WiFi信号的流动本质上是电磁波在空间中的传播,其过程涉及多个物理层和协议层的协作运作。以下是具体机制和技术细节的详细分解:
1. 射频载波调制
WiFi基于IEEE 802.11标准,使用2.4GHz或5GHz频段的无线电波。数据通过正交频分复用(OFDM)技术调制到载波上,将数字信号转换为模拟电磁波。802.11ac/ax标准引入高阶编码(如256-QAM),单个子载波可携带8比特数据。
2. MIMO波束成形
多输入多输出(MIMO)技术利用相位阵列天线控制电磁波传播方向。通过调整多个天线的信号相位差,形成定向波束(Beamforming),提升特定方向的信号强度。802.11ax标准支持8×8 MU-MIMO,可同时服务多个终端。
3. 介质访问控制
CSMA/CA(载波多路访问/冲突避免)协议协调设备共享信道。设备发送前执行虚拟载波检测(NAV)和物理载波检测,避免碰撞。802.11ax引入OFDMA技术,将信道划分为更细的RU(Resource Unit),实现多设备并行传输。
4. 射频传播特性
电磁波遇到障碍物时会产生反射(Reflection)、衍射(Diffraction)和散射(Scattering)。5GHz信号波长较短(约6cm),穿透力弱但带宽大;2.4GHz信号波长较长(约12cm),绕射能力更强但易受蓝牙等设备干扰。
5. 协议栈封装
数据传输时经历多层封装:应用层数据被TCP/IP协议封装后,添加802.11帧头(含MAC地址、序列号等),物理层再加入前导码(Preamble)和PLCP头以便接收端同步。802.11ac引入VHT帧结构,支持最高160MHz信道绑定。
6. 信号衰减模型
自由空间路径损耗遵循弗里斯公式(Friis Equation),距离加倍信号衰减6dB。实际环境中需考虑对数距离路径损耗模型(Log-distance Path Loss Model),衰减指数通常在2(自由空间)到5(密集多径环境)之间。
7. 频率复用技术
DFS(动态频率选择)功能自动避开雷达频段,TPC(发射功率控制)动态调整功率。蜂窝WiFi架构采用频率复用因子为3的规划,避免相邻AP同频干扰。
现代WiFi 6E已扩展至6GHz频段(5925-7125MHz),提供1200MHz连续频谱。Mesh组网采用802.11k/v/r协议实现无缝漫游,时延可控制在10ms以内。物理层吞吐量理论峰值达9.6Gbps(160MHz信道,1024-QAM)。