【科普】為什么WiFi自動信道選到的信道多數在1/6/11


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論壇上不少朋友很困惑,為什么小極的自動信道選擇選到的信道只會在1、6、11這三個信道呢?WiFi不是一共有10幾個信道嗎?其他信道豈不是浪費了?

這個問題是個非常典型的問題,問100個人,幾乎100個人不知道答案的。為了回答這個問題,我准備不少基礎知識,但是,既解釋原理,又讓它不是那么深澀,是有難度的,所以,如果讀不懂的朋友,請多看幾遍,歡迎在此話題下討論,我看到了給你講的更細一點。

首先,需要肯定的一點,不是小極的工程師能力不行,搞出這樣的算法...(某工程師掩面而泣),而是,這是一個通用作法,是符合協議和WiFi傳輸原理的設計,先看一幅圖:


從圖中,我們很直觀的看到,在一個典型的應用環境下,所有廠家的設備仿佛被某種力量牽引着,把設備的信道都設在了1、6、11這三個信道。這是為什么呢?因為,在WiFi的世界中,有一條原則雷打不動,那就是在信道范圍內,同一時刻,只有一台設備可以發信號,其他設備都需要等待。

我們知道,WiFi的原理是把數據載到電磁波上,通過一定的算法來識別。那么,問題來了,如果空氣中有兩個設備同時發出WiFi數據,他們所在的信道又一樣,這兩束電磁波在空氣中就會疊加(疊加原理),從而變形,變成誰都無法識別的錯誤數據。對我們百姓來說,不需要理解他們是如何疊加的,那是麥克斯韋、薛定諤、愛因斯坦那種級別的大佬關心的內容。所以,

結論一:因為WiFi是電磁波,所以在同一個頻率范圍內,某個時刻只能有一台設備工作,否則就會出錯。

既然有上述特性,那么,靠大家自覺是不現實的。所以,WiFi的協議中給出了嚴謹的算法,來保證遵守WiFi802.11協議的設備,能夠在相同的頻率范圍,不沖突,大家有秩序排隊干活。因此,為了讓各個芯片廠家有據可循,WiFi協議對頻率與信道的對應做了規定,舉例來說:1信道的中心頻率是2.412GHz,信道有效帶寬是20MHz,實際帶寬是22MHz,其中的2MHz帶寬是隔離帶,防止某些廠商能力不足,精度無法控制的剛剛好,留點余量。如何直觀的理解這個約定呢?我畫了一幅圖,如下所示:


從圖中,我們可以直觀的看到,每個信道的中心頻率是多少,它所能夠覆蓋的范圍是多少。這里,簡單解釋有效頻率的概念,涉及到無線電傳輸理論,我盡量言簡意賅。電磁波之所以能夠傳輸數據,是因為波的振幅,頻率等信息可以唯一確定一個矢量,只要我們對這個矢量進行編解碼,就可以對應010101數據串。與網線傳輸數據類似,網線傳輸數據時,高電壓表示0,低電壓表示1,所以,在網線上傳輸的數據,就是一堆的高低高低高低高低電壓組合。用電磁波來傳輸數據有帶寬的概念,即1束波可以傳1位數據,還是2位數據,還是3位數據,是有講究的。通常,我們把這束波叫子載波,一個子載波多了可以傳3位數據,即(001,110,010,等等),少了只能傳1位數據,如(1或者0),那么,同時能發出多少束子載波由有效帶寬決定。在WiFi的協議中約定有效帶寬是20MHz,802.11N協議中,有一種有效帶寬是40MHz,802.11AC協議中,有一種有效帶寬是80MHz。可以直觀的理解,有效帶寬越寬,單位時間傳輸的數據量就越大,為啥11AC那么牛逼哄哄,就這個道理。

回到本話題,我們知道有了有效帶寬是20MHz(老實本分,不喧嘩...),那就要知道有效信道。所謂有效信道是工作時,互不干擾的有效帶寬所對應的的中心頻率,從上圖可以看出,我在圖中也給出了結論,有效信道的組合也就3種。

那么,為什么業內都要有用1、6、11這種組合呢,為啥不用其他兩種組合,這里,又要涉及到一個小知識點,開篇我有解釋,中國支持1-13個信道,那么,中國之外呢?歐洲支持1-13信道,美國支持1-11信道,日本支持1-14信道,總的來看,子集是1-11信道。因此,把設備的自動信道設為1-6-11這三個信道,是即安全,又普遍且皆大歡喜的作法。因此,結論來了:

結論二:信道設為1、6、11由有效信道而來,並且,從各個國家的法規出發,選擇1、6、11最穩妥。

由此可以引出一個我們日常生活中常見的誤區:

小王問:“張導,為啥我的小極朋友的手機搜索不到呢?是不是你家小極挫啊...”
答案:查了一下信道,發現他設了手動信道13,然后先不問為什么設13,直接告訴他,小王啊,你把信道設到1信道試試,他按照我的說法做了,他朋友的手機果然搜到小極。於是,他很困惑,丈二和尚摸不着頭腦,這是為什么呢?我告訴他,不要急,我正在寫一篇科普帖子,看看這篇帖子就明白原因了。(實際原因是他朋友的手機是國外行貨,比如美國貨,不支持12,13信道...)。

結束語,這不是結尾,這是開始,還有幾篇科普的帖子會以這篇為理論依據,來解釋你們看起來困惑,其實很原理很簡單的現象。

謝謝大家支持~!相互學習,共同進步!

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