【導(dǎo)讀】一體化無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)方案

　　

【正文】 線分為兩大基本類型： ? 全向天線（在平面中均勻輻射） ? 定向天線（在某方向輻射較多） 在自由空間內(nèi)，任何天線都向各個(gè)方向輻射能量，但是特定的架構(gòu)會(huì)使天線在某個(gè)方向上獲得較大方向性，而其它方向的能量輻射則可以忽略。 在發(fā)射功率受到限制的情況下，天線技術(shù)成為提高覆蓋的重要手段。在室外應(yīng)使用高增益的 定向 /全向天線，在室內(nèi) 一般 使用 全向 /定向 天線，并采用分集接收和智能天線技術(shù)。同時(shí)應(yīng)盡量避免頻率和電磁干擾。 分集接收是在發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間的多個(gè)獨(dú)立信道， 因此當(dāng)獨(dú)立的通道本質(zhì)上是空間的話，就可得到天線分集和極化鑒別，也就是說，在接收機(jī)和發(fā)射機(jī)的天線單元之間存在充分的間隔，各自信號(hào)相互之間就沒有或很少有相關(guān)性，天線分集可用來提高信號(hào)的鏈路性能或是增加數(shù)據(jù)的吞吐量。 XXXX 辦公區(qū) 一體化 無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)方案 Cisco Systems, Inc. Proprietary and Confidential Page 32 天線分集技術(shù)可以化為兩大類，即發(fā)射和接收分集。 (1)接收分集 在接收機(jī)中使用多個(gè)天線稱之為接收分集，是相當(dāng)容易實(shí)現(xiàn)。本質(zhì)上能接收發(fā)射信號(hào)流的多個(gè)拷貝，采用合適的信號(hào)處理技術(shù)有效地把這些拷貝信號(hào)組合在一起。隨著天線數(shù)量的增加，中斷的可能性就降到了零，而且有效信道逼近于加性高斯噪聲信 道。兩種最普遍的接收分集技術(shù)是選擇和最佳比率組合。 (2)發(fā)射分集 多單元的發(fā)射機(jī)天線陣列在新興的無線局域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)中，特別在接入點(diǎn)將發(fā)揮越來越重要的作用。事實(shí)上，當(dāng)與經(jīng)適當(dāng)設(shè)計(jì)的信號(hào)處理算法一起使用時(shí)，這樣的陣列會(huì)極大地提高性能。 天線 增益 天線設(shè)計(jì)中，“增益”指天線最強(qiáng)輻射方向的天線輻射方向圖強(qiáng)度與參考天線的強(qiáng)度之比取對(duì)數(shù)。如果參考天線是全向天線，增益的單位為 dBi。比如，偶極子天線的增益為。偶極子天線也常用作參考天線（這是由于完美全向參考天線無法制造），這種情況下 天線的增益以 dBd 為單位。 天線增益是無源現(xiàn)象，天線并不增加激勵(lì)，而是僅僅重新分配而使在某方向上比全向天線輻射更多的能量。如果天線在一些方向上增益為正，由于天線的能量守恒，它在其他方向上的增益則為負(fù)。因此，天線所能達(dá)到的增益要在天線的覆蓋范圍和它的增益之間達(dá)到平衡。比如，碟形天線的增益很大，但覆蓋范圍卻很窄，所以它必須精確地指向 目標(biāo)；而全向 天線由于需要向各個(gè)方向輻射，它的增益就很小。 碟形天線的增益與孔徑（反射區(qū)）、天線反射面表面精度，以及發(fā)射 /接收的頻率成正比。通常來講，孔徑越大增益越大， 頻率越高增益也越大，但在較高頻率下表面精度的誤差會(huì)導(dǎo)致增益的極大降低。 “孔徑”和“輻射方向圖”與增益緊密相關(guān)。孔徑是指在最高增益方向上的“波束”截面形狀，是二維的（有時(shí)孔徑表示為近似于該截面的圓的半徑或該波束圓錐所呈的角）。輻射方向圖則是表示增益的三維圖，但通常只考慮輻射方向圖的水平和垂直二維截面。高增益天線輻射方向圖常伴有“副瓣”。副瓣是指增益中除主瓣（增益最高“波束”）外的波束。副瓣在如雷達(dá)等系統(tǒng)需要判定信號(hào)方向的時(shí)候，會(huì)影響天線質(zhì)量，由于功率分配副瓣還會(huì)使主瓣增益降低。 XXXX 辦公區(qū) 一體化 無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)方案 Cisco Systems, Inc. Proprietary and Confidential Page 33 輻射 方向圖是天線發(fā)射或接受相對(duì)場(chǎng)強(qiáng)度的圖形描述。由于天線向三維空間輻射，需要數(shù)個(gè)圖形來描述。如果天線輻射相對(duì)某軸對(duì)稱（如雙極子天線、螺旋天線和某些拋物面天線），則只需一張方向圖。不同的天線供應(yīng)商 /使用者對(duì)于方向圖有著不同的標(biāo)準(zhǔn)和制圖格式。 思科 AIRLAP1142NCK9 無線接入點(diǎn) 內(nèi)置 和 5G 頻段的無線射頻模塊 ， 支持天線分級(jí)技術(shù)， 并提供 和 5G頻段的 內(nèi)置 高增益 天線。 無線接入點(diǎn) /天線安裝 的 注意事項(xiàng)： 由于 天線 用來 傳送和接收 無線電 信號(hào) ， 他們很容易受到干擾 ， 同 源 射頻干擾 會(huì)降低吞吐量可減少幅射距 離。安裝時(shí)應(yīng) 遵守 以下 這些指引 ， 以確保最佳性能 ： ? 利用 傳播特性 ， 天線 應(yīng)垂直安裝在盡可能高的地方。 ? 讓天線遠(yuǎn)離金屬障礙物 ，例如熱力 取暖和空調(diào)管道 ， 大型 結(jié)構(gòu)吊頂上方 , 建筑 物頂部，主 電力電纜 路由附近。 如有必要 ,用 保護(hù) 管道降低天線 高度 遠(yuǎn)離這些障礙物 。 ? 如果 信號(hào)確定必須穿過 一定 密度 的 材料建筑 （ 墻壁 ） 而仍然保持足夠的 覆蓋。 您 需要 考慮以下 因素來 選擇天線安裝位置 : ? 紙和乙烯 塑料墻壁對(duì) 信號(hào) 的穿透 影響很小 。 ? 實(shí)心 、預(yù)制混凝土墻壁 對(duì)信號(hào)的穿透限制 為一至兩 面 墻壁 ，不會(huì)影響覆蓋（根據(jù)墻體厚度） 。 XXXX 辦公區(qū) 一體化 無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)方案 Cisco Systems, Inc. Proprietary and Confidential Page 34 ? 帶有木門的 混凝土墻 對(duì)信號(hào)的穿透限制 為 三 至 四面 墻壁 ，不會(huì)影響覆蓋（根據(jù)墻體厚度）。 ? 木材或磚砌 墻 對(duì)信號(hào)的穿透限制 為 五 至 六面 墻壁 ，不會(huì)影響覆蓋（根據(jù)墻體厚度）。 ? 金屬墻 體或帶金屬門的墻體會(huì)引起 信號(hào)反 射，信號(hào)穿透效果很差！ ? 間隔 在 1 至 英寸 ( 至 厘米 )的金屬 鏈環(huán)柵欄或 金屬防護(hù) 絲網(wǎng) ，由于 諧波反射 ，會(huì)完全屏蔽 的無線 信號(hào) ！ ? 安裝天線 時(shí) 遠(yuǎn)離微波爐、 的無繩電話 。 這些產(chǎn)品可 對(duì) 在同一頻率范圍內(nèi)操作的設(shè)備 造成 信號(hào) 干擾 。 ? 天線 應(yīng) 安裝在垂直方向 使 信號(hào) 最大化傳輸 。 無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的話音應(yīng)用設(shè)計(jì)（ VoWLAN） 最初，人們 希望與某一地點(diǎn)的另一人進(jìn)行談話 —— 電話的發(fā)明實(shí)現(xiàn)了這個(gè)夢(mèng)想。隨后，人們又想不受固定地點(diǎn)的限制進(jìn)行通話 —— 手機(jī)的產(chǎn)生使人們能隨時(shí)隨地的打電話。目前，在 INTERNET 革命的浪潮中，隨著 WLAN 技術(shù)的發(fā)展，移動(dòng)上網(wǎng)已不是夢(mèng)想。人們又在想可不可以只用單一的終端設(shè)備隨時(shí)隨地上網(wǎng)和隨時(shí)隨地通話？這就是 VoWLAN(Vioce over WLAN)—— 在 IP 上實(shí)現(xiàn)移動(dòng)的語音和數(shù)據(jù)連接。 思科可以幫助 我們 的用戶 打造出一個(gè)語音與數(shù)據(jù)徹底融合的移動(dòng)世界。 隨著無線通信技術(shù)和移動(dòng)終端的迅猛發(fā)展，以 IEEE 為基礎(chǔ)的無線局域網(wǎng)的應(yīng)用越來越廣泛。據(jù) InStat/MDAR 公司預(yù)測(cè) VoWLAN(無線局域網(wǎng)上傳輸語音 )將成為競(jìng)爭(zhēng)力很強(qiáng)的語音傳輸技術(shù)，其前景十分樂觀。盡管 VoWLAN 的應(yīng)用方案已經(jīng)呈現(xiàn)在我們的面前，但是要保證業(yè)務(wù)能順利開展還有許多問題有待解決，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。 VoWLAN 的語音質(zhì)量 傳統(tǒng)的 IP 網(wǎng)絡(luò)主要是用來傳輸數(shù)據(jù)業(yè)務(wù) ,采用的是盡力而為的、無連接的技術(shù)，存在失序到達(dá)和時(shí)延抖動(dòng)甚至分組丟失等情況。數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)對(duì)實(shí)時(shí)性要求不高 ,但話音屬于實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)，對(duì)時(shí)序、時(shí)延等有嚴(yán)格的要求。 XXXX 辦公區(qū) 一體化 無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)方案 Cisco Systems, Inc. Proprietary and Confidential Page 35 語音質(zhì)量 傳統(tǒng)上是采用主觀方法來衡量的。它主要采用 ITU 建議的 中的 MOS（ mean opinion score）指標(biāo)。 ITU 標(biāo)準(zhǔn)解釋了在不同的時(shí)延和數(shù)據(jù)丟失的情況下人對(duì)通話的反應(yīng)。現(xiàn)在，在建立語音測(cè)量客觀標(biāo)準(zhǔn)方面已經(jīng)取得了顯著的進(jìn)步。 ITU 推薦標(biāo)準(zhǔn) 采用 EMODEL 來測(cè)量語音質(zhì)量。 EMODEL 告訴我們有兩個(gè)主要因素會(huì)影響數(shù)字語音在 WLAN上的傳輸，它們是時(shí)延和數(shù)據(jù)丟失，失序到達(dá)問題可以采用 RTP 和 RTCP 技術(shù)加以解決，下面分別加以介紹。 1．時(shí)延的影響 語音通話時(shí) ，如果時(shí)延過大就會(huì)失真，嚴(yán)重的還會(huì)使通話無法進(jìn)行。 VoWLAN 中單向時(shí)延有四部分組成。 （ 1） 傳播時(shí)延 信號(hào)傳播時(shí)間有通話距離決定的。因?yàn)闊o線電傳播的速度和光速一樣，所以傳播時(shí)延沒有那么顯著，短距離通信時(shí)可以忽略不計(jì)，但洲際通信時(shí)則是要考慮的。 （ 2） 打包時(shí)延 編解碼器把摸擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)要花費(fèi)時(shí)間。高碼流編解碼器例如 的 IP打包速度比較快，大約 1ms。低碼流編解碼器要用更多的時(shí)間，因?yàn)樗鼈円捎脡嚎s技術(shù)來減少包的尺寸。例如編解碼器 把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)有 的時(shí)延。因而使用高壓縮率的解碼器可以減少 VoWLAN 上的流量，相應(yīng)的時(shí)延也會(huì)增加。也就是說一旦編解碼器的算法選定，是時(shí)延便固定了。 （ 3） 緩沖器時(shí)延 緩沖器在接收機(jī)上主要用來消除當(dāng) VoIP 包失序到達(dá)時(shí)產(chǎn)生的語音回聲。把 VoIP 包直接轉(zhuǎn)化為模擬信號(hào)前，進(jìn)來的包會(huì)預(yù)先保存在緩沖存儲(chǔ)器中。編解碼器然后從緩沖器中取出下一個(gè)包并轉(zhuǎn)化為模擬信號(hào)，也就是說 VoIP 包在進(jìn)入編解碼器前要先經(jīng)過緩沖器。當(dāng)時(shí)延過多時(shí)，取出動(dòng)作就會(huì)停止直到新包的到來，這樣就會(huì)導(dǎo)致通話的中斷。所以設(shè)計(jì)VoWLAN系統(tǒng)時(shí)應(yīng)該 仔細(xì)考慮接收機(jī)緩沖器的大小。如果緩沖器處理太多的包可能會(huì)產(chǎn)生顯而易見的延時(shí)進(jìn)而惡化語音質(zhì)量。但是，如果緩沖器只能處理太少的包，通話會(huì)產(chǎn)生瞬間的中斷。 （ 4） 傳輸時(shí)延 從路由器到防火墻再到交換機(jī)等等，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備都會(huì)產(chǎn)生時(shí)延。有些設(shè)備例如集線器，時(shí)延是相對(duì)不變的。其他設(shè)備例如路由器的時(shí)延會(huì)因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)的流量和擁堵情況而變化。對(duì) XXXX 辦公區(qū) 一體化 無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)方案 Cisco Systems, Inc. Proprietary and Confidential Page 36 于 WLAN來講傳輸時(shí)延是有通信數(shù)據(jù)速率決定的。在 網(wǎng)絡(luò)中，如果傳輸速率是1Mbit/s，時(shí)延則要比 11Mbit/s 的高出 11 倍。 雖然以上四種時(shí)延都會(huì)影響語音質(zhì)量 ，但是前三種是不受控的，能提高的余地很??；而傳輸時(shí)延可以通過優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)加以改善。 2．?dāng)?shù)據(jù)丟失的影響 因?yàn)?VoIP包傳輸具有時(shí)實(shí)性的特點(diǎn)，所以就沒有時(shí)間重新發(fā)送丟失的包。這些丟失的包會(huì)使語音通信產(chǎn)生間斷，進(jìn)而產(chǎn)生靜音，如果丟失發(fā)生的頻繁則會(huì)使通話變得好無意義。 無線網(wǎng)絡(luò)中有兩個(gè)主要的原因會(huì)導(dǎo)致包的丟失： CSMA 域中流量過大，有沖突的包就會(huì)被丟棄；或者時(shí)延變化過大，因?yàn)榘竭_(dá)緩沖器過晚或過早而被丟棄。 WLAN 中有三種方法可以用來改善語音質(zhì)量。 （ 1） 減少每個(gè)方向上總的單 向時(shí)延。 WLAN 中語音和數(shù)據(jù)均以最大速率進(jìn)行傳輸可以解決這個(gè)問題。 （ 2） 減少時(shí)延的差異。減少每個(gè) CSMA 域中客戶的數(shù)量可以解決這個(gè)問題。 （ 3） 減少包丟失，特別是脈沖丟失。即使包丟失可以有 協(xié)議的重試機(jī)制來減輕， AP 的擁塞控制機(jī)制也必須要保證語音包丟失的最少。如果每個(gè) AP 在發(fā)射信號(hào)之前能確保語音業(yè)務(wù)的優(yōu)先級(jí)，就可以減少包的丟失。 VoWLAN 的帶寬占用 WLAN 中 VoIP 呼叫占用的帶寬要比解碼器的數(shù)據(jù)速率大的多。低碼流解碼器例如，數(shù)據(jù)最大速率是 8kbps。但是，實(shí) 際的帶寬要大的多。當(dāng)以 30ms 的間隔發(fā)送時(shí)，每個(gè)數(shù)據(jù)包的大小是 30 字節(jié)。另外，包頭有額外的 RTP 字頭和 字頭。所以，單向總帶寬要多于 25kbit/s。雙向通話要求高于 50kbit/s 的帶寬。更高碼流的解碼器，一個(gè)語音呼叫會(huì)占用 160kbit/s 的帶寬。 使用 解碼器，如果沒有靜音抑制，能支持 10 個(gè)并發(fā) VoIP 呼叫的 AP 大概需要。需要指出的是 10 個(gè)客戶競(jìng)爭(zhēng)一個(gè) ，由于協(xié)議采用 CSMA Backoff 算法，數(shù)據(jù)最大速率會(huì)低于 。 XXXX 辦公區(qū) 一體化 無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)方案 Cisco Systems, Inc. Proprietary and Confidential Page 37 在這種模式下每個(gè) AP最好能同時(shí)有 5 到 7 個(gè)呼叫。這個(gè)數(shù)字是基于 2Mbit/s 的情況，如果部分或者全部 VoWLAN 終端的數(shù)據(jù)速率是 1Mbit/s，這個(gè)數(shù)字要減少一半。為了避免每個(gè) AP 的最大呼叫數(shù)過量，對(duì) VoWLAN 終端和 AP 覆蓋范圍內(nèi)的呼叫數(shù)量進(jìn)行評(píng)估是必不可少的。需要特別指出的是，在 AP 標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)才可能有更高的數(shù)據(jù)傳輸。當(dāng) VoWLAN 終端在 RF 覆蓋的邊緣時(shí)，它們的傳輸速率會(huì)降到最低且占用更多的帶寬。例如，一個(gè)VoWLAN應(yīng)用在數(shù)據(jù)傳輸為 11Mbit/s 時(shí)需要 7%的帶寬， 2Mbit/s 時(shí)大約需要 10%的帶寬，1Mbit/s 時(shí)大約需要 15%的帶寬。 有四種技術(shù)可以用來優(yōu)化 WLAN 的帶寬占用：報(bào)頭壓縮，靜音抑制，幀打包，呼叫接入控制。 （ 1） 有報(bào)頭壓縮的情況下，如果采用低速編碼器可以節(jié)省一半的帶寬。不利的方面是它會(huì)增加等待和單向時(shí)延中的傳輸時(shí)延。 （ 2） 靜音抑制可以通過減少有效載荷進(jìn)而節(jié)省帶寬。在大多數(shù)的電話通話中，總會(huì)有幾次一方或雙方是靜音的。靜音時(shí)，沒必要發(fā)完整的包，只需要發(fā)稍小一點(diǎn)的即可。通話雙方的靜音抑制可以壓 縮 50%的有效載荷。 （ 3） 幀打包技術(shù)通過把多個(gè)音頻包