Wifi技术分析

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由于Wifi占用频段为国际公用的ISM-2400M频段，因此，该频段内部设备复杂，相互间交叉干扰严重，导致 Wifi通信质量下降。 cdma使用的是专用频段，不易受到干扰。800MHZ的绕射能力比2.4G强，更适合弯曲 的井下巷道部署。
由于Wifi语音技术上的缺陷，我国早在2008年由国家工业与信息化部、国家泰尔实 验室和国家无线电管理委员会联合下发了关于《纯WIFI手机在中国不检测不认证不 许可》的禁止应用发展的封杀文件。
通信业务：需要先进的系统保障人员安全， 不能上一套比小灵通还差的系统
神东语音通信需求（摘自技术协议）： 1、系统使用公网号码，并支持专网手机井上井下、公网专网同一个长号，支持在专网和公网之间漫游，切换 成功率大于70%；支持专网手机和公网用户以及专网用户互通。 2、系统支持点对点短信和群发短信，包括专网用户和公网用户。 3、系统支持点对点彩信，包括专网用户和公网用户。 4、系统提供固定接入模块，支持IP电话；提供对专网手机和IP电话的统一调度。 语音互通： 1、Wifi技术无法实现专网手机井上井下、公网专网一个号； 2、即使同时携带公网和Wifi两部手机，公网手机在井下无法使用，Wifi手机在井上无法使用，体验还比不上现 有的小灵通和TD系统。 3、无法跟神东现网的调度电话进行统一调度。 短信、彩信互通： 1、公网与专网之间的短信互通存在问题（短信无法回复） 2、公网与专网之间的彩信无法互通（井下无法收发彩信） 语音质量： 1、3G CDMA2000是电信运营商级别的，有成熟的语音质量保障；即便在wifi热点覆盖区域，运营商也从未使 用wifi进行语音通信； 2、当下井下的wifi实际应用，存在信号覆盖差、断话率高、通话有时延等现实问题，还未有一个厂家能解决 此问题；
2. 比对：当人员走进相应区域时，拿实时采集的
数据跟已有的数据库比对。
AP3
3.定位： 选择数据最相近的点认为是定位点。
信号“指纹”真的存在吗？
信号RSSI为log模型：
1. 15米之内迅速衰落。 2. 15-50米缓慢衰落。 3. 50米之外趋于平滑， 失去测距辨识度。
• 图表出自科学院电子所博导赵湛 的文章《基于RSSI测距分析》
Wifi方案无法实现神东需求：一个号码，井上井下短信、彩信互通
语音质量
• • 快速移动场景下，wifi的切换、漫游管理标准定义与3G对比，存在明显缺陷 Wifi适合于异步无线数据传输，没有严格的移动通信同步切换漫游管理和完善的通信理论与电信标准协议 支持，因此，Wifi手机跨基站断话和大规模组网能力差是该技术的最大弊端，如果仅仅通过增加Wifi基站来 满足井下覆盖，Wifi手机之间的干扰将加重，语音通话和切换等将存在很大弊端！
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基于Wifi RSSI场强的定位技术，在距离50米以外，辨识度很差，严重影响定位精度
Wifi指纹算法的特点
• 2、信号“指纹”容易受哪些干扰？
• 卡放在身前身后效果不一样。 • 开过来一辆矿车，指纹要重新采集？ • 有人在工作面天天采集指纹？
人体 7-10dB 金属 25dB 水泥墙 砖墙 木、塑 料板 6dB 玻璃 3dB 墙壁 折射 15dB
• 1. 定位精确度高：
– 纳秒级定时器件 – 静态3米定位精度
• 2. 抗信号衰落能力强：
– 人员，车辆遮挡不影响定位 精度。
• 3. 不受折射信号影响：
– 假设巷道长100米，宽5米 – 直线路径100米 – 折射路径100.125米
10/28/2014
Wifi指纹算法的特点
AP1 AP2
1. 采样：采集并建立整个覆盖区域的信号数据库， 要求一个点同时有多个AP覆盖。
Wifi方案无法实现神东需求：一个号码，井上井下无缝漫游和各种电话互通
短信、彩信互通
• Wifi厂商无法支持专网与公网之间的短信互通，即使Wifi 增加私有开发，内置短信网关来支持短信发送，公网手机 也无法回复短信。 • 公网手机无法发送短信给Wifi手机。
• 厂商未部署公网专网短信对接，公网与专网之间的彩信同 样无法互通。
15-30dB 10dB
• 3. 信号指纹采集维护工作量：
• 每隔几米采集一个点，工作量巨大。 • 以10米精度为例，50公里巷道需5000个参考点
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Zigbee和Wifi定位技术对比
• 定位精度：
– Wifi指纹：实验室方法，环境适应性差。 – Zigbee TOF：定位精度高，环境适应性强。
• 测量范围：
目前Zigbee和Wifi使用两种不同的定位原理
根本不同的定位原理： 1. Zigbee定位技术：基于TOF（信号飞行时间），测量信号的飞行时间。 2. Wifi定位技术：基于RSSI（接收信号强度），测量信号的接收强度。
飞行时间
位技术 RSSI定位技术
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Zigbee飞行时间定位技术的特点
定位等多业务接入：看上去很美的idea， 无法实际落地使用
定位业务： 1、华为wifi合作部负责人告知，定位这块目前国内并无TOP厂商，华为目前正与 业界领先的美国公司合作。 2、wifi指纹定位技术，目前只是应用在港口、码头、室内等移动性不强的场景， 作为GPS定位技术的延伸。 多业务接入： 1、当wifi的AP同时接入语音、数据、定位、广播、传感、摄像头、工控各种业务 时，无线资源的冲突、QoS保障等现实问题无法保障，这是业界wifi应用的难题， 目前无好的解决方案。 2、性能没法保障，同一个AP下接入的用户数增长时，性能指数下降（如机场， 人数较多时，Wifi根本无法使用）。wifi的方案，只能是少量用户在实验室测试 得到较好指标，难以真正满足神东200张定位卡、32路语音以及若干摄像头、传 感器等的接入。 3、无线传感器接入方案，需要改造现有所有的设备，落地难度过大；整个物联 网行业的无线传感器，都还在起步探索阶段。
– Wifi指纹：30米内有一定精度，50米外急剧恶化，甚至完全无法测量。 – Zigbee TOF：精度保持稳定，和距离无直接关系。
• 抗干扰：
– Wifi指纹：极度脆弱，出现遮挡后“指纹”立刻变化。 – Zigbee TOF： 抗衰落，抗折射能力强。
• 协议标准：
– Wifi指纹： IEEE802.11 , 专注于大带宽接入，定位并非“本行”。 – Zigbee TOF： IEEE802.15.4, 专为低速数据业务而生，有专门的定位标准。
10/28/2014
Wifi多业务接入的瓶颈
1、当WiFI的 AP同时接入语音、数据、定位、广播、传感、摄像头等各种业务时，各种业务
发送数据时均需要去竞争无线空口资源，必然会引起碰撞和丢包。由于多种业务共享无 线空口带宽资源，存在部分业务长时间无法分得资源的情况（例如家用无线路由器上网， 如果进行视频下载时会发现上网速度非常慢就是这个原因）。当视频监控等占用大量无 线带宽时，会存在语音等得不到及时传输的情况，轻则出现语音延时、颤音，严重时出 现语音断断续续，人员定位的刷新也会受到很大影响。 2、目前业界推荐一个单频AP接入无线终端数量在30-40左右，同一个AP下接入的用户终端数 增多时，性能成指数下降（如机场），过多时无线网络根本无法使用。如果采用WIFI AP 接入多种业务，要求200张定位卡、32路语音以及若干摄像头、传感器等的同时接入AP，
不成熟，因此即使是同一个厂家提供的语音和定位，也未使用Wifi进行定位。
• 4、井下Wifi手机可以呼叫公网手机，但是被叫会显示统一的号码，并且公网回拨需要输入分机号码，无法 直接回拨。 • 5、井下Wifi语音在200-300米以上出现杂音，车速在20km/h以上也会出现杂音。Wifi语音在弯道切换会出现 中断几秒的情况。 • • 6、Wifi手机产业链不成熟，哲扬厂家就一款手机，且故障比较多，经常无法呼叫。 7、Wifi手机比较耗电，目前井下可以使用一天。为了节电，避免长时间连接，Wifi手机需要经常待机来节 电，但待机较长时间后手机经常会显示注册失败（无法做主叫或者被叫），需要人主动去手机界面注册或 者等待1分钟以上。如果调度台需要紧急呼叫这个Wifi用户，这个时候是无法呼叫成功的。
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由于Wifi采用DSSS短码直序扩频或OFDM正交频分复用通信体制，因此，不适合井下定向天线辐射，在快速
移动通信时，会严重影响手机通信距离和通信质量。煤矿井下Wifi语音在200-300米以上语音出现杂音，车 速车速20km/h 以上开始出现杂音。
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Wifi的语音质量明显差于3G Wifi语音传输技术采用有损压缩算法，通话质量失真， cdma通过加密算法除去噪声，即使信号比较差，也 能保证通信质量。
Wifi技术小结
2009年国家工信部颁发公网小灵通清频文件，Wifi在煤矿找到了全新应用的天地，迎来了第二个春天！但由于
Wifi通信体制在移动语音通信方面存在先天缺陷和国际标准，因此便它具有宽带数据传输、光纤环网接入、多 网合一等技术优势，但在煤矿通信市场的应用上，还是差强人意，用户反响较差。目前，也只能作为矿井无线 通信领域的一个无奈选择继续推广！这也就是国家工信部禁止Wifi技术在我国移动电信公网市场上发展的主要 原因！Wifi主要技术缺陷分析如下：
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2、该煤矿的调度室人员表示，Wifi语音的稳定性和穿透能力比小灵通差，语音质量也比小灵通差，比3G差
别会更大（之前该煤矿用过小灵通。对比小灵通的实际使用，Wifi的覆盖更差，语音质量也差一些）。该 矿井下Wifi的覆盖距离是400米。
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3、该煤矿井下使用厂家哲扬的Wifi和Zigbee，Wifi用于语音通信，Zigbee用于定位。因为Wifi井下定位技术
AP的性能将严重下降。同时需要考虑最坏情况，当矿内人员紧急集合时，大量工作人员
聚集到一个地点同时接入到一台AP的情况，由于AP性能不足，调度等关键业务将受到影 响。
中煤某矿井下Wifi业务体验
• 1、中煤某煤矿井下部署了Wifi语音、Wifi数据、Zigbee定位、调度、广播、视频监控等业务，Wifi在井上部 署了视频监控。