本文為解密無線網(wǎng)絡(luò)系列文章的***部分，文章中，分析師Craig Mathias詳細(xì)介紹了構(gòu)成現(xiàn)代無線網(wǎng)絡(luò)的幕后技術(shù)。

即使已經(jīng)在無線領(lǐng)域工作超過20年時(shí)間，我仍然對(duì)這項(xiàng)技術(shù)感到驚嘆。設(shè)想一下，我們將信息保存在一個(gè)位置，然后它就會(huì)出現(xiàn)在另一個(gè)預(yù)期位置，兩點(diǎn)之間完全不需要任何物理連接。從我小學(xué)的***個(gè)水晶無線裝置到現(xiàn)在使用的GB級(jí)系統(tǒng)，無線網(wǎng)絡(luò)的神奇仍在延續(xù)。

當(dāng)然，無線技術(shù)背后并不存在什么魔法——它實(shí)際上仍然是一些基于非?；A(chǔ)的物理原理建立的無數(shù)復(fù)雜工程。因此，在本系列的三篇訪問中，我將詳細(xì)介紹無線網(wǎng)絡(luò)的工作原理。我一定會(huì)盡量保持簡(jiǎn)單，使一些非技術(shù)專業(yè)的人也能夠理解這其中的奧妙。

我們首先從最基本的概念開始。我們都知道的一個(gè)物理概念是“電磁波譜”。這就是電磁波的載體，它是由一種相對(duì)較為簡(jiǎn)單的電子設(shè)備“振蕩器”產(chǎn)生。振蕩器會(huì)發(fā)出正弦波(還記得這是高中幾何課講的內(nèi)容吧?)，然后我們可以調(diào)整振蕩器，使它產(chǎn)生具有特定頻率和振幅的電磁波。頻率是指所生成電磁波的振動(dòng)速度，而振幅則是指電磁波的強(qiáng)度。這兩個(gè)指標(biāo)都受相關(guān)法規(guī)的限制——例如，在美國(guó)，聯(lián)邦通信委員會(huì)負(fù)責(zé)規(guī)定誰可以使用電磁頻譜中哪一些頻段(也稱為頻帶)，同時(shí)規(guī)定它們的用途與使用環(huán)境。你可能也想到了，這里涉及的法律問題可能比所有底層的物理與工程設(shè)計(jì)還要復(fù)雜很多。

一旦有了正弦波，下一個(gè)任務(wù)就是將需要傳輸?shù)男畔⒕幋a并添加到電磁波上。這個(gè)過程稱為“調(diào)制”，而它是通過改變電磁波的物理特性實(shí)現(xiàn)的。我們修改振幅(如AM無線電)、頻率(如FM無線電)或電磁波相位，后者是指在任意指定時(shí)刻跨越360度周期它所在的位置。而且，我們還可以組合修改這些變量。例如，正交調(diào)幅就是組合使用了振幅和相位調(diào)制，它常用于衛(wèi)星通信、現(xiàn)代Wi-Fi系統(tǒng)及一些蜂窩系統(tǒng)，如LTE。調(diào)制的技術(shù)越好，我就可以給電磁波加載越多的數(shù)據(jù)。這會(huì)產(chǎn)生某種形式的數(shù)據(jù)壓縮，因此可以通過所謂的“頻譜效率”實(shí)現(xiàn)更高的性能。發(fā)送這種經(jīng)過調(diào)制信號(hào)的***一步是放大信號(hào)(增加功率)，然后通過天線將它發(fā)送到空中。本系列文章后面將會(huì)用更多篇幅介紹天線——無線電中最重要的部分。

無線網(wǎng)絡(luò)的工作原理還取決于其他因素

無線電并不是僅僅涉及正弦波和電磁頻譜。在發(fā)送信號(hào)之后，核心問題就是所謂的“無線頻道”——眾所周知，正是它將電磁波從一點(diǎn)傳輸?shù)搅硪稽c(diǎn)。這就是最復(fù)雜的一步。首先，無線波的功率會(huì)隨距離快速地衰減(“平衰減”)——這意味著即使高功率信號(hào)也會(huì)快速減弱。因此，假設(shè)信號(hào)能夠到達(dá)并且有足夠被檢測(cè)的功率，另一端的接收器也必須要足夠敏感，才能檢測(cè)到信號(hào)。如果信號(hào)太弱，那么它就會(huì)變得像噪音。目標(biāo)是讓信噪比越高越好。

接下來，無線波還可能被固體(“陰影衰減”)、主信號(hào)的回聲及反射(“多路徑衰減”或“雷利衰減”)或有意干擾(“堵塞”，在非軍事環(huán)境極少出現(xiàn))或無意干擾阻擋。Wi-Fi及其他運(yùn)行在共享未授權(quán)頻帶的系統(tǒng)必須使用各種技術(shù)來避免受到運(yùn)行在相同未授權(quán)頻帶的其他并行(且合法)信號(hào)的干擾。不僅如此，這些系統(tǒng)還必須避免與管理部門規(guī)定的更重要的信號(hào)發(fā)生干擾。這里避免干擾的最常用方法是使用各種形式的擴(kuò)頻無線電，它會(huì)將信號(hào)分散到大量不同頻率的頻帶中，從而以犧牲頻譜效率來提升可靠性。

***的技術(shù)還未出現(xiàn)

但是，如果信號(hào)成功到達(dá)預(yù)期接收端(根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，實(shí)際上無線網(wǎng)絡(luò)在大多數(shù)應(yīng)用程序中都能做到這一點(diǎn))，那么這些放大的信號(hào)就會(huì)被解調(diào)和轉(zhuǎn)換回原始格式?，F(xiàn)在大多數(shù)無線通信都采用數(shù)字方式，這意味著我們只會(huì)發(fā)送1和0，因此我們就有可能以各種形式去改進(jìn)可靠性和性能，而且這個(gè)過程也相對(duì)較為簡(jiǎn)單。到現(xiàn)在為止，至少已經(jīng)介紹了為什么現(xiàn)代無線系統(tǒng)能夠以較低的價(jià)格實(shí)現(xiàn)較高的性能了，例如，目前的802.11ac無線LAN產(chǎn)品支持1.3 Gbps吞吐量，這似乎已經(jīng)非常大了，但是將來還可能出現(xiàn)更高速度的產(chǎn)品。而所有這些都?xì)w功于我們已經(jīng)有能力基于一些簡(jiǎn)單物理原理設(shè)計(jì)和開發(fā)出可靠且低價(jià)的數(shù)字無線系統(tǒng)。