WiFi-射頻(RF)簡介 — Part 1
本文將介紹一些無線網路WIFI的頻率概念。我們將介紹以下三個部分:
- RF的物理學
- WiFi與OSI模型
- 802.11標準與其歷史
RF的物理學
在介紹RF之前，我們需要定義以下的術語:
- Amplitude
- Frequency
- Phase
- Modulation
- Wavelength
- Signal to Noise Ratio (SNR)
- Free Space Path Loss
- Scattering
- Absorption
- Refraction
- Reflection
- Diffraction
Amplitude(振幅)
幅度基本上是一個波形（例如射頻訊號）的高度或強度的量測。現在，在 Wi-Fi 的故事中，它描述了波形(如上圖)的上升和下降程度。振幅越大，訊號越強，振幅越小，訊號越弱。
Frequency(頻率)
頻率是指電磁波（例如 Wi-Fi 訊號）在單位時間內完成的週期數或振盪次數，通常以赫茲為單位，表示每秒的週期數。
因此，在上圖中看到的，起點是 A，在水平時間尺度上的點 E 處為一秒，因此它在一秒鐘內到達水平時間尺度上的同一點。在這種情況下，我們說頻率是一赫茲。
Phase(相位)
射頻 (RF) 中的相位是指電磁波在其週期的特定點的位置或狀態。
它呈現Wi-Fi 訊號與其他訊號的相對時間或對齊。它可以用"度(degrees)或弧度(radians)"來測量，並且在這種情況下是波形相對於時間零點的位置。
訊號發射器和接收器之間的正確相位關係對於確保準確的資料傳輸和同步Wi-Fi通訊中的訊號至關重要，透過保持適當的相位對齊，可以實現可靠的通信，最大限度地減少干擾並優化訊號品質。
Modulation(調變)
調變是一種改變波形的屬性對來自訊息來源的資訊進行編碼的技術，使其適合傳輸。透過將資訊疊加到作為傳輸媒介的高頻載波中，可以發送不同類型的資料，如視訊、語音或其他訊息，這個過程涉及改變載波的參數，其振幅、頻率或相位等均根據調製訊號而變化，又稱訊息訊號(message signal)。
這些波形變化可以作為有效傳輸資料的代碼，一旦調變過程完成，調變訊號就會由發射端發出，可供預期接收者接收和解碼，並透過調變，將原始訊息轉換成可以透過無線電波傳輸的格式，從而實現不同類型的資料的有效通訊和傳輸。
例如以音樂家來比喻。典型的音樂家會在音樂中加入自己的詮釋和風格。 RF 調變對資料添加了自身的扭曲以便發送。現在想像一下資料就像在鋼琴上演奏的原始樂譜。調變過程就像將鋼琴演奏轉換為不同的樂器，例如吉他或小提琴。音符和旋律保持不變，但演奏和表達方式卻改變了。
Wavelength(波長)
波長的概念非常簡單。它是代表 Wi-Fi 訊號的正弦波上相應點之間的距離，例如兩個波峰或波谷之間的距離。如上圖中所看到的，峰值從點 A 開始，並且相應的峰值與其相鄰，這就是波的長度。
Signal to Noise Ratio (SNR)訊號雜訊比
訊號雜訊比是指Wi-Fi 訊號強度與背景雜訊之間的測量值，呈現的是訊號的清晰度和可靠性。較高的SNR 值意味著訊號相對於雜訊更強，從而帶來更清晰、更可靠的無線連接，但較低的 SNR 值表示訊號較弱且更容易受到干擾，這可能會導致資料包遺失並降低網路效能。
SPL(space path loss) 是指在 Wi-Fi 環境中，SPL 是由於 Wi-Fi 發射器和接收器之間的距離以及傳輸訊號的頻率導致的訊號強度的下降或衰減。損失(Loss)是訊號在空中傳播並變弱的自然結果，可以用上圖的數學公式來量化或使用線上資源來計算 SPL scattering。
Scattering(散射)
當無線電波在傳播路徑上遇到障礙物（例如牆壁、建築物或其他物體）時，就會發生散射。當電波與這些障礙物相互作用時，它們會向多個方向散射，而不是沿著直線傳播，但散射對無線通訊既有正面的影響，也有負面的影響。
另一方面，散射可以透過將無線電波繞過障礙物來增強訊號覆蓋範圍，使其到達原本受阻的區域。現在，這可以提高 Wi-Fi 訊號的整體覆蓋範圍和範圍，但另一方面，散射也會導致訊號衰減和干擾。
Absorption(吸收)
吸收是當無線電波遇到牆壁、建築物或其他物體等障礙物時，就會發生射頻吸收。
這些障礙物吸收了部分電波攜帶的能量，導致訊號強度降低。這就像當我們聽音樂時走進一間有隔音壁的房間。由於隔音壁吸收了大部分聲波，所以聲音變得低沉甚至聽不到。不同的材料具有不同的吸收特性，因此有些材料比其他材料吸收更多的無線電波。
例如，與玻璃或木材相比，混凝土和磚塊更能吸收無線電波。甚至人體也會吸收無線電波，在某些情況下甚至能阻擋它。這種吸收會導致Wi-Fi 訊號變弱，並出現連接問題，但一件事都有正反兩面，有時吸收也是有效益的，特別是在體育場等高密度環境中，那裡有數百個AP，而我們想限制這些訊號抵達。
Refraction(折射)
射頻折射是指無線電波在穿過不同介質時會改變方向的情況。例如光穿過棱鏡並彎曲，導致顏色分離。當無線電波遇到其傳播介質的密度或成分變化時，例如空氣或水到玻璃，其速度和方向就會改變。
這種方向的改變稱為折射，類似於汽車從平坦的道路行駛到顛簸的道路時改變方向的方式。折射量取決於所涉及介質的性質。
- 當電波從空氣(較低密度)過渡到水或玻璃等密度較高的物質時，它們會減慢速度並向正常方向彎曲。
- 當它們從密度較大的介質移動到密度較小的介質時，它們會加速並偏離正常反射。
Reflection(反射)
射頻反射是指無線電波從牆壁或天花板等表面反射的行為(改變其方向)。
當無線電波遇到障礙物或表面時，一部分能量會被反射回環境中。這種反射是由於無線電波和表面材料相互作用而發生的。就像球從牆上彈起一樣。無線電波會相應地從其路徑上的表面反射。
射頻反射的行為取決於多種因素，例如入射角、表面成分和無線電波的頻率。現在，不同的材料可以具有不同的反射特性，因此反射的程度也會有所不同。例如，金屬表面反射性很強，導致無線電波幾乎完全反射回來，但其他材料可能會在一定程度上吸收或散射無線電波。
Diffraction(繞射)
射頻繞射是指射頻波在路徑上遇到障礙物時所發生的彎曲和擴散。
就像我們看到光線穿過一個狹窄的開口並從另一側散開一樣。當無線電波遇到物體或邊緣時，它們會發生繞射。發生這種情況的原因是波試圖繞過障礙物傳播，導致障礙物彎曲或擴散。這與溪流中水圍繞岩石產生的漣漪類似。
射頻繞射的程度取決於多種因素，包括無線電波的波長和障礙物的大小。如果障礙物的尺寸與波長相當或大於波長，則會發生嚴重的繞射。而如果障礙物比波長小得多，則繞射效應就非常小。
