5GHz频谱最佳保障，2.4GHz频谱尽力而为

关于2.4GHz频谱的现状与问题其实之前写过很多文章了。

什么？苹果 WWDC2016 不提供 2.4GHz 的 Wi-Fi 接入服务？

千兆级物联网：频谱选择至关重要

5 GHz WI-FI 已成时代主流

很多朋友不理解2.4GHz频谱和5GHz频谱，我这里要说的是，如果把无线网络赖以工作的频谱资源比作道路的话：

2.4GHz频谱就是国道，国道上拥挤着各种大小车辆，这些车辆就是无线客户端，车辆在道路上行驶这就是介质竞争，还会产生同频干扰；由于国道不收费，还会时不时的有自行车、拖拉机、驴马车上来行驶，这就是非Wi-Fi干扰；尽管国道很窄，但是还有大量无良车主开着改装的超高超宽的货车上来行驶，这就是在2.4GHz频谱上使用40MHz信道宽度。

5GHz频谱就是高速，使用高速有一定的成本，这就是双频网卡，对于希望取得好的驾驶体验的人，这点代价值得；高速上同样行驶着各种大小车辆，但是由于高速路况好，道路资源丰富，介质的竞争有序，同频干扰可以被容易的管理；高速几乎不会有自行车、拖拉机、驴马车上来行驶，非Wi-Fi干扰对其影响很小。

在车辆上安装GPS，引导车辆走高速，这就是从无线网络基础架构一侧引导客户端连接5GHz频谱，但是一些车辆的GPS软件有问题，显示出来的导航结果还是走国道，这就是很多双频客户端因为自身驱动的原因仍然固执的去连接2.4GHz。

 造成2.4GHz频谱现状的罪魁祸首是信道资源有限，诚然，对于一个将近二十年前确定下来的事情而言，当时2.4GHz频谱以及其信道的划分并无不妥。

 尽管只有3个不重叠信道，但是当时的部署要求覆盖最大化，每个无线接入点接入的客户端没那么多，能够连接Wi-Fi的客户端仅限于笔记本电脑、行业专用设备（例如仓储/制造业常用的手持终端），介质竞争没那么激烈；无线接入点之间距离较远，信道和信道之间的隔离和重用可以做的不错，也没有那么多非Wi-Fi干扰出现。

我想，从802.11n技术走向市场开始，从苹果发布iPhone终端开始，无线网络需要在大范围区域中连续覆盖，密集接入用户，并且支持用户关键业务应用。此时，2.4GHz频谱不论是在高效的信道复用上还是在单一无线接入点形成的蜂窝中提升空口效率方面都显得捉襟见肘。这也是2.4GHz频谱支持的802.11协议也就停滞在802.11n的原因之一。

那么2.4GHz频谱现在真的“不能用吗”？这个问题没有绝对的答案，要分场景来看，在家里还是可以的，在企业里如果您对于频谱具有绝对的控制权，例如杜绝非法无线接入点、杜绝非Wi-Fi干扰、小面积部署、接入客户端数量有限，对客户端行为有完全掌控，那么2.4GHz频谱并非“不可用”。遗憾的是在企业中要做到上述几点完全是不可能的！！！

到目前为止，很多工程师/厂商还是固执的认为2.4GHz频谱没那么“烂”，还可以对其进行“优化”，2.4Ghz还可能提供正常服务。并且还在鼓吹一些在2.4GHz频谱上的错误行为。我们来看看有哪些。

在2.4GHz使用40MHz信道宽度

在这件事情上说贪小便宜吃大亏一点也不过分。可以负责任的讲，如果有人还这么和你讲，并且在测试验证无线网络时这么做，那么你一定要小心了。往好了想，这个人不懂技术，往坏了想，他们希望通过展示一个在实际部署中不可能实现的吞吐量数值来达到“炫耀”目的。当您拿到在2.4GHz信道上的性能测试结果时，最好留个心眼，别被人蒙了。

下图是20MHz信道的频谱图，可以看到，信道1的无线信号在信道6已经降到了-100dBm以下，对于信道6几乎没有影响。我们可以通过复用3个信道实现覆盖。

 下图是40MHz信道的频谱图，可以看到，信道1+6的无线信号在信道11形成了20dB底噪，尽管看起来信道11还可用，但是我们只能通过复用2个信道实现覆盖。

 根据802.11n 规范，无线接入点和客户端必须默认工作在为2.4 GHz频段20MHz的信道带宽模式。 它们可以在满足多个要素之后切换到40MHz信道带宽模式，这些要素包括没有不支持40MHz的客户端存在和没有其它干扰的无线接入点。 另外，为了满足规格，无线接入点不允许在2.4GHz频段设置为使用“唯一”40MHz信道模式。

要知道，Wi-Fi联盟对于无线产品的互操作性认证有一条很重要的认证：要求支持40 MHz信道带宽模式下的2.4 GHz设备之间实施共存机制，确保好邻居的行为。这个要求当频谱中存在下列活动时会导致40MHz信道回退到20 MHz：

1）如果一个无线接入点检测到40 MHz信道范围内存在另一个无线接入点时，不论这个无线接入点是否有客户端连接或传输活动，他都将回退到20MHz模式。

2）如果无线接入点检测到不支持40MHz信道的客户端设备（由客户端发出的管理帧标志位标识），他将回退到20MHz模式。

 这意味着什么？在2.4GHz使用40MHz信道就像一个本来武功就不咋地的人，比武之前还自废了自己的一条大腿。称之为愚蠢一点不为过。

 最后提一句，你可能还不知道无线网络中那些客户端不支持40MHz信道宽度，那么看看下表吧。

 在2.4GHz实现256QAM调制方式，支持800Mbps数据连接速率？

这是在2.4GHz上另一个博取眼球、有名无实的所谓“产品特性”。建立800MHz数据连接速率需要同时满足三个条件：256QAM调制方式、40MHz信道宽度、4个空间流。

256QAM是802.11ac技术引入的更复杂的调制方式，越复杂的调制方式就需要越干净的频谱、极其高的信噪比才能实现，这在当今的2.4GHz频谱上，除了在射频实验室里，我还想象不出来什么地方可以实现。

就像在下图中的2.4GHz频段中的信噪比，你连采用QPSK/16QAM的数据连接速率都建立不起来，更不用提256QAM的数据连接速率了。

 另外，在2.4GHz实现256QAM调制方式（也称为TurboQAM）是一种Broadcom芯片的专有技术，允许在2.4GHz频段使用802.11ac速率（256 QAM）。通过在2.4GHz频段中启用40 MHz信道，这两种技术相加使得无线接入点（四空间流）和无线客户端（四空间流）之间的理论最大数据连接速率为800Mbps。

 你可以看到这个然并卵的特性需要：

• 需要采用相同Broadcom芯片的客户端和无线接入点在软硬件上启用

• 在 2.4 GHz 频段获得极高信噪比实现256 QAM调制，

• 需要获得极高信噪从而实现4空间流

• 需要40MHz信道宽度，

• 需要频谱及其干净

那么你在实际部署时能得到期待的结果吗？

关于频谱使用的最佳实践

 1. 对于关键业务应用，按照5GHz频谱规划无线网络，配置单独的SSID，应用适合的射频参数配置。

2.  2.4Gh频谱只提供“尽力而为”服务，无法保障用户体验，配置单独的SSID，应用适合的射频参数配置。例如针对访客提供无线接入的服务。

3. 不购买单频无线接入点

4. 不购买单频客户端，这需要您和采购部门充分沟通，痛陈利害，也需要获得领导的支持来推进。

5. 选购双频客户端前提前了解无线网卡的技术参数，尽量选择支持更多5Ghz信道（中国在5GHz上允许13个信道）的网卡。

6. 如果由于不可控因素购买了单频客户端，可以通过USB外接双频网卡（支持5GHz的802.11n双频网卡即可，成本极其低廉）迁移单频客户端到5Ghz。

持续挖掘5GHz频谱的潜力-利用双 5 GHz 和智能无线电角色分配

现在市场上一台无线接入点通常具备两个无线电射频模块：基于802.11n标准的2.4GHz无线电和基于802.11n/ac的5GHz无线电，即无线接入点有50％的资源用于运行2.4GHz模式。

 思科创新的Aironet2800和3800无线接入点通过灵活的无线电角色分配（FRA）功能，根据您的客户端负载情况动态调整无线电的角色，在2.4GHz和5GHz之间的动态变化，为无线网络带来了智能和灵活性。随着越来越多的客户端加入您的无线网络，它可以通过提供更多的5GHz的覆盖而提升无线网络的容量。也能随着客户端数量的下降，灵活的动态调整无线网络实现最佳的覆盖。

 双5GHz无线电实现覆盖的好处毋庸置疑。对于使用全向天线覆盖的场景，双5GHz无线电形成了覆盖的微蜂窝和宏蜂窝，防止近距离客户端与较远的客户端竞争带宽时间，降低了信道利用率，将类似的客户端以相似数据连接速率为特征进行分组，这不仅可以使 5 GHz 的可用带宽时间加倍，还可以优化客户端吞吐量，从而获得更佳的频谱效率。

 对于使用定向天线覆盖的场景，双5GHz无线电形成了覆盖的宏蜂窝和宏蜂窝，方便部署且可以节省设备投资。

 实现双5GHz无线电在同一无线接入点上的共存需要极其精妙的无线电、射频和天线设计，对于不具备这些能力从而实现这项技术的厂商，他们完全不理解双5GHz是做什么用的？如何实现？因此他们对此大放厥词不难理解。在最近发布的Miercom测试报告中，第三方验证了双5GHz在宏蜂窝/宏蜂窝覆盖模式下的性能。

 测试采用一个使用外部定向天线、覆盖两个独立区域的Aironet 2800E无线接入点。 测试过程中，在小隔间内分别安装了两组各五个客户端，与办公室内的设置相似。如上面平面布置图所示，一组五个客户端（全部为MacBook Pro）放置在2802e无线接入点北边；另一组放置在无线接入点西边。配置两根外部天线，一根指向北，一根指向西，确保每个5 GHz无线频段覆盖范围重叠较小。

首先测量北边客户端的汇聚吞吐量，然后测量西边客户端的汇聚吞吐量。最后，同时测量两组客户端的汇聚吞吐量。结果如下图所示。

 同时运行5 GHz频段测试时的吞吐量为899 Mbps，与两个频段分别测试得到的总吞吐量912 Mbps非常接近。这表明双5 GHz无线电之间互相干扰极小，不会彼此之间产生互相影响性能的干扰。