[報告]淺談使用FSP測量D-link無線區域網路訊號

小弟是一位即將結束大學生涯踏入當兵以及職場的學生，也是一個在mobile01潛水相當久的潛水夫，也因為mobile01，讓我的k700、HBH600、藍牙棒三位好兄弟合作無間，在此同時小弟也抱著感恩的心將我所了解的無線通訊分享給大家，感激大家對於小弟無形的照顧，今天是第一次發表文章，因為小弟沒有那麼多的錢，沒有那麼多新玩具，只好把自己習得的知識分享給大家，並不是勸敗，因為沒太多人會閒閒沒事去買這一台FSP，希望各位前輩們可以多給小弟多點建議與指教。

無線的環境是靠電磁波來傳送數位的信號，尤其是近代幾個最新的無線傳輸技術，如802.11g、Bluetooth等，以及即將問世的UWB、Wi-Max等，這些技術讓我們的生活少了一條線以及多了一些便利，當然如果能配合電力網路線來合作，即使在大的空間也可以讓我們這些少了網路就不能生活的人過的自由自在。

而無線環境中的電波究竟長的什麼樣子？小弟在這邊就偷偷使用自己學校無線通訊實驗室裡面的機器來測量給大家看，下面這台就是今天測試的主角：

Spectrum Analyzer R&S FSP

在這邊簡單的介紹他一下，FSP是一台頻譜分析儀，它可以擷取空間中的無線頻訊號譜並且顯示於螢幕上（這好像是廢話），主要的測量範圍在9kHz到3GHz，今天就是用它來抓802.11g的頻譜。而這台機器的價格就研究室的教授說可以買壹台新車，裡面甚至還內建windows XP作業系統。更詳細的機器資料可以按這邊，這連結到R&S的原廠網站，英文的內容，可以幫助大家更了解這台機器。

而下面就是今天即將被測試的主角，他今天不會被拆開來給大家看，只會被插上電，然後放出他迷人的電波，讓我們看看D-link的AP發射的頻譜是不是正確無誤的；刻不容緩，下面就是我們的主角：

D-link DWL-2100AP無線基地台

稍微簡介一下，這台AP除了可以發射802.11g之外，也支援發射802.11b的訊號，調變方面在802.11g上支援BPSK, QPSK,16QAM,64QAM,等標準OFDM調變訊號；同樣的，小弟也附上原廠網址，給各位了解這是怎樣的一台機器，原廠網址比小弟介紹的更詳細了。
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無線網路標準	802.11b 802.11g	網路安全	WEP 使用者加密技術可達 64/128/152-bit 支援802.1x通訊協定 (MD5 and TLS) WPA: Wi-Fi 認證 MAC 位址過濾
傳輸頻道	1 to 11 channels (North America)	媒體存取控制	CSMA/CA With ACK
乙太網路介面	10/100BASE-TX 1埠	無線頻率範圍	802.11b: 2400 to 2483.5MHz ISM band 802.11g: 2400 to 2483.5 MHz ISM band
無線操作模式	無線基地 臺點對點無線橋接器 點對多點無線橋接器 無線基地台客戶端 無線轉發功\能	RF 調變結構	802.11b: DQPSK, DBPSK ,CCK 802.11g: BPSK, QPSK,16QAM,64QAM,OFDM
無線傳輸速率可視環境自動調整傳輸速率	54Mbps、48Mbps、36Mbps、24Mbps、18Mbps、12Mbps、11Mbps、9Mbps、6Mbps、5.5Mbps、2Mbps、1Mbps。	接收靈敏度(for 802.11b)	@ 8% PER (packet error rate) 11Mbps: -83 dBm 2Mbps: -89 dBm
接收靈敏度 (for 802.11g)	54Mbps: -66 dBm 48Mbps: -71 dBm 36Mbps: -76 dBm 24Mbps: -80 dBm 18Mbps:-83 dBm 12Mbps: -85 dBm 9Mbps: -87 dBm 6Mbps : -89 dBm	天線	2dBi, Gain detachable dipole antenna with reverse SMA connector 2dBi ,1外接雙極天線,
操作範圍	室內: 100 meters (328 feet) 室外: 400 meters (1,312 feet)	安全規範	FCC Class B CE Class B

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順道一提，這台AP在長時間的使用下，也是相當的熱，不過這個熱是否會影響訊號發射，在理論中當然會，任何的溫差會影響OFDM調變裡面的震盪器頻率，導致OFDM產生ICI（載波間干擾），不過影響的範圍有多大？我們等會兒看圖就知道！

另外，我們不可以只有AP來建構這個環境，一個完整的無線網路，有發射就必須有接收（廢話），所以也讓我介紹一下今天與DWL-2100AP配成一對的USB無線網卡DWL-G122

D-link DWL-G122 無線網路卡：

這隻網卡支援USB2.0，如果要使無線網路的速度可以到達802.11g的最高速54Mbps，當然與電腦的介面需要到達USB2.0，USB1.1無法到達這樣的速度。而同樣的他也支援802.11b的訊號。對於桌上型電腦或筆記型電腦沒有內建網卡的，這支也是不錯的選擇。他的詳細資料原廠網址

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系統需求	支援電腦 USB 2.0 插槽 支援Windows XP, 2000, ME or 98 SE	傳輸通道	1 to 11 channels (North America)
無線網路標準	802.11b 802.11g	資料傳輸類型	DBPSK, DQPSK, CCK, OFDM
USB標準 使用介面	Mini USB 2.0 介面	天線	內建雙極天線, 2dBi
傳輸速度	802.11g: up to 54Mbps (6/9/12/18/24/36/48/54Mbps) 802.11b: up to 11Mbps (1/2/5.5/11Mbps)	操作範圍	室內: 100 meters 室外: 400 meters
傳輸技術	DSSS	安全規範	FCC Part 15b Class B
無線頻率	2400 ~ 2497MHz ISM band	無線網路安全	WEP 使用者加密技術可達 64/128-bit 通過Wi-Fi 認證
接收靈敏度 (for 802.11b)	11Mbps (CCK): -82 dBm 5.5Mbps (CCK): -86 dBm 2Mbps (QPSK): -90 dBm 1Mbps (BPSK): -90 dBm	接收靈敏度 (for 802.11g)	54Mbps (OFDM): -66 dBm 48Mbps (OFDM): -64 dBm 36Mbps (OFDM): -70 dBm 24Mbps (OFDM): -72 dBm 18Mbps(OFDM): -80 dBm 12Mbps (OFDM): -80 dBm 9Mbps (OFDM): -84dBm 6Mbps (OFDM): -89 dBm

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稍微簡介了一下今天的三位主角，於是接下來，測量就要展開了，以下便開始我們的看圖說故事的時候，第一個部份我想先已示意圖的方式告訴各位我利用兩支網卡與一支AP建構的無線區域網路：


小弟利用兩台電腦，一台做伺服端來分享檔案，一台做client端來讀取檔案，其中放置一台AP做區網的分享器，實際照片如下圖所示：


建構好最基本的無線區域網路後，我選擇了一個夠大的檔案來作為資料的傳送，當然啦，學生最容易得手的大型檔案莫過於影片檔啦，於是我挑了之前3月份某個周日晚上在年X新聞台錄製的數字台灣；附帶一提，那一集主要是在說明台灣未來的通訊動向，由東訊的總經理劉兆凱以及財訊文化執行長謝金河為訪問對象，說明將來的通訊市場，因為相當具有意義，所以我就錄製了起來一看在看。


緊接著，看到FSP頻譜分析儀，先讓各位看官瞧瞧它的廬山真面目：
第一張：FSP開機照片


第二張：FSP待機狀態


第三張：FSP控制面板（大家可以看到，面板上有一個軟碟機，我們可以利用軟碟機儲存畫面上顯示的資料）


第四張：R&S標籤以及FSP的測試範圍


第五張：FSP靜靜躺在桌面上的睡姿


這台砂鍋大的機器竟然要價好幾十萬，號稱可以測量無線訊號的頻譜，相當不可思議，當然也有人說，那這台機器的輸入要怎樣弄？有玩過示波器的人一定都知道，當我們測量波形時，都必須用一支探棒來夾住端點，然後示波器只要調整到是當的準位，螢幕上就可以顯示美麗的波型出來，當然，這台竟然是測量無線訊號，當然有一支可以接收無線訊號的探棒啦，各位看官可以看看下面這張圖，這就是原廠附的一支小天線（要叫他探棒也可以啦）


然後不知道是誰，規定只要可以組合的，就要來一招艦艇組合（我比較想叫他大河砲），我也不免俗的展示一張艦艇組合的照片


然後，當一切準備就緒時，就要到達今天的最高潮，也就是802.11g訊號的測量，因為準備功夫做的好，我們只要將伺服器端高達1G的檔案分享，然後再由client端來做接收的動作，並且趁這段複製檔案的空檔，開啟我們的FSP，然後頻譜就出來啦。

當然，在使用FSP之前，有幾樣關於測量時802.11g訊號的相關知識一定要先知道一下
1.這套D-link網卡以及AP的中央頻率是2.437GHz，所以在設定FSP時，就必須把中央頻率設定在2.437GHz。
2.802.11g的頻傳輸有效頻寬為16.6MHz，高中時使用示波器時，老師教導我們，為了讓波形顯示完整，必須在螢幕上顯示2-3個完整的波形，同樣的在時域的顯示下，我門的SPAN選用60MHz。
3.802.11g使用的OFDM調變技術中，一共有53個載波，其中有48個資料用載波，4組同步傳送接收端的訓練用載波（pilot carrier）以及中央沒有使用到的零載波，所以在2.437Ghz這邊會有一個凹槽。

經由上述，我們在設定FSP以後，所得到的頻譜就如下圖：


沒錯，這火山狀的圖形就是802.11g的頻譜，想不到我們平常在家裡面用的AP打出來的信號就是這樣，砂鍋大的火山！

然而我還要介紹一張圖，這張圖叫做Transmit spectrum Mask，這張圖是當時IEEE公佈802.11g標準所規範的內容，內文說明，不管各廠商使用何者數學運算來發射或產生802.11g訊號，所得到的頻譜必須在這張圖所界定的範圍之內，才能算是標準，所以讓我門來觀察一下上面的圖與下面的規範是否相符合：


而在測試時，這台AP已經開了整整一天，小弟摸摸這台AP，實在是如同幾位前輩所講的，有夠燙，所以我又把剛剛的SPAN調整了一下，想要來仔細觀察頻譜是否有符合標準，所得到的頻譜如下所示：


各位看官可以自己判斷頻譜是否符合標準；按照小弟對於802.11g的認識以及這套D-link AP 以及接收器的看法，小弟認為使用一天下來，在速度上並沒有什麼多大的差異，使用起來算是相當穩定，僅可惜這台AP沒有提供hub功能，所以在這套AP涵蓋下的電腦都必須要擁有一張無線網卡，或者在這空間內另外再買一台hub；也因為小弟並不是第一位使用這個AP的人，在AP的設定上（因為設定頁面已經被更改），也無法多做修正，也是相當麻煩的一件事情。

至於FSP測量上還有RBW、VBW、IRDF等設定以及測量，小弟本人也還在摸琢；其實這台FSP可以測量的訊號相當的多，使用起來也不會相當的困難，如果示波器基本的原理都懂，也懂一點英文，操作根本不是問題，僅需要對於測量的訊號有著相當的認識。因為這次文章主要的目的是要讓各位看官看見無線訊號的真面目，所以也沒對於其餘相關的東西如OFDM、QAM、ICI等提到太多，因為這些資料如果一一提出來探討，小弟這種雞婆本性的人一定又要囉嗦半天，如果各位看官認為小弟的資料有錯誤或者是想要請教也可以使用PM來討論一下，小弟我都會不吝惜指教。

小弟也在蘊釀，實驗室還有另外一台安捷倫的機器，它可以發射許多無線通訊的訊號，如藍芽，AWGN以及使用軟體sniffer測試802.11g封包率，802.11g訊號以及藍芽訊號的共存等實驗，可以讓各位了解無線區域網路的神秘。而這些關於FSP測量頻譜的淺談也到此告一段落，希望下一次的神祕兵器（如下圖），可以給各位更多相關的訊息。