毕业设计（论文）-陕西理工学院南区无线信号的测试与分析.doc

陕西理工学院毕业设计陕西理工学院本科毕业设计任务书院(系) 数学与计算机科学学院 专业班级 网络工程(网络1102) 学生姓名 一、毕业设计题目 陕西理工学院南区无线信号的测试与分析 二、毕业设计工作自 2014 年 12 月 9 日 起至 2015 年 6 月 20 日止三、毕业设计进行地点: 陕西理工学院 四、毕业设计应完成内容及相关要求： 随着WiFi功能在笔记本、手机、iPad等设备中的普及，利用无线网络上网的需求越来越大，它似乎比传统的网线更适合人们用于忙里偷闲。于是，无线网络覆盖和各种无线接入点的信号的分布影响自然成为人们关心的问题。 本项目要求使用无线网络信号探测设备/软件，实现对陕西理工学院南校区主要区域在不同时段的无线网络信号进行探测分析，并对收集到数据进行各种分析。 五、毕业设计应收集资料及参考文献： 1司华峰. WLAN信号探测信息获取与还原技术研究D.北京交通大学,2012. 2姜艳. WLAN网络热点覆盖方案及优化的研究D.吉林大学,2013. 3赵德才,王凤利,李小军,谢博阳. 大学校园无线宽带网的热点覆盖J. 河北北方学院学报(自然科学版),2012,02:25-28+117. 4郭本英. 基于802.11n标准的WLAN接入规划与设计J. 信息通信,2012,04:212-213. 5陶凯,倪晓明,姜望. 浅谈室外WLAN信号解决方案A. 中国科学技术协会、河北省人民政府.第十四届中国科协年会第20分会场：转型创新促通信业新发展论坛论文集C.中国科学技术协会、河北省人民政府:,2012:10. 6徐超. WLAN无线信号室外覆盖预测和分析J. 移动通信,2014,Z1:97-101. 7侯群,高立. WLAN室外覆盖无线信号仿真研究J. 移动通信,2011,10:39-43. 六、毕业设计的进度安排： 第1阶段 文献资料查阅, 2015.3.20前完成开题报告撰写。 第2阶段 2015.4.10前完成需求分析，确立设计方案。 第3阶段 2015.5.1前完成详细设计及实现。 第4阶段 系统测试；总结设计内容，2015.5.20前完成毕业设计说明书撰写。 指导教师签名 专业负责人签名 学院领导签名 批准日期 陕西理工学院南区无线信号的检测与分析（陕西理工学院数学与计算机科学学院网络工程专业1102班级，陕西 汉中 723000）指导教师：摘要针对陕西理工学院南区无线信号检测与分析方案，其主要内容包括检测地点和时间的选择，无线网络信号数据的收集以及无线信号的分析。在论文中首先介绍了此次研究课题的目的和需求分析。接着论述了无线信号检测方案的检测对象的选择以及收集无线数据的具体流程。最后对所收集到的无线数据通过excel进行统计，利用各种工具对收集到数据进行操作，分析无线信号分布规律以及无线信号在不同时域不同区域的规律变化和场强变化规律。关键词无线信号检测；无线信号检测；分析 Wireless Signal Detection and Analysis of Shaanxi University Of Technology (Southern District)ZHANG Zhixin（Grade 11,Class 02,Major Network Engineering,School of Mathematics and Computer Science,Shaanxi University Of Technology,HanZhong 723000,ShaanXi）Tutor:JIA WeiAbstract:For the Southern DIstrict of shananxi University of wireless signal detection and analysis program,which mainly include an analysis old the place and time to select a test,collect data and wireless network signal wireless signal.In the paper we introduce the research purpose and needs analysis.Then discussed the selection wireless signal detection scheme to detect objects and speciffic processes to collect wireless data.Finally,the collected statistics via wireless data excel,excel spreadsheet use the various functions to manipulate the data collect to analyze the radio signal and a radio signal distribution law of change and variation of the field strength is not the same domain in different regions.Keyword: Wireless signal analysis;wireless signal detection;analysis目 录引 言11. 无线检测方案的需求分析21.1 校园无线网概述21.2业务需求分析21.2.1无线网络的协议标准21.2.2业务需求分析32. 无线信号检测方案的设计52.1无线信号检测线路及地点的设计52.2无线信号检测时间的设计52.3无线检测对象的设计.62.3.1无线信号相关因素62.3.2无线信号检测方案检测对象的选择.73. 无线信号的收集123.1无线性能指标123.2无线信号值的采集124. 无线信号数据的分析144.1无线信号的分析144.1.1符合要求的场强分布规律144.1.2.无线信号与地点的分析144.1.3.无线信号的速率分析154.1.4.无线信号的信道分布154.1.5无线信号在时间和地点分布的规律164.1.6无线信号的加密类型164.2无线信号的结论174. 总结18参考文献20科技外文文献21引言随着大学校园网络数据传输需要的逐渐增加，特别是应用数据、话音、视像多媒体的传输量的增加,无线校园网建设正向数字化、智能化方向发展。而校园无线局域网作为校园网的重要组成部分，因此在校园网中建设无线局域网作为有线校园局域网的重要补充显得尤为重要。无线局域网是相当便利的数据传输系统，它利用射频技术，取代旧式的双绞铜线所构成的局域网络，使得用户能够利用其简单的存取架构，信息随身化、随时随地连接网络世界。 无线局域网弥补有线局域网络之不足，以达到网络延伸之目的。陕西理工学院南区的无线网络信号可能存在覆盖不均匀等情况。为了更好的了解陕西理工学院无线网络信号的覆盖情况及信号的强度以及干扰等信；研究校园内不用环境下阴影衰落的分布规律以及分析建筑物穿透损耗随频率变化的关系；移动环境下衰减的规律；掌握室外环境下场强的测量方法。所以特此在陕西理工学院（南区）选点进行无线信号检测对数据进行分析，研究数据可能存在的规律。1. 无线检测方案的需求分析通过无线信号搜集软件（ssid)在陕西理工学院南区有目标的选择特殊的检测点和时间点收集陕西理工学院南区无线网络信号数据，分析陕西理工学院南区无线网络信号的覆盖情况以无线信号的变化规律。1.1 校园无线网概述无线校园网就是通过无线局域网等相关技术，在校园中建立的无缝无线网络，使校园的每个角落都处在无线网络中，从而形成真正意义上的无线校园网，目前的校园无线网络存在以下的问题。目前绝大多数学校已拥有的有线网络，但是由于固线网络只能提供数量有限且位置固定的信息点，无法满足学校师生随时随地共享教育网络资源的需要。并且目前的无线网络并不是真正意思上的无线网络。但是无线校园网满足了正常的教学需求，所以无线校园网正是顺应了教育信息化建设的前进步伐，蓬勃发展起来的。无线校园网最大的特点是具有的高度的空间自由性和灵活性；可以避免大规模铺设网线和固定设备投入，有效地削减了网络建设费用，极大地缩短了建设周期；无线局域网带宽很宽，适合进行大量双向和多向的多媒体信息传输，无线网络弥补了有线网络的固有缺点，极大地促进了校园视频教学。目前教育网用户非常期待实现的许多需求，如网络信息点流动的需求、难以布线区域网络建设的需要、利用网络提高教学效率的需要、以及信息化建设中降低成本和保护投资的要求等，通过无线校园网的建设，都可以找到解决的基础和途径，从而更好的为网络教学服务。1.2业务需求分析此次的课题属于研究型课题，所以此次课题的需求就是探究陕西理工学院南区无线网络信号的覆盖情况，探究陕西理工学院南区无线网络在不同时间不同区域无线网络信号变化规律，研究无线网络信号的加密方式与无线网络信号的信道分配情况等。1.2.1无线网络的协议标准802.11a属于IEEE 无线网络标准，指定最大 54Mbps 的数据传输速率和 5GHz 的工作频段。802.11a标准是已在办公室、家庭、宾馆、机场等众多场合得到广泛应用的802.11b无线联网标准的后续标准。它工作在5GHzU-NII频带，物理层速率可达54Mb/s，传输层可达25Mbps。可提供25Mbps的无线ATM接口和10Mbps的以太网无线帧结构接口，以及TDD/TDMA的空中接口；支持语音、数据、图像业务；一个扇区可接入多个用户，每个用户可带多个用户终端。 802.11的第二个分支被指定为802.11a。承受着风险将802.11带入了不同的频带5.2GHzU-NII频带，并被指定高达54Mbps的数据速率。与单个载波系统802.11b不同，802.11a运用了提高频率信道利用率的正交频率划分多路复用(OFDM)的多载波调制技术。由于802.11a运用5.2GHz射频频谱，因此它与802.11b或最初的802.11WLAN标准均不能进行互操作。 IEEE 802.11b无线局域网的带宽最高可达11Mbps，比两年前刚批准的IEEE 802.11标准快5倍，扩大了无线局域网的应用领域。另外，也可根据实际情况采用5.5Mbps、2 Mbps和1 Mbps带宽，实际的工作速度在5Mb/s左右，与普通的10Base-T规格有线局域网几乎是处于同一水平。作为公司内部的设施，可以基本满足使用要求。IEEE 802.11b使用的是开放的2.4GB频段，不需要申请就可使用。既可作为对有线网络的补充，也可独立组网，从而使网络用户摆脱网线的束缚，实现真正意义上的移动应用。IEEE 802.11b无线局域网与我们熟悉的IEEE 802.3以太网的原理很类似，都是采用载波侦听的方式来控制网络中信息的传送。不同之处是以太网采用的是CSMA/CD（载波侦听/冲突检测）技术，网络上所有工作站都侦听网络中有无信息发送，当发现网络空闲时即发出自己的信息，如同抢答一样，只能有一台工作站抢到发言权，而其余工作站需要继续等待。如果一旦有两台以上的工作站同时发出信息，则网络中会发生冲突，冲突后这些冲突信息都会丢失，各工作站则将继续抢夺发言权。而802.11b无线局域网则引进了CSMA/CA(载波监听多路访问/冲突避免)技术和RTS/CTS(请求发送/清除发送)技术，从而避免了网络中冲突的发生，可以大幅度提高网络效率。这里的CSMA/CA技术与正常情况下的CSMA/CD技术原理有所不同，原理是：站点在发送报文后等待来至接入点AP(基本模式)或来至另外站点(对等模式)的确认帧(ACK)。如果在一定的时间内没有受到确认帧，则假定发生了冲突并从发该数据。如果站点注意到信道上有活动，就不发送数据。RTS/CTS的工作方式与调制解调器类似，在发送数据之前，站点将一个请求发送帧发送到目的站点，如果信道上没有活动，那么目的站点将一个清除发送帧发送回源站点。这个过程成为“预热”其他站点，从而防止不必要的冲突。RTS/CTS只用于特别大的报文和重发数据时可能出现严重带宽问题的场合IEEE802.11工作组近年来开始定义新的物理层标准IEEE802.11。与以前的IEEE802.11协议标准相比，IEEE802.11草案有以下两个特点：在24GHz频段使用正交频分复用（OFDM）调制技术，使数据传输速率提高到20Mbit/s以上；能够与IEEE802.11的Wi-Fi系统互联互通，可共存于同一AP的网络里，从而保障了后向兼容性。这样原有的WLAN系统可以平滑地向高速WLAN过渡，延长IEEE80211b产品的使用寿命，降低了用户的投资。2003年7月IEEE802.11工作组批准了IEEE802.11草案，该标准成为人们关注的新焦。随着WLAN技术的应用日渐广泛，用户对数据传输速率的要求越来越高。但是在室内这个较为复杂的电磁环境中，多经效应、频率选择性衰落和其它干扰源的存在使得无线信道中高速数据传输的实现比有线信道困难，因此WLAN需要采用合适的调制技术。 IEEE80211WLAN是一种能支持较高数据传输速率（154Mbit/s），采用微蜂窝、微微蜂窝结构，自主管理的计算机局域网络。其关键技术大致有3种，直序列扩频调制技术(DSSS:Direct Sequence Spread Spectrum)及补码键控(CCK：Complementary Code Keying)技术、包二进制卷积(PBCC：Packet Binary Convolutional Code)和正交频分复用技术OFDM：Orthogonal Frequency Division Mustiplexing。每种技术皆有其特点，目前扩频调制技术正成为主流，而OFDM技术由于其优越的传输性能成为人们关注的新焦点。OFDM技术其实是多载波调制(MCM:Multi-CarrierModulation)的一种。其主要思想是：将信道分成许多正交子信道，在每个子信道上进行窄带调制和传输，这样减少了子信道之间的相互干扰。每个子信道上的信号带宽小于信道的相关带宽，因此每个子信道上的频率选择性衰落是平坦的，大大消除了间干扰。由于在OFDM系统中各个子信道的载波相互正交，于是它们的频谱是相互重叠的，这样不但减少了子载波间的相互干扰，同时还提高了频谱利用率。在各个子信道中的这种正交调制和解调可以采用反向快速傅里叶变换（IFFT）和快速傅里叶变换（FFT）方法来实现，随着大规模集成电路技术与DSP技术的发展，IFFT和FFT都是非常容易实现的。FFT的引入，大大降低了OFDM实现的复杂性，提升了系统的性能。 无线数据业务一般都存在非对称性，即下行链路中传输的数据量要远远大于上行链路中的数据传输量。因此无论从用户高速数据传输业务的需求，还是从无线通信自身来考虑，都希望物理层支持非对称高速数据传输，而OFDM很容易通过使用不同数量的子信道来实现上行和下行链路中不同的传输速率。由于无线信道存在频率选择性，所有的子信道不会同时处于比较深的衰落情况中，因此可以通过动态比特分配以及动态子信道分配的方法，充分利用信噪比高的子信道，从而提升系统性能。由于窄带干扰只能影响一小部分子载波，因此OFDM系统在某种程度上能抵抗这种干扰。OFDM技术有非常广阔的发展前景，已成为第四代移动通信的核心技术。IEEE80211/标准为了支持高速数据传输都采用了OFDM调制技术。目前，OFDM结合时空编码、分集、干扰包括码间干扰（ISI）和信道间干扰（ICI）抑制以及智能天线技术，最大程度提高了物理层的可靠性。如再结合自适应调制、自适应编码以及动态子载波分配、动态比特分配算法等技术，可以使其性能得到进一步优化。802.11i是新的无线数据网安全协议，已经普及的WEP协议中的漏洞，将成为无线数据网络的一个安全隐患。802.11i提出了新的TKIP协议解决该安全问题。1.2.2业务需求分析陕西理工学院校园网建立于2001年6月，由原汉中师范学院校园网和原陕西工学院校园网合并而成。作为学校教学、科研、管理的技术支撑部门，学校给予了高度的重视和支持 。陕西理工学院无线局域网存在以下问题：首先陕西理工学院无线局域网虽然解决了有线局域网无法克服的困难，拥有很多优势，但与有线局域网相比，仍然有不足之处。无线局域网速率较慢，一般容易受到干扰，功率受限。现在用户只能以11mbps的速度发送和接受信息，移动能力较强的完全分布型无线局域网更是结构复杂、成本高并存在多路径干扰。其次由于陕西理工学院无线网络的传输介质脆弱（易受干扰）和传输环境的不确定性，导致了它除了具有有线网络的不安全因素外，还容易遭受非法的窃听和干扰、冒充、欺骗等形式的攻击，安全性问题一直是无线局域网迫切需要解决的问题。最后陕西理工学院南区的无线网络信号可能存在覆盖不均匀等情况。为了更好的了解陕西理工学院无线网络信号的覆盖情况及信号的强度以及干扰等；研究校园内不同环境下阴影衰落的分布规律以及分析建筑物穿透损耗随频率变化的关系；移动环境下衰减的规律；掌握室外环境下场强的测量方法。所以特此在陕西理工学院（南区）选点进行无线信号检测对数据进行分析，研究数据可能存在的规律。2. 无线信号检测方案的设计此次无线信号检测方案设计要点主要有无线检测地点的设计和无线检测时间的设计以及无线数据的收集，无线信号数据的分析。2.1无线信号检测线路及地点的设计此次无线信号的检测的目的是的摸清陕西理工学院无线信号的具体分布，信号强弱以及受干扰程度等情况。对检测到数据进行一定的分析，选取特殊的数据来研究。有目标的选择固定的地点在不同的时间段利用场强测试软件对无线信号功率值进行测量，单位选择dbmw，数据记录时为方便没有写-号，录入是改正。为了所收集的数据尽量符合实际情况，特地在陕西理工学院南区实地考察后，根据陕西理工学院南区的整体布局和楼层布放特点以及教职工和学生的流动规律。所以测量时选择了13个地点。具体测试路线是：从南至北。（从南门到北门）。具体检测点如下：1） 图书馆和13栋学生宿。2） 9号学生宿舍。3） 6学生宿舍和学生宿舍1。4） 行政楼和北门。5） 游泳馆。6） 9号教学楼和家属楼。7） 6号教学楼和北门。8） 学生食堂。这所选择的这13个检测点包括了学生宿舍区域，教学区域，行政办公区域，以及休闲娱乐区。这样的选点充分的考虑了所以的特殊区域，同时也符合陕西理工学院南区的实际情况。也为最后无线数据的分区域分析提供了便利。采集数据时在每个检测的位置误差不得超过3米，每次检测路线基本上要一致。2.2无线信号检测时间的设计选择检测时间时必须符合实际情况，由于陕西理工学院南区在周内人员流动和周末人员流动存在较大的差异。为了使所收集的无线数据更符合现场环境，所以决定在周内选择两天（星期二和星期三），在周末选择一天（周日）来进行为期三天的无线网络信号数据的收集。同时为了研究无线网络信号在不同时域的规律变化，所以选择在星期二的13点对陕西理工学院南区的13个检测点收集一次无线网络信号数据。在星期三的10点和星期日对13个检测点进行无线信号数的采集。每次采集数据的时间必须控制在1小时30分钟之内，否则所采集到的数据就失去实际意义。每个检测点的停留时间不的低于30s,待无线信号的变化平稳后方可采集数据。天气状况：晴天且有风。频点：622-635MHz。下图2.1显示的是无线信号检测 图2.1线路2.3无线检测对象的设计.此次课题检测对象包括无线信号发射器的MAC地址，无线信号的ssid,无线信号的场强，无线信号的加密模式，无线信号的信道，无线信号传输速率，无线信号检测地点，无线信号的检测时间。2.3.1无线信号相关因素（1）大尺度路径损耗在移动通信系统中，路径损耗是影响通信质量的一个重要因素。大尺度路径损耗：用于测量发射机与接收机之间信号的平均衰落，即定义为有效发射功率和平均接收功率之间的dB 差值，根据理论和测试的传播模型，无论室内或室外信道，平均接收信号功率随距离对数衰减，这种模型已被广泛地采用。对任意的传播距离，大尺度平均路径损耗表示式为：PL(d)dB=PL(d0)+10nlog(d/d0)即平均接收功率为：Pr(d)dBm=PtdBm-PL(d0)-10nlog(d/d0)=Pr(d0)dBm-10nlog(d/d0)其中，n 为路径损耗指数，表明路径损耗随距离增长的速度；d0 为近地参考距离； d 为发射机与接收机（T-R）之间的距离。横杠表示给定值d 的所有可能路径损耗的综合平均。坐标为对数-对数时，平均路径损耗或平均接收功率可表示为斜率10ndB/10 倍程的直线。n 值取决于特定的传播环境。决定路径损耗大小的首要因素是距离， 此外，它还与接收点的电波传播条件密切相关。为 此，我们引进路径损耗中值的概念。中值是使实测数据中一半大于它而另一半小于它的一个数值(对于正态分布中值就是均值)。（2）阴影衰落在无线信道里，造成慢衰落的最主要原因是建筑物或其它物体对电波的遮挡。在测量过程中，不同位置遇到的建筑物遮挡情况不同，因此接收功率也不同，这样就会观察到衰落现象。由于这种原因造成的衰落也叫“阴影效应”或“阴影衰落”。在阴影衰落的情况下，移动台被建筑物所遮挡，它收到的信号是各种绕射， 反射，散射波的合成。所以，在距基站距离相同的地方，由于阴影效应的不同， 它们收到的信号功率有可能相差很大，理论和测试表明，对任意的d 值，特定位置的接受功率为随机对数正态分布即：Pr(d)dBm=Pr(d)dBm+X= Pr(d0)dBm-10nlog(d/d0)+ X。其中，X为0 均值的高斯分布随机变量，单位为dB，标准偏差为，单位也是dB。 s s对数正态分布描述了在传播路径上，具有相同T-R 距离时，不同的随机阴影效应。这样利用高斯分布可以方便地分析阴影的随机效应。应用于阴影衰落时，上式中的x 表示某一次测量得到的接收功率，m 表示以dB 表示的接收功率的均值或中值，表示接收功率的标准差，单位是dB。阴影衰落的标准差同地形，建筑物类型，建筑物密度等有关，在市区的150MHz 频段其典型值是5dB。除了阴影效应外，大气变化也会导致阴影衰落。比如一天中的白天，夜晚，一年中的春夏秋冬，天晴时，下雨时，即使在同一个地点上，也会观察到路径损耗的变化。但在测量的无线信道中，大气变化造成的影响要比阴影效应小的多。（3）大尺度路径损耗在移动通信系统中，路径损耗是影响通信质量的一个重要因素。大尺度路径损耗：用于测量发射机与接收机之间信号的平均衰落，即定义为有效发射功率和平均接收功率之间的dB 差值，根据理论和测试的传播模型，无论室内或室外信道，平均接收信号功率随距离对数衰减，这种模型已被广泛地采用。对任意的传播距离，大尺度平均路径损耗表示式为：PL(d)dB=PL(d0)+10nlog(d/d0)即平均接收功率为：Pr(d)dBm=PtdBm-PL(d0)-10nlog(d/d0)=Pr(d0)dBm-10nlog(d/d0)其中，n 为路径损耗指数，表明路径损耗随距离增长的速度；d0 为近地参考距离； d 为发射机与接收机（T-R）之间的距离。横杠表示给定值d 的所有可能路径损耗的综合平均。坐标为对数-对数时，平均路径损耗或平均接收功率可表示为斜率10ndB/10 倍程的直线。n 值取决于特定的传播环境。决定路径损耗大小的首要因素是距离， 此外，它还与接收点的电波传播条件密切相关。为此， 我们引进路径损耗中值的概念。中值是使实测数据中一半大于它而另一半小于它的一个数值(对于正态分布中值就是均值)。（4）阴影衰落在无线信道里，造成慢衰落的最主要原因是建筑物或其它物体对电波的遮挡。在测量过程中，不同位置遇到的建筑物遮挡情况不同，因此接收功率也不同，这样就会观察到衰落现象。由于这种原因造成的衰落也叫“阴影效应”或“阴影衰落”。在阴影衰落的情况下，移动台被建筑物所遮挡，它收到的信号是各种绕射， 反射，散射波的合成。所以，在距基站距离相同的地方，由于阴影效应的不同，它们收到的信号功率有可能相差很大，理论和测试表明，对任意的d 值，特定位置的接受功率为随机对数正态分布即：Pr(d)dBm=Pr(d)dBm+X= Pr(d0)dBm-10nlog(d/d0)+ X其中，X为0 均值的高斯分布随机变量，单位为dB，标准偏差为，单位也是dB。 s s对数正态分布描述了在传播路径上，具有相同T-R 距离时，不同的随机阴影效应。这样利用高斯分布可以方便地分析阴影的随机效应。正态分布，也叫高斯分布，它的概率密度函数是：应用于阴影衰落时，上式中的x 表示某一次测量得到的接收功率，m 表示以dB 表示的接收功率的均值或中值，表示接收功率的标准差，单位是dB。阴影衰落的标准差同地形，建筑物类型，建筑物密度等有关，在市区的150MHz 频段其典型值是5dB。除了阴影效应外，大气变化也会导致阴影衰落。比如一天中的白天，夜晚，一年中的春夏秋冬，天晴时，下雨时，即使在同一个地点上，也会观察到路径损耗的变化。但在测量的无线信道中，大气变化造成的影响要比阴影效应小的多。2.3.2无线信号检测方案检测对象的选择.（1）场强信噪比检测信噪比，英文名称叫做SNR或S/N（SIGNAL-NOICE RATE)，是指一个电子设备或者电子系统中信号与噪声的比例。这里面的信号指的是来自设备外部需要通过这台设备进行处理的电子信号，噪声是指经过该设备后产生的原信号中并不存在的无规则的额外信号（或信息），并且该种信号并不随原信号的变化而变化。同样是“原信号不存在”还有一种东西叫“失真”，失真和噪声实际上有一定关系，二者的不同是失真是有规律的，而噪声则是无规律的。信噪比的计量单位是dB，其计算方法是10LOG(PS/PN)，其中Ps和Pn分别代表信号和噪声的有效功率，也可以换算成电压幅值的比率关系：20LOG(VS/VN)，Vs和Vn分别代表信号和噪声电压的“有效值”。在音频放大器中，我们希望的是该放大器除了放大信号外，不应该添加任何其它额外的东西。因此，信噪比应该越高越好。通过计算公式我们发现，信噪比不是一个固定的数值，它应该随着输入信号的变化而变化，如果噪声固定的话，显然输入信号的幅度越高信噪比就越高。显然，这种变化着的参数是不能用来作为一个衡量标准的，要想让它成为一种衡量标准，就必须使它成为一个定值。于是，作为器材设备的一个参数，信噪比被定义为了“在设备最大不失真输出功率下信号与噪声的比率”，这样，所有设备的信噪比指标的测量方式就被统一起来，大家可以在同一种测量条件下进行比较了。信噪比通常不是直接进行测量的，而是通过测量噪声信号的幅度换算出来的，通常的方法是：给放大器一个标准信号，通常是0.775Vrms或2Vp-p1kHz,调整放大器的放大倍数使其达到最大不失真输出功率或幅度（失真的范围由厂家决定,通常是10，也有1），记下此时放大器的输出幅Vs，然后撤除输入信号，测量此时出现在输出端的噪声电压，记为Vn，再根据SNR=20LOG(Vn/Vs)就可以计算出信噪比了。Ps和Pn分别是信号和噪声的有效功率，根据SNR=10LOG（Ps/Pn）也可以计算出信号比。噪声的来源很复杂，我们可以把它们大致归结为三种，一种是元器件产生的固有噪声，电路中几乎所有的元器件在工作时都会产生一定的噪声，晶体管、电阻、电容，这种噪声是连续的，基本上是固定不变的，并且频谱分布很广泛，这种噪声除了改进元器件的材料和生产工艺外，几乎没有任何办法消除，也就是说，这种噪声几乎可以不用实验，在图纸上进行计算就可以推算出来。好在现在很多优质元器件的固有噪声都很小，在设计电路时选择优质元器件就可以把这种噪声压制到非常小的水平，小到我们根本不会听见。第二种噪声来源于电路本身的设计失误或者安装工艺上的缺陷，电路设计失误往往会导致电路的轻微自激（一种自由振荡状态），这种自激一般在我们可以听到的声音范围之外，但是在某些特定条件下它们会对声音的中高频产生断续的影响，从而产生噪声。安装工艺失误就稍微复杂一些，比如接插件接触不良，接触表面形成二极管效应或者接触电阻随温度、振动等影响发生变化而导致信号传输特性变化，产生噪声。还有元器件排布上的失误，将高热的元器件排布在对温度敏感的元器件旁边，或者将一些有轻微振动的元器件放在对振动敏感的元器件旁边，或者没有足够的避震措施等等这些，都会产生一定的噪声。这些噪声可以说都是人为造成的，对于经验丰富的电子设计师来说，这些噪声都是可以避免或者大大减轻的。第三种噪声则是非常广泛的，也是经常被提起的干扰噪声。这种噪声来源很复杂，主要包括几个方面：空间辐射干扰噪声：任何导体通过交变电流的时候都会引起周围电场强度的变化，这种变化就是电场辐射，同样，像变压器这样的磁体也会引起周围磁场强度的交替变化。我们知道，交变电场和磁场中的闭合导体会产生和电场磁场变化频率相同的交变电流，也叫感应电流。音响设备中所有的元器件、导线、电路板上的铜箔都是电导体，因此不可避免地会产生感应电流。这种感应电流叠加在信号中就会产生噪声。线路串扰噪声：某些电气设备会产生干扰信号，这些干扰信号通过电源、信号线等线路直接窜入音响设备中。传输噪声：这种噪声是信号在传输过程中由于传输介质的问题产生的，比如接插件的接触不良、信号线材质不佳、地电流串扰等等。其中，地电流串扰是经常容易被忽视的问题。由于民用音响器材大多采用非平衡传输方式，信号线的外屏蔽层实际上也参与的信号的传输，通常屏蔽层与音响器材的“地”连接，大多数音响器材的地是和设备的外壳相连的，并且和住宅供电线路提供的“大地”相连接。在正常情况下，住宅供电的大地是非常理想的，它使得所有连接线路的“地”都是平等的。但是，一旦这个接地出现故障，甚至某些不负责任的电力公司将这个地与市电的“零线”连接，就会出现问题了。此时消耗功率大的器材的“地”电压比别的器材要“高一点”，比且这个高低 的差别还会随着消耗功率的大小发生变化，我们知道，一般的音频信号线中传输的信号是很微弱的，这变化则足以使得信号线中传输的信号产生很大的变化。这变化除了产生失真外，也包含了一定的噪声。并且，由于接地不良，空间辐射对于信号传输的影响也会加剧。电磁屏蔽：对于空间辐射干扰，我们可以选择金属质地的机柜来承载我们的系统，并且将金属机柜有效接地，就可以抵挡很多空间辐射。此外，对信号线、电源线也采取特殊的屏蔽处理，可以有效消除电子辐射干扰。对于那些漏磁比较严重的器材，我们可以将其放到距离其它器材较远的地方，或者加一个铁制机柜包起来，也可以大大消除磁场辐射。净化电源：对于从供电线路中窜入的干扰信号，采用交流净化电源是个非常有效的方法，这种电源分为有源和无源两种形式，前者兼具交流稳压作用，除了可以滤除干扰外，还可以稳定供电电压，保证器材的正常工作状态。后者仅仅起到滤除干扰的作用，通常是以电源插座的形式出现，如果家中供电电压比较稳定，这样的电源净化器也有不错的效果。某些交流净化电源除了稳压滤波作用外，还有功率因数补偿、波形校正的功能，这种净化电源是最理想的电源净化设备，可惜价格不菲，一般人难以接受。牢靠连接：采用高质量的接插件，保证信号线接头部位接触良好。（2）无线信号的信道信道可以比作RJ45的网线，一共有11各可用信道。考虑到相邻的两个无线AP之间有信号重叠区域，为保证这部分区域所使用的信号信道不能互相覆盖，具体地说信号互相覆盖的无线AP必须使用不同的信道，否则很容易造成各个无线AP之间的信号相互产生干扰，从而导致无线网络的整体性能下降。常用的IEEE802.11b/g工作在2.42.4835GHz频段，这些频段被分为11或13个信道。当在无线AP 无线信号覆盖范围内有两个以上的AP时，需要为每个AP设定不同的频段，以免共用信道发生冲突。而很多用户使用的无线设备的默认设置都是Channel为1，当两个以上的这样的无线AP设备相“遇”时冲突就在所难免。IEEE802.11b采用2.4GHz频带，调制方法采用补偿码键控（CKK），共有“3”个不重叠的传输信道。传输速率能够从11Mbps自动降到5.5Mbps，或者根据直接序列扩频技术调整到2Mbps和1Mbps，以保证设备正常运行与稳定。IEEE802.11a扩充了标准的物理层，规定该层使用5GHz的频带。该标准采用OFDM调制技术，共有“12”个非重叠的传输信道，传输速率范围为6Mbps-54Mbps。不过此标准与IEEE802.11b标准并不兼容。支持该协议的无线AP及无线网卡，在市场上较少见。IEEE802.11g标准共有“3”个不重叠的传输信道。虽然同样运行于2.4GHz，但向下兼容IEEE802.11a达到54Mbps的数据传输率。802.11b，而由于使用了与IEEE802.11a标准相同的调制方式OFDM（正交频分），因而能使无线局域无线信号的传输速率。802.11是IEEE最初制定的一个无线局域网标准，主要用于解决办公室局域网和校园网中用户与用户终端的无线接入，业务主要限于数据存取，速率最高只能达到2Mbps。由于它在速率和传输距离上都不能满足人们的需要，因此，IEEE小组又相继推出了802.11b。802.11b工作在2.42.4835GHz，采用CCK技术提供高达11Mbps的数据通信带宽，最多可提供三个互不重叠的子频道。Wi-Fi认证保证不同厂家产品之间的兼容。由于802.11b工作的2.4GHz频带在全球来看基本上都是免费可用的，并且其能完全兼容原来的802.11标准，因此一经推出便得到了用户的认可。目前95%的无线局域网都是基于IEEE802.11b技术，是现今最为流行的无线局域网络标准。802.11b+是802.11b的增强标准。其主要来自TI公司的PBCC PacketBinaryConvolutionalCoding，分组二进制卷积码）-22（也称CCK-PBCC）调制方式，也可选CCK-OFDM调制方式。其中采用PBCC-22方式的TI提案保持了对IEEE802.11b的完全兼容，并使最高传输速率达到了22Mbps，增加了3dB编码增益，其覆盖范围理论上可扩大70%。802.11b+技术与传统802.11b在同样的频谱下运行，因此可以完全兼容IEEE工艺802.11b标准的设备，与现有的802.11b标准的设备实现互连互通。友讯网络（D-Link）、普瑞尔（TP-LINK）等公司都曾推出过相关产品，802.11b+技术标准的无线产品曾占据了欧美和国内市场的50%以上份额，但随着802.11g标准的主流化，802.11b+产品在新货市场上已基本销声匿迹。802.11a工作在5GHz，采用OFDM技术提供54Mbps的数据通信带宽，最多可提供12个互不重叠的子频道。使用802.11a规范的网络运行于无线频率在5.725GHz到5.850GHz之间的环境下。这个规范使用正交频分复用技术，这种技术尤其适合应用于企业/办公室局域网。在802.11a规范中，数据速率可以达到54Mb/s，在干扰方面，它要优于802.11b规范，这是因为802.11a提供更多的可用信道，并且802.11b的使用频率和各种各样的家用器具及医疗设备的使用频率是共享的。工作在2.42.4835GHz，采用CCK和OEDM技术提供高达54Mbps的数据通信带宽，最多可提供三个互不重叠的子频道。802.11g是802.11b的扩展，目前WLAN的绝对主流。802.11g将802.11b的速率抬高到了54Mbps，但还是工作在2.4GHz的ISM频段上。调制方式为OFDM。一个802.11b的无线网卡可以兼容于802.11g的无线接入点，工作在11Mbps或更低的速率上。802.11g+是一种完全兼容于802.11g的无线技术，常见的802.11g+技术有Atheros的SuperG技术、Broadcom的Afterburner技术、Conexant的NitroXM技术、ZyXEL的G+SuperSpeed技术等等，其中最具代表性的就是SuperG。SuperG108Mbps超级无线产品通过多个增强性能的特性来提供高的速率，包括先进的无线RF技术和双频捆绑。为了进一步提高性能，将采用的新特性还包括：在动态的108M模式下，能同时连接混合。（3）无线网络信号的传输速率现在有三个基本Wi-Fi标准。802.11b标准最早，速度为11Mbps；802.11g最新，速度为54Mbps；还有一个容易混淆的802.11a，与b、g不兼容，速度也是54Mbps。802.11a是美国制定的标准，欧洲ITU将正式推出它的增强版802.11i。但是，所有人都知道这些标称速度值是虚的。实际上，802.11b标准的速度就包括1Mbps、2Mbps、5Mbps和11Mbps几种，但这些并不是用户可以获得的实际数据传送量。究其原因，就要牵涉到以太网IEEE802族标准的核心，即协议。这里我要多说几句，因为这些概念很容易混淆。有个概念要记清楚：协议并不计量bit数，它测量的是时间。由于存在延迟，传输的速度越快，损失的数据位也成倍增加。延迟为200微秒时，1Mbps速度的数据损失很小，而11Mbps时的损失就要高出10倍。协议是必需的，因为以太网是一种共享的连接系统，没有协议它就根本不能工作。所以，需要有一种既严谨又简单的方法，能确保在任一时刻只有一个用户在使用网络连接。这里有几层含意。首先，必须知道任意一个用户何时开始发送数据，还需要知道他们将要发送的数据量，以及何时发送完毕。其次，如果出现两方同时开始发送数据的情况，需要有一种方法确保一方退出竞争，空出网络让另一方发送。最后，还要有个固定的延迟时间，这样才可以传送各种消息，如谁在使用网络，谁应该避让以及等待多久。当然，这些只是从TCP/IP处理程序得到的数据部分，还不包括任何以太网系统的东西。所以，当通信软件将这个数据包送给网卡时，还要在外面再加上许多东西，就像给它做一个802.11的“外框”（帧）。最前面是30字节的MAC（介质访问控制）头，用以标识网卡，然后添加3个字节的LLC（逻辑链路控制）头和5字节的SNAP（子网访问协议）头。接着是上述TCP/IP数据包，最后以4字节的FCS（帧校验序列）结尾。上述这些也只是PLCP子层业务数据单元，或叫PSDU。在传送前还要再加上：一个6字节的PLCP（物理层会聚协议）头，在PLCP头前还有PLCP“preamble”（前引导）头，最后完成的PLCP协议数据单元（PPDU）也包括两部分PLCP和MPDU（MAC层协议数据单元）。在每一个1500字节（典型值）的数据包中，一般都有100字节以上的控制信息，但这还不够。因为这是以太网，一个正规的协议是必不可少的。大体来讲，以太网的有效负载永远不能超过标称值的70%。例如对10M的以太网，速度最高是7M，对100M的以太网则永远不会超过70M。这种估计还只是对有线以太网，对无线以太网还有额外的问题。情况是这样的：等待某个设定的时间间隔后才能开始发送，并且发送后要等待对方响应。如果有流控机制（一般都有），则还要有RTS和CTS信号的等待延迟。这些大量的时间延迟都是以微秒来计算的。最糟的情况无疑来自于PLCP前引导和PLCP头，因为标准假定网络中存在老式的802.11b网卡，所以，前引导部分的传送速度要让最早的802.11b网卡也能听懂，因而速度只能是1Mbps。一般来说，单个用户在距接入点一英尺处，没有其它无线网络干扰的情况下，可以获得的绝对最大速度是任何一种无线以太网标准“标称速度”的一半。也就是说，如