ISM频段和UNII频段

ISM频段

ISM(Industrial, Scientific, and Medical,工业、科学和以用)频段。分为以下3个频段:

  • 902MHz~928MHz(宽度为26MHz)
  • 2.4000GHz~2.4835GHz(宽度为83.5MHz)
  • 5.725GHz~5.875GHz(宽度为150MHz)

FCC(美国联邦通信委员会)负责美国境内的ISM频段管理,其它国家对ISM频段的管理可能会有所不同。

900MHz频段称为工业频段,2.4GHz频段陈伟科学频段,5.8GHz频段成为医用频段

900MHz ISM频段

900MHz ISM频段范围902MHz~928MHz,宽度为26MHz。

2.4GHz ISM频段

2.4GHz ISM频段是无线网络最常用的工作频段。频段范围2.4000GHz~2.4835GHz,宽度为83.5MHz。

该频段包括采用以下技术的设备:

  • 802.11(FHSS或DSSS射频卡)
  • 802.11b(HR-DSSS射频卡)
  • 802.11g(ERP射频卡)
  • 802.11n(HT射频卡)

除无线网络设备之外,微波炉、无绳电话等也是用2.4GHz ISM频段进行通信,该频段拥挤不堪,很容易对802.11b/g/n射频卡造成干扰。

无线局域网可以使用该频段14个信道传输数据,但是每个国家对信道的分配可能有所不通。

5.8GHz ISM频段

5.8GHz ISM频段范围5.725GHz~5.875GHz,宽度为150MHz。

UNII频段

根据IEEE 802.11a修正案规定,无线局域网可以使用3个5GHz频段传输数据,每个频段包括4个信道。这三个频段称为UNII(Unlicensed National Information Infrastrcture,无需拍照的国家信息基础设施)频段。802.11a修正案将UNII频段划分为UNII-1(低)、UNII-2(中)和UNII-3(高)。宽度均为100MHz。

802.11h修正案定义了一个新的频段,称为UNII-2 Extended频段,共11个信道,宽度255MHz。

整个UNII频段分为4个频段,总共23个信道,不过其他国家对信道的分配可能有所不同。

UNII-1低频段

UNII-1低频段,范围是5.150GHz~5.250GHz,宽度100MHz。FCC规定,UNII-1频段一般用于室内通信,主动辐射器允许使用的最大输出功率为50mW。

UNII-2中频段

UNII-2中频段,范围是5.250GHz~5.350GHz,宽度100MHz。UNII-2频段一般用于室内通信,主动辐射器允许使用的最大输出功率为200mW。其他国家和地区的监管机构可能对UNII-2频段的使用做出其它限制。

UNII-2 Extended频段

UNII-2 Extended频段范围是5.470GHz~5.725GHz,宽度为255MHz。UNII-2扩展频段一般用于室内通信,主动辐射器允许使用的最大输出功率为250mW。其他国家和地区的监管机构可能对UNII-2扩展频段的使用做出其它限制。

TPC(传输功率控制)和DFS(动态频率选择)机制,是用来避免无线局域网对雷达传输造成干扰。所有在美国和加拿大销售的5GHz无线局域网产品必须支持DFS。FCC规定使用UNII-2和UNII-2 Extended频段时必须采用DFS。欧洲也同样支持DFS。所有UNII频段都可能要支持TPC和DFS,各国监管机构负责制定具体的方案。

UNII-3高频段

UNII-3高频段范围5.725GHz~5.825GHz,宽度100MHz。UNII-3频段一般用于室外点对点桥接。欧洲不适用UNII-3频段。

5GHz UNII频段

跳频扩频

跳频扩频(FHSS)工作原理:使用一个很小的载频空间传输数据,然后跳到另一个很小的载频空间继续传输,再跳到另一个,以此反复进行。

跳频扩频

直序扩频

FHSS发射机在不同频率间跳变,而DSSS发射机只在一个信道上收发数据。数据被扩展到该信道的频率范围内,这个过程称为数据编码。

DSSS是一种扩频通信技术,用高速率的伪噪声码序列与信息码序列模二加(波形相乘)后的复合码序列去控制载波的相位而获得直接序列扩频信号,即将原来较高功率、较窄的频率变成具有较宽频的低功率频率,以在无线通信领域获得令人满意的抗噪声干扰性能。DSSS是直接用伪噪声序列对载波进行调制,要传送的数据信息需要经过信道编码后,与伪噪声序列进行模2和生成复合码去调制载波。接受机在收到发射信号后,首先通过伪码同步捕获电路来捕获发送来到伪码精确相位,并由次产生跟发送端的伪码相位完全一致的伪码相位,作为本地解扩信号,以便能够及时恢复出数据信息,完成整个直扩通信系统的信号接收。

直序扩频编码与调制方式

正交频分复用

正交频分复用(OFDM)使用52个独立的,精确划分的频率传输数据。这些频率相隔很近,一般将他们称为子载波。子载波之间的频率间隔经过精心选择,恰好能使谐波重叠,消除大部分不需要的信号。

802.11信道与OFDM子载波

52个子载波按-26~+26的顺序进行编号。其中48个子载波用于传输数据,另外4个子载波(-21、-7、+7、+21)称为导频载波。导频载波用来作为接收机解调器的相位和幅度参考,用于补偿失真的OFDM信号。

802.11a和802.11g数据率与调制方式的比较

BPSK:二进制相移键控
QPSK:四进制相移键控
QAM:正交调幅,结合了调相和调幅的调制方式。

2.4GHz信道

IEEE将2.4GHz信道划分为14个独立的信道,下图列出了美国、加拿大与欧洲使用的信道。

2.4GHz ISM频段信道规划

信道由其中心频率(fc)标识,每个信道宽度22MHz。例如,信道1的频率范围2.401~2.423GHz,其中心频率2.412GHz。两个相邻的信道中心频率间隔只有5MHz。信道之间相互重叠。

2.4GHz信道重叠

很容易看到其中 1、6、11 这三个信道(红色标记)之间是完全没有交叠的,也就是人们常说的三个不互相重叠的信道。另外,如果设备支持,除 1、6、11 三个一组互不干扰的信道外,还有 2、7、12;3、8、13;4、9、14 三组互不干扰的信道。

5GHz信道

5GHz UNII信道概述

根据802.11a修正案规定,两个信道中心频率只要相隔20MHz,就可以认为他们互不重叠。5GHz UNII频段全部23个信道均采用OFDM,信道中心频率之间的间隔为20MHz。理论上5GHz OFDM信道都是互不重叠的。

吞吐量和带宽

无线网络在有限的一段频率范围称为频段。频段即频率带宽。数据编码和调制方式决定了数据率,也成为数据带宽。OFDM射频卡支持的数据速率为6、12、18、24、36、48和54Bbps,但是所有UNII信道频率带宽都是一样的,不同的是调制和编码方式。采用不同的调制和编码方式可以获得不同的数据率,也就是数据带宽。

由于射频介质的半双工特性以及CSMA/CA产生的开销,实际的总吞吐量一般不会超过数据率的50%。例如当数据率为54Mbps时,实际吞吐量只有20Mbps。