无线-物理层与组网方法

一. 无线网络物理层

信道速率与带宽：一个20MHz的带宽，则符号速率为40M/s每个符号携带6bit信息则信道速率为240Mbs.

WLAN的关键技术：更优的调制方式，更多的载波数量，更高的信道宽度，更多的空间流；

1.1 传输介质

RF（射频）是无线网络传输介质，IEEE 802.11b/g/n使用2.4G频段，IEEE802.11a/n/ac/ax使用5G频段.

波长：反应播在空间上的周期性，2.4G的波长为12.5cm，5G的波长为6cm；

振幅：指物体离开平衡位置的最大距离叫振动的振幅，振幅反应能量的强弱，与功率正比，即RSSI；

RSSI：即接收信号强度指示，是衡量信号质量的一个值，一般较好的在-40dbm~-60dbm之间；

SNR：信噪比即信号的功率与噪音的功率的比值，衡量信号质量的另外一个值；

ISM频段：此频段主要开放给工业、科学、医院有FCC所定义，没有授权的限制；

1.2 2.4G与5G

相关点	2.4G	5G
一种短距离无线传输技术	Y	Y
绕墙能力	较强	较弱
ISM频段	2.4-2.4835GHz	5.150-5.350GHz 5.725-5.850GHz
支持的协议	802.11b/g/n	802.11a/n/ac/ax
每信道频宽	22MHz	20MHz
非重叠信道	3信道	中国-13个信道
正常信道	1，6，11	5.8G: 149, 153, 157, 161, 165 5.2G: 36, 40, 44, 48, 52, 56, 60, 64
高密信道	1，5，9，13	52， 56， 60， 64可能与雷达冲突

1.3 IEEE 802.11 WLAN标准

1	802.11	802.11b	802.11g	802.11a	802.11n	802.11ac
发布时间	1997	1999	2003	1999	2009	2013
合法频宽	83.5MHz	83.5MHz	83.5MHz	325MHz	83.5MHz 325MHz	83.5MHz 325MHz
频率范围GHz	2.4-2.4835	2.4-2.4835	2.4-2.4835	5.150-5.350 5.725-5.850	2.4-2.4835 5.150-5.350 5.725-5.850	5.150-5.350 5.725-5.850
非重叠信道	3	3	3	13(中国5个)	2.4G 3个 5G 13	13个（中国5个）
调制技术	FHSS DSSS	CCK DSSS	CCK OFDM	OFDM	MIMO OFDM	MIMO OFDM
速率Mbit/s	1, 2	1, 2, 5.5, 11	1, 2, 5.5, 11, 6, 9, 12, 18, 24, 36, 48, 54	6, 9, 12, 18, 24, 36, 48, 64	6.5, 7.2, …65, 72.2, …130, 135, 144.4, 150, … 270, 300, … 600	293, 433, 867, 1300, 3470
信道带宽	20MHz	20MHz	20MHz	20MHz	20，40MHz	20，40，80，160和80+80Mhz
空间流	-	-	-	-	4	8

1.4 关键技术简介

MIMO与MU-MIMO

MIMO/SU-MIMO使用空间分集及空间复用技术，通过多空间流来增加在1个信道内的传输速率；
MU-MIMO：MIMO同一时间只有为一个User服务，而MU-MIMO可以同时服务多个用户；

CSMA/CA

时隙（Slot time）：就是无线帧发送过程中的计时单位，每个标准都不一样，比如ac是9ms

是业界普遍使用的分布式协调功能（DCF)；
CSMA/CA的机制简单来讲就是站点在发送数据之前会先听听信道忙不忙，如果不忙就随机退避一段时间（IFS）然后如果还不忙就发送数据，如果忙就等待一段时间；

1.5 空口性能及用户体验提升

香农定理

C=B log2(1+S/N) B是信道带宽，HZ S是信号功率，W N是噪声功率，W

信道容量与信道带宽成正比，同时还取决于系统信噪比以及编码技术：

WLAN使用CSMA/CA技术来避免冲突，当用户较少时，每个用户均可访问完整带宽，基本没有冲突发生，但是随着用户的增多，冲突的概率增加；用户在发包前会随机退避一段时间，用户多了这种相同的概率就会增加，同时会出现隐藏节点导致CSMA/CA的机制失效，使整个空口性能急剧下降，所以优化WLAN性能的关键就是围绕多用户和站点间的冲突干扰来进行；

tips: Wi-Fi 6虽然使用了权限的调度技术，但是今后很长一段时间将与Wi-Fi 5/4共存。

参考有线网络的优化方式：

射频调优，合理分割冲突域，调整AP的信道和发射功率，使WLAN容量最大化；
- 划分合理的信道与功率，原则上射频发射功率与终端的发射功率相等最为合理；
- 分为手工划分与自动计算，手工划分依赖经验与测量，自动计算依赖厂家的算法；
用户漫游与调度，合理调度用户，调制各AP的用户数量，使其均衡；
- 终端接入AP，一般由终端自己决定，这就导致用户的分布不均，粘性终端等问题；
- WLAN使用智能漫游，频谱导航和负载均衡等技术，来帮助终端调度；
- 快速漫游技术：802.11i-PMK和802.11r分别支持802.1x及wpa&802.1x；
- 辅助漫游技术：802.11k定义了一些辅助用户漫游的方式；
抗干扰技术，减少干扰，提高干扰场景下的业务连续性及通信质量；
- 如何避免干扰，找到干扰源是抗干扰技术的关键；
空口Qos，合理调度业务，提升用户的音频与视频业务体验；
- 使用ECDA将业务类型划分为4个优先级；
- 根据实时负载来灵活调整相关参数来优化业务体验；
天线技术，优化天线，更好的分割冲突域，减少干扰的影响；
- 智能调优+波束成形可以很好的抵抗干扰；

二. 无线的组网架构

组网架构	适用范围	特点
FAT AP	家庭	简答配置，功能单一，成本低
WAC+FIT AP	大中型企业	AP需要配合WAC使用，由WAC统一管理和配置，功能丰富；
云管理	中小型企业	AP配合云管理平台使用，由云管理平台统一管理和配置；
Leader AP	小微企业	可以管理少量ap；
敏捷式分布	房间分布密集的场景	将AP拆分为中心AP和远程单元；
智简园区网	大中型企业	AP配合SDN控制器使用，由SDN控制器统一管理和配置；

2.1 WAC+FIT AP的典型架构

几种常见的划分

根据WAC和AP的通信方式，分为二层组网和三层组网；
根据WAC接入位置，分为直接接入和旁挂模式；
根据流量转发方式，分为直接转发和中心抓发；

WAC的备份方式

使用VRRP进行双机热备，AP与虚拟ip通信，只能感知到一个WAC；
- 该方式只能本地部署
双链路双击热备，AP同时与主备WAC之间分别建立CAPWAP隧道，WAC间业务信息通过HSB主备通道同步；
- 该方式可以异地部署，切换速度较VRRP慢，需要等待CAPWAP隧道超时；
N+1备份，多台主WAC与一台备WAC，如在各个分支只部署一台主WAC，在总部放置一台备用WAC；
- 成本较低，但是需要重新建立CAPWAP隧道和重新关联AP，切换速度慢，且由短暂终端的风险；

2.2 实际场景组网

衡量一个无线组网是否正常，可以参考一个标准，比如用户随时随地10Mbps的下载速度；

KPI	推荐值
用户体验速度	> 100Mbps
VIP区域体验速度	> 300Mbps
用户续航速率	> 16Mbps
下行平均时延	高优先级应用 < 10ms 低优先级应用 < 20ms
一般覆盖区占比（上行RSSI < -65dBm	< 5%

2.2.1 网络规划流程

整体流程：需求收集->现场工勘->网规设计->安装施工->验收测试->结束

现场工勘

使用工具确定整体环境，干扰源，材质衰减，安装方式及位置，供电走线等；

网络覆盖

信号强度 = AP发射功率 + 天线增益 - 传输距离衰减值 - 障碍物衰减值

覆盖区域	信号强度要求
重点覆盖区域	-40dBm ~ -65dBm
一般覆盖区域	>-75dBm
特殊覆盖区域	根据用户需求设计

网络容量设计

对无线网络容量的设计大多基于实际业务需求，主要从AP性能，带宽需求，用户数和无线环境等方面出发，估算除满足业务带宽所需的AP数量。

AP布放场景

减少信号穿越障碍物的次数，保证信号穿过障碍物也是垂直穿越；

保证AP正面针对目标覆盖区域，单个正中，多个对角线；

小于50平一个AP，50-100平2个AP，100平以上的三角形布置多个AP；

与高度有关，4 ~ 6m使用全向天线，AP间距10-15m；6 ~ 10m使用小角度内置定向天线AP，AP间距10-14m；10 ~ 25m时，使用外置定向天线；

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