WLAN无线局域网简介 - 高级

EIRP
EIRP(等效全向辐射功率)=路由发射功率+天线增益 中国EIRP标准：小于等于20dBm • 提升路由侧的发射功率 可以改善客户端的信号接收状况，但无法改变路由 侧的信号接收状况，无法增加实际最大传输距离。
编码 MCS 调制方式 速率
星座图 相对误差 （EVM）
-5dB (56.2%) -10dB (31.6%) -13dB (22.4%)
WLAN无线局域网简介
网维中心监控组 2016.06.01
Wi-Fi 简介
Wi-Fi 的发展历史
Wi-Fi是一个无线局域网的产业联盟，它主要负责对基 于IEEE的802.11系列无线局域网标准的开发的产品进
行认证。
人们常说的Wi-Fi，一般指代遵循802.11系列标准无线 局域网（WLAN）。
3/4
2/3 3/4 5/6 3/4 5/6
-19dB (11.2%)
-22dB (7.94%) -25dB (5.62%) -27dB (4.47%) -30dB (3.16%) -32dB (2.51%)
39
52 58.5 65 78 N/A
43.3
57.8 65 72.2 86.7 N/A
-70
0 1 2 3 1x1 4 5 6 7
BPSK QPSK QPSK 16-QAM 16-QAM 64-QAM 64-QAM 64-QAM
1/2 1/2 3/4 1/2 3/4 2/3 3/4 5/6
-10dB (31.6%)
-13dB (22.4%) -16dB (15.8%) -19dB (11.2%) -22dB (7.94%) -25dB (5.62%) -27dB (4.47%)
最小 接收 Long Short 功率 GI GI (dBm)
6.5 13 19.5 7.2 14.4 21.7 -82 -79 -77
数据速率 (Mbps)
0 1 2
BPSK QPSK QPSK
1/2 1/2 3/4
23dBm
3
4
16-QAM
16-QAM
1/2
3/4
-16dB (15.8%)
-19dB (11.2%)
Wi-Fi modem实测
• 测试对象：HD888、创维E4100、仲琦30364、特 艺TC7200DP、特艺TC7200DPv2
Wi-Fi modem实测
• 测试对象：HD888、创维E4100、仲琦30364、特 艺TC7200DP、特艺TC7200DPv2
• 测试环境：1个实验室环境（监控中心监控室模拟） 1个用户环境（民宅） • 测试设备： win7系统台式机一台、win10系统 说明： pro 3平板电脑一台、刷android cm13系统 1. surface 实验室环境邻近信道干扰较少，空间较开阔，多 的 LG G2手机一台。 径衰落情况较轻，部分位置有信号死角，可以测 试极弱信号状态下的传输情况。 • 测试方式：把手机至于不同信号强度环境下，使用 2. IxChariot 用户环境信道比较拥挤，空间相对狭窄，小物件 软件的默认配置，测试由电脑端到平板电 较多，多径衰落现象比较严重。 脑端，或电脑端到手机端 1个pair的下行流量。 3. 测试时所有设备均手动设置成最高增益模式，并 手动设置为同一个空闲信道，其他选项均保持在 出厂设置 。
0 1 2 3 1x1
BPSK QPSK QPSK 16-QAM
1/2 1/2 3/4 1/2
-5dB (56.2%) -10dB (31.6%) -13dB (22.4%) -16dB (15.8%)
4
5 6 7 8 9
16-QAM
64-QAM 64-QAM 64-QAM 256-QAM 256-QAM
2.4
2.4/5 5
20
20/40 20/40/80/160
1
4 8
54
600 6928
Wi-Fi 的发展历史
市面常见的无线产品一般都是802.11n和802.11ac的。 • 802.11n的产品 • 802.11ac的产品 价格较低、单频。 价格较高、双频。
各大运营商配置的均是2.4G单频11n的产品。
-68 -65 -64 -59 -57
81
108 121.5 135 162 180
90
120 135 150 180 200
-67
-63 -62 -61 -58 -54
175.5
234 292.5 351 390
195
260 325 390 433.3
-64
-60 -59 -58 -53 -51
263.3 292.5
无线干扰
频宽 衰减至28DB • 40MHz 模式对邻近信道影响远大于20MHz模式 频点间距 对应的信道 中心频 点所在 信道 衰减至28DB 时离中心频点 距离
20MHz 40MHz
6 3
5MHz 5MHz
20MHz 40MHz
6 + 4 = 10 3 + 8 = 11
无线干扰
• 设置路由器工作信道时，需要同时确认路由器摆放 位置附近和接收设备使用位置附近的空闲信道。
2.4G信号衰减(dB)
3 2 3 3
5G信号衰减(dB)
3 3 4 4
玻璃窗
有色厚玻璃 砖墙 砖墙 混凝土
5
8 120 240 240
4
8 10 15 25
7
10 20 25 30
防弹玻璃
金属
120
80
25
30
35
35
无线衰减状况
• 更多物体的衰减情况（Power by H3C）
障碍物 开阔地 木制品 石膏 合成材料 煤渣砖块 石棉 玻璃 人体 水 砖块 大理石 陶瓷制品 纸 混凝土 防弹玻璃 镀银 金属 衰减程度 极少 少 少 少 少 少 少 中等 中等 中等 中等 高 高 高 高 非常高 非常高 举例 自助餐厅、庭院 内墙、办公室隔断、门、地板 内墙（新的石膏比老的石膏对无线信号的影响大） 办公室隔断 内墙、外墙 天花板 没有色彩的窗户 大群的人 潮湿的木头、玻璃缸、有机体 内墙、外墙、地面 内墙、外墙、地面 陶瓷瓦片、天花板、地面 一卷或者一堆纸 地面、外墙、承重梁 安全棚 镜子 办公桌、办公隔断、混凝土、电梯、文件柜、通风设备
天 花 板
时刻1 天线1 天线2 合并
Biblioteka Baidu
时刻2
Bc
时刻1 位置1 位置2 A
时刻2
A
A
Bc
B
B
A
使用多天线时的情况
• 波束成型 （beamforming）
天 花 板
时刻1 信号1 调节 相位 天线1 天线1 天线2 天线2 时刻 时刻1 1 A A A A 时刻 时刻2 2
A A
时刻2
B B
时刻1 叠加2 位置
Wi-Fi 的发展历史
协议
发布时间
运行频点 (GHz)
信道频宽 (MHz)
最大 MIMO数 据流
理论最大速 率(Mbps)
802.11a 802.11b
1999年9月 1999年9月
5 2.4
20 22
1 1
54 11
802.11g
802.11n 802.11ac
2003年6月
2009年10月 2013年12月
Wi-Fi信号强度与速度
5G频点
HT20MHz 空 编码 间 MCS 调制方式 速率 流 星座图 相对误差 （EVM） 数据速率 (Mbps) HT40MHz HT80MHz 最小 接收 功率 (dBm) -78 -73 -71 -68 数据速率 最小 (Mbps) 接收 Long Short 功率 Long Short GI GI (dBm) GI GI 6.5 13 19.5 26 7.2 14.4 21.7 28.9 -82 -79 -77 -74 13.5 27 40.5 54 15 30 45 60 数据速率 最小 (Mbps) 接收 功率 Long Short (dBm) GI GI -79 -78 -74 -71 29.3 58.5 87.8 117 32.5 65 97.5 130
小结
• 标称的Wi-Fi速度只是理论最大值，实际速度受限 于信号质量。 • 物体遮挡能造成信号衰减，反射后的信号也能造成 信号衰减。 • 除了信号强度之外，干扰也是影响Wi-Fi速率的一 大因素。 • 合规划路由器位置、工作频点、工作带宽和信号强 度能更好地提升使用体验。
Wi-Fi modem 无线吞吐量实测
时刻1 天线A 天线B A C
时刻2 B D 天线1 天线2
时刻1 A C
时刻2 D B D B
无线衰减状况
• 无线信号在传输的时候会受到物体的遮挡造成衰减。
无线衰减状况
• 常见物体的衰减状况（Power by Huawei）
障碍物
开放空间 合成材料 石棉 木门
厚度 (mm)
1000 20 8 40
Guard Interval
• Short GI能增加传输速率，但也可能会导致误码
多径效应
多个传输路径叠加引起信号增强或衰减 • 无线信号在传输的时候会经过多个不同的路径到达 接收端。
天 花 板
三路信号到达接收端
三路信号叠加后的效果
使用多天线时的情况
• 最大比值合并MRC (Maximal Ratio Combining)
无线干扰
• 同信道干扰CCI（Co-Channel Interference）
SSID：Black 信道1
SSID：White 信道1
无线干扰
• 连接在同一台路由器下的设备同时传输数据会造成 干扰。 • 两个相同信道的路由器在覆盖范围重叠的地方会造 成干扰。 • 空闲信道评估CCA（Clear Channel Assessment） 检测到信道内存在大于-82dBm的Wi-Fi数据包时， 无线设备会根据Wi-Fi信号中包含的传输时长数值 设置自己的退避时间。
中国大陆地区Wi-Fi各频宽模式下的最大信道数量 20MHz 40MHz 80MHz 160Mhz • 5G有5个频点，每个频点频差为 20MHz 2.4G 3 1 不支持 不支持 5G 5 2 1 0
Wi-Fi的调制方式
• 802.11协议在调制时使用了OFDM（正交頻分复 用），把20M的信道频带划分成64个子载波，来避 免窄带插入干扰的影响。 • 子载波可根据信号 状况选用不同的调 制模式，如QPSK、 16QAM、64QAM、 256QAM等。
检测到信道内有大于-62dBm的非Wi-Fi信号或无法 识别的Wi-Fi数据包时，无线设备会暂停发送数据。
无线干扰
• 邻近信道干扰ACI（Adjacent-Channel Interference）
SSID：Black 信道6
SSID：White 信道 信道 11 9
无线干扰
• 在非常靠近无线信号发射源的地方，其邻近信道也 会受到干扰
A A A
时刻2
B B B
B
B B B
时刻1 信号2
时刻2
A
B
使用多天线时的情况
• 空时分组编码STBC (Space Time Block Coding)
天 花 板
时刻1 天线1 天线2 A B
时刻2 B A 位置1 位置2
时刻1 A c
B
时刻2 B
A
A A c
BB
A
B
MIMO
• 空分复用 SDM（Spatial Division Multiplexing ） 利用空间信道多样性，使用多根天线同时传输数据， 可使传输速率翻倍。 • 最大传输数据流数量取决于通信设备的 T × R : S 。
26
39
28.9
43.3
-74
-70
23dBm
EIRP
• 改变天线的增益 可以同时提升信号发送的强度和接收的灵敏度，但 会令覆盖的范围方向变小。
2dBi 18dBm
5dBi 15dBm
信号变化情况实例
2.4G与5G
• 信号偏差（干扰）情况 2.4G频段：干扰较大，常见干扰源：微波炉、无绳电 频段：信号容易绕过障碍，传输范围广。 话、 蓝牙、无线鼠标等。 5G频段： 信号不容易绕过障碍，传输范围窄。 5G频段： 干扰较小。 除了环境干扰外，Wi-Fi设备通信时最大的干扰来自不 同设备的相互干扰，这个干扰包括同信道干扰和邻近 信道干扰
6.5 13 19.5 26 39 52 58.5 65 7.2 14.2 21.7 28.9 43.3 57.8 65 72.2 -82 -79 -77 -74 -70 -68 -65 -64 13.5 27 40.5 54 81 108 121.5 135 15 30 45 60 90 120 135 150 -79 -78 -74 -71 -67 -63 -62 -61
有线电视传输系统与Wi-Fi 传输系统
• 有线电视传输系统
封闭的传输系统
同轴电缆 CCMTS 放大器 modem
• Wi-Fi传输系统
开放的传输系统
无线路由
无线终端设备
无线信号中继
Wi-Fi 的频点规划
• 2.4G有13个频点，每个频点频差为5MHz • 使用20MHz频宽时，中心频点为当前信道频点。 • 使用40MHz频宽时 upper模式中心频点为主信道频点+2； lower模式中心频点为主信道频点-2。 1+upper=5+lower。
Wi-Fi调制、编码方式与速率
Wi-Fi的理论传输速度受调制方式与编码速率影响 2.4 G 频 点 • 信号接收强度 • 信号偏差情况
空 间 流 MCS 标号 调制 方式 编码 速率 星座图 相对误差 （EVM） -5dB (56.2%) HT 20MHz VHT 40MHz
数据速率(Mbps) 最小接 数据速率(Mbps) 最小接 Long Short 收功率 Long Short 收功率 （dBm） （dBm） GI GI GI GI