【導讀】一體化無線網(wǎng)絡設計方案

　　

【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)，任何天線都向各個方向輻射能量，但是特定的架構(gòu)會使天線在某個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)。同時應盡量避免頻率和電磁干擾。 分集接收是在發(fā)射機和接收機之間的多個獨立信道， 因此當獨立的通道本質(zhì)上是空間的話，就可得到天線分集和極化鑒別，也就是說，在接收機和發(fā)射機的天線單元之間存在充分的間隔，各自信號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)絡設計方案 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 在接收機中使用多個天線稱之為接收分集，是相當容易實現(xiàn)。本質(zhì)上能接收發(fā)射信號流的多個拷貝，采用合適的信號處理技術(shù)有效地把這些拷貝信號組合在一起。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)射機天線陣列在新興的無線局域網(wǎng)網(wǎng)絡中，特別在接入點將發(fā)揮越來越重要的作用。事實上，當與經(jīng)適當設計的信號處理算法一起使用時，這樣的陣列會極大地提高性能。 天線 增益 天線設計中，“增益”指天線最強輻射方向的天線輻射方向圖強度與參考天線的強度之比取對數(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，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。因此，天線所能達到的增益要在天線的覆蓋范圍和它的增益之間達到平衡。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；而全向 天線由于需要向各個方向輻射，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導致增益的極大降低。 “孔徑”和“輻射方向圖”與增益緊密相關(guān)?？讖绞侵冈谧罡咴鲆娣较蛏系摹安ㄊ苯孛嫘螤?，是二維的（有時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。副瓣在如雷達等系統(tǒng)需要判定信號方向的時候，會影響天線質(zhì)量，由于功率分配副瓣還會使主瓣增益降低。 XXXX 辦公區(qū) 一體化 無線網(wǎng)絡設計方案 Cisco Systems, Inc. Proprietary and Confidential Page 33 輻射 方向圖是天線發(fā)射或接受相對場強度的圖形描述。由于天線向三維空間輻射，需要數(shù)個圖形來描述。如果天線輻射相對某軸對稱（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。不同的天線供應商 /使用者對于方向圖有著不同的標準和制圖格式。 思科 AIRLAP1142NCK9 無線接入點 內(nèi)置 和 5G 頻段的無線射頻模塊 ， 支持天線分級技術(shù)， 并提供 和 5G頻段的 內(nèi)置 高增益 天線。 無線接入點 /天線安裝 的 注意事項： 由于 天線 用來 傳送和接收 無線電 信號 ， 他們很容易受到干擾 ， 同 源 射頻干擾 會降低吞吐量可減少幅射距 離。安裝時應 遵守 以下 這些指引 ， 以確保最佳性能 ： ? 利用 傳播特性 ， 天線 應垂直安裝在盡可能高的地方。 ? 讓天線遠離金屬障礙物 ，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 管道降低天線 高度 遠離這些障礙物 。 ? 如果 信號確定必須穿過 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 信號 的穿透 影響很小 。 ? 實心 、預制混凝土墻壁 對信號的穿透限制 為一至兩 面 墻壁 ，不會影響覆蓋（根據(jù)墻體厚度） 。 XXXX 辦公區(qū) 一體化 無線網(wǎng)絡設計方案 Cisco Systems, Inc. Proprietary and Confidential Page 34 ? 帶有木門的 混凝土墻 對信號的穿透限制 為 三 至 四面 墻壁 ，不會影響覆蓋（根據(jù)墻體厚度）。 ? 木材或磚砌 墻 對信號的穿透限制 為 五 至 六面 墻壁 ，不會影響覆蓋（根據(jù)墻體厚度）。 ? 金屬墻 體或帶金屬門的墻體會引起 信號反 射，信號穿透效果很差！ ? 間隔 在 1 至 英寸 ( 至 厘米 )的金屬 鏈環(huán)柵欄或 金屬防護 絲網(wǎng) ，由于 諧波反射 ，會完全屏蔽 的無線 信號 ！ ? 安裝天線 時 遠離微波爐、 的無繩電話 。 這些產(chǎn)品可 對 在同一頻率范圍內(nèi)操作的設備 造成 信號 干擾 。 ? 天線 應 安裝在垂直方向 使 信號 最大化傳輸 。 無線網(wǎng)絡系統(tǒng)的話音應用設計（ VoWLAN） 最初，人們 希望與某一地點的另一人進行談話 —— 電話的發(fā)明實現(xiàn)了這個夢想。隨后，人們又想不受固定地點的限制進行通話 —— 手機的產(chǎn)生使人們能隨時隨地的打電話。目前，在 INTERNET 革命的浪潮中，隨著 WLAN 技術(shù)的發(fā)展，移動上網(wǎng)已不是夢想。人們又在想可不可以只用單一的終端設備隨時隨地上網(wǎng)和隨時隨地通話？這就是 VoWLAN(Vioce over WLAN)—— 在 IP 上實現(xiàn)移動的語音和數(shù)據(jù)連接。 思科可以幫助 我們 的用戶 打造出一個語音與數(shù)據(jù)徹底融合的移動世界。 隨著無線通信技術(shù)和移動終端的迅猛發(fā)展，以 IEEE 為基礎的無線局域網(wǎng)的應用越來越廣泛。據(jù) InStat/MDAR 公司預測 VoWLAN(無線局域網(wǎng)上傳輸語音 )將成為競爭力很強的語音傳輸技術(shù)，其前景十分樂觀。盡管 VoWLAN 的應用方案已經(jīng)呈現(xiàn)在我們的面前，但是要保證業(yè)務能順利開展還有許多問題有待解決，主要表現(xiàn)在以下幾個方面。 VoWLAN 的語音質(zhì)量 傳統(tǒng)的 IP 網(wǎng)絡主要是用來傳輸數(shù)據(jù)業(yè)務 ,采用的是盡力而為的、無連接的技術(shù)，存在失序到達和時延抖動甚至分組丟失等情況。數(shù)據(jù)業(yè)務對實時性要求不高 ,但話音屬于實時業(yè)務，對時序、時延等有嚴格的要求。 XXXX 辦公區(qū) 一體化 無線網(wǎng)絡設計方案 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。 ITU 標準解釋了在不同的時延和數(shù)據(jù)丟失的情況下人對通話的反應。現(xiàn)在，在建立語音測量客觀標準方面已經(jīng)取得了顯著的進步。 ITU 推薦標準 采用 EMODEL 來測量語音質(zhì)量。 EMODEL 告訴我們有兩個主要因素會影響數(shù)字語音在 WLAN上的傳輸，它們是時延和數(shù)據(jù)丟失，失序到達問題可以采用 RTP 和 RTCP 技術(shù)加以解決，下面分別加以介紹。 1．時延的影響 語音通話時 ，如果時延過大就會失真，嚴重的還會使通話無法進行。 VoWLAN 中單向時延有四部分組成。 （ 1） 傳播時延 信號傳播時間有通話距離決定的。因為無線電傳播的速度和光速一樣，所以傳播時延沒有那么顯著，短距離通信時可以忽略不計，但洲際通信時則是要考慮的。 （ 2） 打包時延 編解碼器把摸擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號要花費時間。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間，因為它們要采用壓縮技術(shù)來減少包的尺寸。例如編解碼器 把模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號有 的時延。因而使用高壓縮率的解碼器可以減少 VoWLAN 上的流量，相應的時延也會增加。也就是說一旦編解碼器的算法選定，是時延便固定了。 （ 3） 緩沖器時延 緩沖器在接收機上主要用來消除當 VoIP 包失序到達時產(chǎn)生的語音回聲。把 VoIP 包直接轉(zhuǎn)化為模擬信號前，進來的包會預先保存在緩沖存儲器中。編解碼器然后從緩沖器中取出下一個包并轉(zhuǎn)化為模擬信號，也就是說 VoIP 包在進入編解碼器前要先經(jīng)過緩沖器。當時延過多時，取出動作就會停止直到新包的到來，這樣就會導致通話的中斷。所以設計VoWLAN系統(tǒng)時應該 仔細考慮接收機緩沖器的大小。如果緩沖器處理太多的包可能會產(chǎn)生顯而易見的延時進而惡化語音質(zhì)量。但是，如果緩沖器只能處理太少的包，通話會產(chǎn)生瞬間的中斷。 （ 4） 傳輸時延 從路由器到防火墻再到交換機等等，網(wǎng)絡設備都會產(chǎn)生時延。有些設備例如集線器，時延是相對不變的。其他設備例如路由器的時延會因為網(wǎng)絡的流量和擁堵情況而變化。對 XXXX 辦公區(qū) 一體化 無線網(wǎng)絡設計方案 Cisco Systems, Inc. Proprietary and Confidential Page 36 于 WLAN來講傳輸時延是有通信數(shù)據(jù)速率決定的。在 網(wǎng)絡中，如果傳輸速率是1Mbit/s，時延則要比 11Mbit/s 的高出 11 倍。 雖然以上四種時延都會影響語音質(zhì)量 ，但是前三種是不受控的，能提高的余地很?。欢鴤鬏敃r延可以通過優(yōu)化網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)加以改善。 2．數(shù)據(jù)丟失的影響 因為 VoIP包傳輸具有時實性的特點，所以就沒有時間重新發(fā)送丟失的包。這些丟失的包會使語音通信產(chǎn)生間斷，進而產(chǎn)生靜音，如果丟失發(fā)生的頻繁則會使通話變得好無意義。 無線網(wǎng)絡中有兩個主要的原因會導致包的丟失： CSMA 域中流量過大，有沖突的包就會被丟棄；或者時延變化過大，因為包到達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） 減少每個方向上總的單 向時延。 WLAN 中語音和數(shù)據(jù)均以最大速率進行傳輸可以解決這個問題。 （ 2） 減少時延的差異。減少每個 CSMA 域中客戶的數(shù)量可以解決這個問題。 （ 3） 減少包丟失，特別是脈沖丟失。即使包丟失可以有 協(xié)議的重試機制來減輕， AP 的擁塞控制機制也必須要保證語音包丟失的最少。如果每個 AP 在發(fā)射信號之前能確保語音業(yè)務的優(yōu)先級，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 際的帶寬要大的多。當以 30ms 的間隔發(fā)送時，每個數(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，一個語音呼叫會占用 160kbit/s 的帶寬。 使用 解碼器，如果沒有靜音抑制，能支持 10 個并發(fā) VoIP 呼叫的 AP 大概需要。需要指出的是 10 個客戶競爭一個 ，由于協(xié)議采用 CSMA Backoff 算法，數(shù)據(jù)最大速率會低于 。 XXXX 辦公區(qū) 一體化 無線網(wǎng)絡設計方案 Cisco Systems, Inc. Proprietary and Confidential Page 37 在這種模式下每個 AP最好能同時有 5 到 7 個呼叫。這個數(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，這個數(shù)字要減少一半。為了避免每個 AP 的最大呼叫數(shù)過量，對 VoWLAN 終端和 AP 覆蓋范圍內(nèi)的呼叫數(shù)量進行評估是必不可少的。需要特別指出的是，在 AP 標準范圍內(nèi)才可能有更高的數(shù)據(jù)傳輸。當 VoWLAN 終端在 RF 覆蓋的邊緣時，它們的傳輸速率會降到最低且占用更多的帶寬。例如，一個VoWLAN應用在數(shù)據(jù)傳輸為 11Mbit/s 時需要 7%的帶寬， 2Mbit/s 時大約需要 10%的帶寬，1Mbit/s 時大約需要 15%的帶寬。 有四種技術(shù)可以用來優(yōu)化 WLAN 的帶寬占用：報頭壓縮，靜音抑制，幀打包，呼叫接入控制。 （ 1） 有報頭壓縮的情況下，如果采用低速編碼器可以節(jié)省一半的帶寬。不利的方面是它會增加等待和單向時延中的傳輸時延。 （ 2） 靜音抑制可以通過減少有效載荷進而節(jié)省帶寬。在大多數(shù)的電話通話中，總會有幾次一方或雙方是靜音的。靜音時，沒必要發(fā)完整的包，只需要發(fā)稍小一點的即可。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)通過把多個音頻包