频
识别，俗称电子标签。射频识别技术是一项利用射频信号通过空间耦
合(交变磁场或电磁场)实现无接触信息传递并通过所传递的信息达
到识别目的的技术。目前R FID产品的工作频率有低频(125kHz～
134kHz)、高频(13.56MHz)和超高频( 860MHz～960MHz)，不同频
段的RFID产品有不同的特性。射频识别技术被广泛应用于工 业自动
化、商业自动化、交通运输控制管理、防伪等众多领域，例如
WalMart、Tesc o、美国国防部和麦德龙超市都在它们的供应链上应
用RFID技术。在将来，超高频的产品会得到大量 的应用。

IrDA是一种利用红外线进行点对点通信的技术，也许是第
一个实 现无线个人局域网(PAN)的技术。目前其软硬件技术都很成
熟，在小型移动设备，如PDA、手机上 广泛使用。事实上，当今每
一个出厂的PDA及许多手机、笔记本电脑、打印机等产品都支持
I rDA。IrDA的主要优点是无需申请频率的使用权，因而红外通信成
本低廉。它还具有移动通信所需 的体积小、功耗低、连接方便、简单
易用的特点;且由于数据传输率较高，适于传输大容量的文件和多媒
体数据。此外，红外线发射角度较小，传输安全性高。IrDA的不足
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在于它是一种视距传输，2个相互通信的设备之间必须对准，中间不
能被其他物体阻隔 ，因而该技术只能用于2台(非多台)设备之间的连
接(而蓝牙就没有此限制，且不受墙壁的阻隔)。I rDA目前的研究方向
是如何解决视距传输问题及提高数据传输率。

(5)WiMAX

WiMAX全称为World Interoperability for Microwave
Access，即全球微波接入互操作系统，可以替代现有的有线和DS L
连接方式，来提供最后一英里的无线宽带接入，其技术标准为IEEE
802.16，其目标是促进IEEE 802.16的应用。相比其他无线通信系统，
WiM AX的主要优势体现在具有较高的频谱利用率和传输速率上，因
而它的主要应用是宽带上网和移动数据业 务。

(6)超宽带无线接入技术UWB

UWB(Ultra Wideband)是一种无载波通信技术，利用纳秒
至微微秒级的非正弦波窄脉冲传输数据。通过在较 宽的频谱上传送极
低功率的信号，UWB能在10米左右的范围内实现数百Mbs至数
Gbs的 数据传输速率。UWB具有抗干扰性能强、传输速率高、带宽
极宽、消耗电能小、发送功率小等诸多优势 ，主要应用于室内通信、
高速无线LAN、家庭网络、无绳电话、安全检测、位置测定、雷达
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等领域。

对于UWB技术，应该看到，它以其 独特的速率以及特殊的
范围，也将在无线通信领域占据一席之地。由于其高速、窄覆盖的特
点， 它很适合组建家庭的高速信息网络。它对蓝牙技术具有一定的冲
击，但对当前的移动技术、WLAN等技 术的威胁不大，反而可以成
为其良好的补充。

(7)EnOcean

EnOcean无线通信标准被采纳为国际标准“ISOIEC
14543- 3-10”，这也是世界上唯一使用能量采集技术的无线国际标
准。EnOcean能量采集模块能够采 集周围环境产生的能量，从光、
热、电波、振 动、人体动作等获得微弱电力。这些能量经过处理以后，用来供给EnOcean超低功耗的无线通讯模块，实现真正的无数
据线，无电源线，无电池的 通讯系统。 EnOcean无线标准
ISOIEC14543-3-10使用868MHz，902M Hz，928MHz和
315MHz频段，传输距离在室外是300 米，室内为30米。

(8)Z-Wave

Z-Wave是由丹麦公司Zensys所主导的无线组网规格，
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< br>Z-Wave是一种新兴的基于射频的、低成本、低功耗、高可靠、适于
网络的短距离无线通信技 术。工作频带为908.42MHz，868.42MHz
信号的有效覆盖范围在室内是30m，室外可 超过100m，适合于窄
带宽应用场合。Z-Wave技术也是低功耗和低成本的技术，有力地推
动着低速率无线个人区域网。




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