無線網路規劃設計和部署維護之誤區與最佳實踐（4）

5GHz頻譜最佳保障，2.4GHz頻譜盡力而為

關於2.4GHz頻譜的現狀與問題其實之前寫過很多文章了。

什麼？蘋果 WWDC2016 不提供 2.4GHz 的 Wi-Fi 接入服務？

千兆級物聯網：頻譜選擇至關重要

5 GHz WI-FI 已成時代主流

很多朋友不理解2.4GHz頻譜和5GHz頻譜，我這裡要說的是，如果把無線網路賴以工作的頻譜資源比作道路的話：

2.4GHz頻譜就是國道，國道上擁擠著各種大小車輛，這些車輛就是無線客戶端，車輛在道路上行駛這就是介質競爭，還會產生同頻干擾；由於國道不收費，還會時不時的有腳踏車、拖拉機、驢馬車上來行駛，這就是非Wi-Fi干擾；儘管國道很窄，但是還有大量無良車主開著改裝的超高超寬的貨車上來行駛，這就是在2.4GHz頻譜上使用40MHz通道寬度。

5GHz頻譜就是高速，使用高速有一定的成本，這就是雙頻網路卡，對於希望取得好的駕駛體驗的人，這點代價值得；高速上同樣行駛著各種大小車輛，但是由於高速路況好，道路資源豐富，介質的競爭有序，同頻干擾可以被容易的管理；高速幾乎不會有腳踏車、拖拉機、驢馬車上來行駛，非Wi-Fi干擾對其影響很小。

在車輛上安裝GPS，引導車輛走高速，這就是從無線網路基礎架構一側引導客戶端連線5GHz頻譜，但是一些車輛的GPS軟體有問題，顯示出來的導航結果還是走國道，這就是很多雙頻客戶端因為自身驅動的原因仍然固執的去連線2.4GHz。

 造成2.4GHz頻譜現狀的罪魁禍首是通道資源有限，誠然，對於一個將近二十年前確定下來的事情而言，當時2.4GHz頻譜以及其通道的劃分並無不妥。

 儘管只有3個不重疊通道，但是當時的部署要求覆蓋最大化，每個無線接入點接入的客戶端沒那麼多，能夠連線Wi-Fi的客戶端僅限於膝上型電腦、行業專用裝置（例如倉儲/製造業常用的手持終端），介質競爭沒那麼激烈；無線接入點之間距離較遠，通道和通道之間的隔離和重用可以做的不錯，也沒有那麼多非Wi-Fi干擾出現。

我想，從802.11n技術走向市場開始，從蘋果釋出iPhone終端開始，無線網路需要在大範圍區域中連續覆蓋，密集接入使用者，並且支援使用者關鍵業務應用。此時，2.4GHz頻譜不論是在高效的通道複用上還是在單一無線接入點形成的蜂窩中提升空口效率方面都顯得捉襟見肘。這也是2.4GHz頻譜支援的802.11協議也就停滯在802.11n的原因之一。

那麼2.4GHz頻譜現在真的“不能用嗎”？這個問題沒有絕對的答案，要分場景來看，在家裡還是可以的，在企業裡如果您對於頻譜具有絕對的控制權，例如杜絕非法無線接入點、杜絕非Wi-Fi干擾、小面積部署、接入客戶端數量有限，對客戶端行為有完全掌控，那麼2.4GHz頻譜並非“不可用”。遺憾的是在企業中要做到上述幾點完全是不可能的！！！

到目前為止，很多工程師/廠商還是固執的認為2.4GHz頻譜沒那麼“爛”，還可以對其進行“最佳化”，2.4Ghz還可能提供正常服務。並且還在鼓吹一些在2.4GHz頻譜上的錯誤行為。我們來看看有哪些。

 

在2.4GHz使用40MHz通道寬度

在這件事情上說貪小便宜吃大虧一點也不過分。可以負責任的講，如果有人還這麼和你講，並且在測試驗證無線網路時這麼做，那麼你一定要小心了。往好了想，這個人不懂技術，往壞了想，他們希望透過展示一個在實際部署中不可能實現的吞吐量數值來達到“炫耀”目的。當您拿到在2.4GHz通道上的效能測試結果時，最好留個心眼，別被人蒙了。

下圖是20MHz通道的頻譜圖，可以看到，通道1的無線訊號在通道6已經降到了-100dBm以下，對於通道6幾乎沒有影響。我們可以透過複用3個通道實現覆蓋。

 下圖是40MHz通道的頻譜圖，可以看到，通道1+6的無線訊號在通道11形成了20dB底噪，儘管看起來通道11還可用，但是我們只能透過複用2個通道實現覆蓋。

 根據802.11n 規範，無線接入點和客戶端必須預設工作在為2.4 GHz頻段20MHz的通道頻寬模式。 它們可以在滿足多個要素之後切換到40MHz通道頻寬模式，這些要素包括沒有不支援40MHz的客戶端存在和沒有其它干擾的無線接入點。 另外，為了滿足規格，無線接入點不允許在2.4GHz頻段設定為使用“唯一”40MHz通道模式。

要知道，Wi-Fi聯盟對於無線產品的互操作性認證有一條很重要的認證：要求支援40 MHz通道頻寬模式下的2.4 GHz裝置之間實施共存機制，確保好鄰居的行為。這個要求當頻譜中存在下列活動時會導致40MHz通道回退到20 MHz：

1）如果一個無線接入點檢測到40 MHz通道範圍記憶體在另一個無線接入點時，不論這個無線接入點是否有客戶端連線或傳輸活動，他都將回退到20MHz模式。

2）如果無線接入點檢測到不支援40MHz通道的客戶端裝置（由客戶端發出的管理幀標誌位標識），他將回退到20MHz模式。

 這意味著什麼？在2.4GHz使用40MHz通道就像一個本來武功就不咋地的人，比武之前還自廢了自己的一條大腿。稱之為愚蠢一點不為過。

 最後提一句，你可能還不知道無線網路中那些客戶端不支援40MHz通道寬度，那麼看看下錶吧。

客戶端	支援2.4GHz頻段40 MHz通道
All Intel Chipset	No
iPhone & iPad	Yes, Official not recommand
MacBook Air	No
MacBook Pro	No
Samsung Galaxy S4	No
Samsung Galaxy S5	No
HTC One	No

 在2.4GHz實現256QAM調製方式，支援800Mbps資料連線速率？

這是在2.4GHz上另一個博取眼球、有名無實的所謂“產品特性”。建立800MHz資料連線速率需要同時滿足三個條件：256QAM調製方式、40MHz通道寬度、4個空間流。

256QAM是802.11ac技術引入的更復雜的調製方式，越複雜的調製方式就需要越乾淨的頻譜、極其高的訊雜比才能實現，這在當今的2.4GHz頻譜上，除了在射頻實驗室裡，我還想象不出來什麼地方可以實現。

就像在下圖中的2.4GHz頻段中的訊雜比，你連採用QPSK/16QAM的資料連線速率都建立不起來，更不用提256QAM的資料連線速率了。

 另外，在2.4GHz實現256QAM調製方式（也稱為TurboQAM）是一種Broadcom晶片的專有技術，允許在2.4GHz頻段使用802.11ac速率（256 QAM）。透過在2.4GHz頻段中啟用40 MHz通道，這兩種技術相加使得無線接入點（四空間流）和無線客戶端（四空間流）之間的理論最大資料連線速率為800Mbps。

 你可以看到這個然並卵的特性需要：

• 需要採用相同Broadcom晶片的客戶端和無線接入點在軟硬體上啟用

• 在 2.4 GHz 頻段獲得極高訊雜比實現256 QAM調製，

• 需要獲得極高信噪從而實現4空間流

• 需要40MHz通道寬度，

• 需要頻譜及其乾淨

那麼你在實際部署時能得到期待的結果嗎？

關於頻譜使用的最佳實踐

 1. 對於關鍵業務應用，按照5GHz頻譜規劃無線網路，配置單獨的SSID，應用適合的射頻引數配置。

2.  2.4Gh頻譜只提供“盡力而為”服務，無法保障使用者體驗，配置單獨的SSID，應用適合的射頻引數配置。例如針對訪客提供無線接入的服務。

3. 不購買單頻無線接入點

4. 不購買單頻客戶端，這需要您和採購部門充分溝通，痛陳利害，也需要獲得領導的支援來推進。

5. 選購雙頻客戶端前提前瞭解無線網路卡的技術引數，儘量選擇支援更多5Ghz通道（中國在5GHz上允許13個通道）的網路卡。

6. 如果由於不可控因素購買了單頻客戶端，可以透過USB外接雙頻網路卡（支援5GHz的802.11n雙頻網路卡即可，成本極其低廉）遷移單頻客戶端到5Ghz。

持續挖掘5GHz頻譜的潛力-利用雙 5 GHz 和智慧無線電角色分配

現在市場上一臺無線接入點通常具備兩個無線電射頻模組：基於802.11n標準的2.4GHz無線電和基於802.11n/ac的5GHz無線電，即無線接入點有50％的資源用於執行2.4GHz模式。

 思科創新的Aironet2800和3800無線接入點透過靈活的無線電角色分配（FRA）功能，根據您的客戶端負載情況動態調整無線電的角色，在2.4GHz和5GHz之間的動態變化，為無線網路帶來了智慧和靈活性。隨著越來越多的客戶端加入您的無線網路，它可以透過提供更多的5GHz的覆蓋而提升無線網路的容量。也能隨著客戶端數量的下降，靈活的動態調整無線網路實現最佳的覆蓋。

 雙5GHz無線電實現覆蓋的好處毋庸置疑。對於使用全向天線覆蓋的場景，雙5GHz無線電形成了覆蓋的微蜂窩和宏蜂窩，防止近距離客戶端與較遠的客戶端競爭頻寬時間，降低了通道利用率，將類似的客戶端以相似資料連線速率為特徵進行分組，這不僅可以使 5 GHz 的可用頻寬時間加倍，還可以最佳化客戶端吞吐量，從而獲得更佳的頻譜效率。

 對於使用定向天線覆蓋的場景，雙5GHz無線電形成了覆蓋的宏蜂窩和宏蜂窩，方便部署且可以節省裝置投資。

 實現雙5GHz無線電在同一無線接入點上的共存需要極其精妙的無線電、射頻和天線設計，對於不具備這些能力從而實現這項技術的廠商，他們完全不理解雙5GHz是做什麼用的？如何實現？因此他們對此大放厥詞不難理解。在最近釋出的Miercom測試報告中，第三方驗證了雙5GHz在宏蜂窩/宏蜂窩覆蓋模式下的效能。

 

 測試採用一個使用外部定向天線、覆蓋兩個獨立區域的Aironet 2800E無線接入點。 測試過程中，在小隔間內分別安裝了兩組各五個客戶端，與辦公室內的設定相似。如上面平面佈置圖所示，一組五個客戶端（全部為MacBook Pro）放置在2802e無線接入點北邊；另一組放置在無線接入點西邊。配置兩根外部天線，一根指向北，一根指向西，確保每個5 GHz無線頻段覆蓋範圍重疊較小。

首先測量北邊客戶端的匯聚吞吐量，然後測量西邊客戶端的匯聚吞吐量。最後，同時測量兩組客戶端的匯聚吞吐量。結果如下圖所示。

 同時執行5 GHz頻段測試時的吞吐量為899 Mbps，與兩個頻段分別測試得到的總吞吐量912 Mbps非常接近。這表明雙5 GHz無線電之間互相干擾極小，不會彼此之間產生互相影響效能的干擾。