大家在公司上班,经常会使用到Wi-Fi。


最近这几年,随着时代的发展,高清视频会议等大带宽网络应用越来越普遍。而公司的网络,却非常不给力,频繁卡顿,严重影响使用体验。哪怕IT的同事已经把网络优化得很好了,也搞不定。


这是为什么呢?公司的Wi-Fi,到底有什么“苦衷”?


今天这篇文章,小枣君就给大家做个深入解读。



█ Wi-Fi速率为什么这么慢?


Wi-Fi速度慢,其实说白了,就两种原因:


一是北向的出口带宽小。水管细,速度当然慢。


二是南向的无线信号覆盖差。这既有可能是Wi-Fi自身的问题,也有可能是外部环境的问题,例如距离远、障碍物多,或者干扰多。


Wi-Fi AP(Access Point,接入点)到终端的这段无线传输部分,我们通常称之为空口(空中接口)。



很多人遇到Wi-Fi速度慢,都会首先抱怨Wi-Fi提供方的网络带宽小。但实际上,无线信号的干扰,很可能才是真正的问题源头


大家都知道,无线通信需要占用无线电磁波频段。Wi-Fi采用的是ISM(Industrial Scientific Medical,工业、科学、医疗)频段,也就是俗称的免费频段,频率范围是2.4GHz和5GHz(国外也有6GHz频段,但国内未开放,本文不做讨论)。



这些频段被划分为一个个信道,供终端(例如手机)与AP通信使用。


信道的频率宽度(频宽),分为20MHz、40MHz、80MHz、160MHz、320MHz(国内没有)。


黄色代表国内使用


频宽越大,能够实现的网络连接速率就越高(相当于车道变宽了)。但是,总频宽(授权频谱范围)是不变的,如果采用大频宽,那么信道数(车道数)就会变少。


2.4G频段,共有14个信道(我国使用了1-13信道),每个信道频宽22MHz(含2MHz强制隔离频带),每个信道间隔5MHz(13和14信道的间隔12MHz)。


2.4G频段的信道


2.4G频段的衰减小,传输距离更远。但是频宽较窄,能实现的连接速率较低。


它的最主要问题在于干扰太大。虽然它有13个信道,但不重叠的信道实际上只有3个(信道1/6/11)。现在,除了少数物联网设备(对网速要求不高)之外,大部分手机、电脑、电视等有高速连接需求的终端,都不会用它。


5G频段,大家现在用的最多。它被划分24个不重叠的信道。我国使用信道编号为36—64和149—165信道,共计13个信道。


5G频段的信道


5G频段的频宽较大,能够实现更高的速率。而且,使用这个频段的设备比较少,干扰小,网络稳定。不过,5GHz频段衰减较大,覆盖距离相对2.4G频段更短。


那么,使用5G频段进行组网,会遇到什么问题呢?


如果是小办公室,没什么好说的,直接买一个路由器,选一个较大的信号频宽(一般是80MHz或160MHz),能够兼顾速率和覆盖,也没什么干扰。


但是,如果是大办公区,需要部署很多AP,就出现问题了——


AP间的部署间距,通常在10~12米范围。如果采用20MHz的频宽进行组网,会有较多的信道,干扰也比较少。但20MHz频宽太小,单用户实现的网络连接速率低,视频会议没办法看超高清的,也容易卡顿。


如果将频宽设置为40MHz,虽然单用户的理论速率得以提升,但可用信道数变少了,频谱干扰变严重了。



对大多数国家或者区域来说,如果采用40MHz频宽,就只有6个可用信道。根据测试,在40MHz组网下,受同频干扰的影响,整网性能会下降30%。


如果设置为80MHz(AP间距按12米部署),大多数国家或者区域只有3个可用信道,干扰更加严重。



事实上,80MHz组网的容量逻辑上是40MHz组网的2倍,但由于干扰问题的影响,80MHz组网的实际性能甚至还不如40MHz组网。


正因为如此,现在很多企业客户在部署Wi-Fi时,仍然会选择小频宽(20MHz),牺牲速率,增加信道,控制干扰,保障性能。


这就是为什么大家在公司总觉得Wi-Fi速度慢的主要原因。同频干扰,就是元凶。



█ 多AP组网,如何降低干扰带来的影响?


那么,同频干扰的问题,是不是无解呢?公司办公区的高密度组网,真的一点办法也没有吗?


当然不是。


前段时间,我看到华为提出了一个非常独特的解决方案,专门针对刚才提到的Wi-Fi高密度组网困境。这个方案,叫做:智频倍速iCSSR(Intelligent Coordinated Scheduling and Spatial Reuse,智能融合调度和空间复用)。


智频倍速iCSSR主要包括了两个关键技术——AP协同和智能天线。


● AP协同


我们先看看AP协同。


AP协同是一个多AP之间进行“组队协作”的技术,包括这么几个步骤:


第一步:选出同频AP组


几个AP之间,互相共享RSSI(Received Signal Strength Indication,接收的信号强度指示)、流量负载等信息,从而选出协同调度的AP组(最多支持5个同频AP为一组),并且确认优先级。



第二步:选出内圈用户组和外圈用户组


根据用户上行的BA(Block ACK)的信号强度,确定内圈用户组和外圈用户组。


如下图所示,深色部分是内圈用户组(离AP近),外面浅色部分是外圈用户组(边缘用户,离AP远):



第三步:进行用户组调度


内圈用户组和外圈用户组,调度方式是不一样的。


针对内圈用户组,采用的是“AP间协同并发,同时发送数据”的方式。


具体步骤是:


首先,优先抢占到信道的AP,会成为主AP。


然后,主AP通过空口发送协同调度帧,通知选定的从AP,要进行“同时调度”。


主AP会指示所有从AP进行参数调整,以避免相互造成干扰。


内圈用户组调度


这种并发传输,能够让用户获得更高的传输速率,带来更好的网络体验。


值得一提的是,AP之间的精准协同是微秒级的,反应速度非常快。


再来看外圈用户组。


针对外圈用户组,则是“AP间协同时分,分时发送数据”的方式。


主AP确定之后,同样会先发送协同调度帧,通知所有的从AP。不过,命令是要进行“分时调度”。


然后,主从AP依次对外圈用户组(边缘用户)进行时分调度,以分时的方式发送数据。


外圈用户组调度


以上就是AP协同的处理过程。


大家可以看到,AP协同让多个AP组成了一个“虚拟团队”。通过“团队”之间的密切合作,形成了相互之间一堵无形的“墙”,大幅降低了干扰,提升了无线空口的效率。这为80MHz频宽高密组网扫清了障碍,达到了速率和覆盖的新平衡。


● 智能天线


再来看看智能天线技术。


华为智能天线技术有两大功能。


首先,它具备信号跟随的能力。


传统AP的天线信号波束是固定的,而智能天线的信号波束可以随着用户的移动而变化。


另一个功能,是动态变焦。


传统的AP只有一个天线波束。要么是全向天线,自身像电灯泡,信号朝四面八方发射,覆盖好但是干扰很大。要么是定向天线,信号像聚光灯的光,朝固定的方向发射,干扰小但是边缘覆盖很差。



华为的AP引入智能变焦天线技术之后,可以在全向模式高密模式之间灵活切换。


人少的场景,用全向模式。人多的场景,用高密模式。


在高密模式下,通过引入华为自研的信号预矫正技术(DPD算法),天线波束可以根据用户分布、AP的部署间距等实际情况,逐包动态调整波束宽度,动态调整天线角度。


这不仅提高了用户的信号强度,还避免了信号“乱飞”对其它AP造成干扰。


熟悉移动通信的同学一定会想到:“这个和5G里的‘波束赋形’技术简直就是一模一样啊!”


是的,移动通信和Wi-Fi,一直都是在互相“学习”。刚才提到的AP协同,其实也参考了蜂窝移动通信的设计。而OFDMA、波束赋形、DPD算法,也都是继承了移动通信的技术。这是华为独特的优势。



█ 最后的话


Wi-Fi技术诞生于上世纪90年代,经过几十年的发展,已经成为我们日常生活中不可或缺的组成部分。


我们大部分人接触Wi-Fi,应该是从Wi-Fi 3(802.11g)或Wi-Fi 4(802.11n)标准开始。如今,Wi-Fi已经发展到Wi-Fi 7(802.11be),Wi-Fi 8也在研发的路上。


从无线频谱效率的角度来看,Wi-Fi已接近其性能极限,进一步提升理论速率的难度日益增加。然而,理论速率并不等同于实际体验速率。在实际应用中,解决信号干扰问题,才是提升用户体验最有效的途径。


华为提出的智频倍速iCSSR,为我们应对高密度Wi-Fi组网中的干扰问题提供了创新的解决方案。展望未来,Wi-Fi技术必将迎来更多创新,不仅让我们的网络生活更加丰富多彩,也会加速整个社会的数字化转型。



文章转载自微信公众号:鲜枣课堂

作者 鲜枣课堂

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