室内无线网络对当今的数字世界必不可少
受移动设备数量激增、带宽容量和覆盖范围增大以及将设备从固定有线连接中解脱出来的好处的推动，无线网络正在迅速成为连接人和物的实际媒介。大多数人都明白，每个无线连接背后都有一个基础设施，其提供与局域网 (LAN)、服务提供商网络和云端的上行链路连接。然而，布线专业人员需要精确地了解无线通信的工作原理，并且几种类型的室内无线技术在各种应用中以不同的频率、数据速率和距离运行。
目录
什么是室内无线网络以及为什么它很重要？
在所有移动设备数据流量中，估计有 70%-80% 是在室内产生。室内无线网络对于让我们和我们的设备在办公楼、体育场馆、酒店、医院、机场、零售场所等室内保持连接至关重要。
我们对移动设备的日常依赖要求在几乎每个设施中都提供无线连接。与此同时，更多的物联网和智能建筑设备通过无线技术进行连接，以便于实施、扩展和节省成本。其他几种室内应用将无线技术用于从访问控制和资产跟踪到移动支付、库存管理，以及日常免提设备等各种领域。因此，可靠的室内无线网络覆盖（通过各种互补技术实现）在当今的互联世界中至关重要。
室内无线网络如何工作？
所有室内无线系统都在电磁频谱中运行，电磁频谱是指由电磁能量波在空间传播的全波段辐射。这些波的特征是波长和频率。
- • 波长是波的一个完整周期所覆盖的距离，频率是一定时间内波的数量。
- • 频率以赫兹表示，一赫兹等于每秒一个周期（1 兆赫兹等于每秒一百万个周期，1 千兆赫兹等于每秒十亿个周期）。频率越高，波长越短。
整个电磁频谱范围包括波长最长的极低频无线电波到红外线、紫外线、X 射线和波长最短的超高频伽马射线。请注意，在下图中，可见光（只占频谱的一小部分）由人类可以看到的七种颜色组成。
电磁频谱的范围包括从波长较长的无线电波到波长最短的伽马射线。
无线通信频率
无线通信属于频谱的射频 (RF) 部分，从约 3 Hz 到 3000 GHz。RF 频谱是一种固定的有限资源，由美国联邦通信委员会 (FCC) 和国际电信联盟 (ITU) 监管，以防止干扰。它基本上被分割成各种“频段”，用于各种传输类型和应用，例如 GPS 导航、军事和紧急通信、电视广播，AM 和 FM 无线电、气象卫星、蜂窝网络、Wi-Fi、蓝牙等。有些频段被分配给特定的服务，而其他频段则被出售或许可给运营商。请注意，所有 RF 信号都使用某种类型的天线，将电信号转换为 RF 信号（反之亦然）。
各种 RF 频段被划分为甚低频、低频、中频、高频、甚高频、特高频、极高频和超高频。随着频率的增加，带宽容量会增加，范围会缩小。信号路径损耗在较低频率下较低，这提供了更好的传播能力（穿透材料的能力）和覆盖范围。这就是潜艇使用低频带可以远距离穿透海水的原因所在。下表总结了各种 RF 频段及其常见应用。
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名称 |
频率范围 |
应用程序 |
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低频 (LF) |
30 KHz |
导航、潜艇、气象系统、标准时间信号、欧洲 AM 无线电 |
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中频 (MF) |
300 KHz 至 3 MHz |
船舶/飞机导航、AM 无线电 |
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高频 (HF) |
3 MHz 到 30 MHz |
军用、航空空对地、海事遇险、AM 无线电、业余无线电、短波广播 |
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甚高频 (VHF) |
30 MHz 至 300 MHz |
双向应急、FM/电视广播、业余无线电 |
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特高频 (UHF) |
300 MHz 至 30 GHz |
GPS、蜂窝网络、Wi-Fi、卫星电话、双向无线电（对讲机）、雷达、电视广播、蓝牙、Zigbee、远程通信 |
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极高频 (EHF) |
30 GHz 至 300 GHz |
高频段 5G、卫星、雷达、科研、天文学 |
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超高频 (THF) |
300 GHz 至红外线 |
研发、天文学、实验 |
此表显示了承载常见无线通信类型的频率。
室内无线网络系统的类型
虽然您可能认为室内无线连接仅仅是 Wi-Fi，但多种无线技术对于各种应用和设备至关重要。所有这些技术都在不同的频率上运行，并以各自独特的方式发挥作用。
Wi-Fi
在信息和通信技术 (ICT) 行业中，我们关注的 Wi-Fi 应用属于 300 MHz 至 30 GHz 的 UHF 范围。IEEE 802.11 Wi-Fi 是部署在企业场所的主要应用；Wi-Fi 5、6、6E 和 7 在 2.4、5 和 6 GHz 频段中运行，如下表所示。您可以在我们关于 Wi-Fi 布线的页面中详细了解 Wi-Fi 应用布线要求。
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Wi-Fi 5 |
Wi-Fi 6 |
Wi-Fi 6E |
Wi-Fi 7 |
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标准 |
IEEE 802.11ac |
IEEE 802.11ax |
IEEE 802.11ax |
IEEE 802.be |
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传输频率 |
仅限 5 GHz |
2.4 GHz 和 5 GHz |
2.4 GHz、5 GHz、 和 6 GHz |
2.4 GHz、5 GHz、 和 6 GHz |
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最大串流数 |
8 |
8 |
8 |
16 |
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每个串流的最大数据速率 |
866 Mb/s |
1.2 Gb/s |
1.2 Gb/s |
2.9 Gb/s |
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最大理论数据速率 |
6.93 Gb/s |
9.61 Gb/s |
9.61 Gb/s |
46.1 Gb/s |
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典型速度 |
1.3 Gb/s |
5 Gb/s |
5 Gb/s |
18 Gb/s |
此表比较了各类 Wi-Fi 的标准、频率和容量。
由于 RF 频谱是一种固定资源，面对越来越多的用户以及需要更大带宽的设备不断增长的需求，创新的频谱优化新方法至关重要。
每个频段内存在多个信道，并且 FCC 规定了在免许可国家信息基础设施 (U-NII) 中哪些信道是可用的。频率范围内的某些信道已分配给特定用途，无法用于 Wi-Fi。2.4 GHz 频段有 14 个信道，5 GHz 频段有 29 个信道，6 GHZ 频段有 59 个信道。但是，虽然 5 和 6 GHz 信道不重叠，但 2.4 GHz 频段中的大多数信道却存在重叠，这增加了干扰的可能性并降低了传输速率。在 2.4 GHz 频段内可用的 14 个信道中，只有 3 个信道被视为不重叠：信道 1、6 和 11。
在 2.4 GHz 频段内，仅信道 1、6 和 11 被视为不重叠。
增加带宽的一种方法是通过信道绑定，其中多个窄信道聚合成更宽的信道。例如，在 5 GHZ 频段中，可以组合较小的非重叠 20 MHz 信道以创建 14 个 40 MHz 信道、7 个 80 MHz 信道或 3 个 160 MHz 信道。Wi-Fi 6E 和 7 的 6 GHz 频率的开通（具有 59 个不重叠的 20 MHz 信道），通过提供更多信道绑定机会来容纳更多用户和更大的带宽，从而实现 29 个 40 MHz、14 个 80 MHz 和 7 个 160 MHz 信道以支持更多高带宽用户。由于只有三个非重叠信道，2.4 GHz 频段中的信道绑定仅限于单个 40 MHz 信道。
在 5 和 6 GHz 频段内，信道绑定可用于增加带宽，将较小的 20 MHz 信道组合成数量更少但带宽更大的 40、80 和 160 MHz 信道。
虽然一些基本的住宅 Wi-Fi 接入点 (WAP) 的信道数量有限，但高端企业级 WAP 通常能够配置具有不同带宽的不同信道。然而，需要注意的是，并非所有 WAP 都支持 160 MHz 信道宽度或与气象和雷达系统共享频谱的信道（称为 DFS 信道）。DFS 代表动态频率选择，这种机制需要 WAP 侦听雷达事件，并在检测到事件时自动将流量移离这些信道。为了避免必须遵守 DFS 的规定并获得其 WAP 认证，许多供应商干脆选择不提供 DFS 信道。此外，扫描 DFS 信道以查找雷达事件以及将客户移至另一信道所需的时间可能会导致延迟，从而影响语音呼叫等实时应用，导致音频断断续续。
需要注意的是，Wi-Fi 信道可用性可能因地区而异。在美国，除了 5350 MHz 至 5470 MHz (U-NII-2B) 之间的信道外，5 GHz 频率空间内的所有信道均可用。但是，中国和印度尼西亚等国家/地区有限制，禁止使用 5350 MHz 至 5730 MHz 之间的信道；日本则禁止使用 5735 MHz 至 5895 MHz 之间的信道。虽然美国已经针对 Wi-Fi 完全采用了 6 GHz 频段，但其他国家/地区只批准了其中的一部分。随着越来越多的国家接受更高频率的 6 GHz 频谱，信道使用法规可能会在全球范围内演变。
除了信道绑定，还有几种 WAP 技术可以实现更大的带宽。波束成形是此类技术之一，它集中信号并通过多个收发天线进行传输。这也称为多输入多输出 (MIMO) 技术。与天线关联的信号称为空间串流。支持多个空间串流的能力是 Wi-Fi 5、6 和 7 的一项功能，其中 Wi-Fi 7 将空间串流的数量从 8 增加一倍至 16。
另一种改善 Wi-Fi 的技术是正交频分多址接入 (OFDMA)。在 Wi-Fi 6 中引入的 OFDMA 是一种信令方案，可根据设备需求更高效地分配带宽，同时容纳多个用户。此外，通过保留 2.4 GHZ 运行，Wi-Fi 6、6E 和 7 可以将更大范围的 2.5 GHz 用于低速无线物联网传感器，防止这些设备降低 5 GHz 和 6 GHz 非重叠信道内的带宽。
一些高级 WAP 还可能具有其他特定于供应商的功能，以提高性能。例如，一些 WAP 可以分析信道活动，为特定设备选择最佳信道和信道宽度，或者根据每个设备对流量进行优先级排序，以适应延迟敏感型应用。
蜂窝网络
与 Wi-Fi 一样，蜂窝通信在 300 MHz 至 30 GHz UHF 电磁频谱范围内运行，但在 30 至 300 GHz EHF 范围内运行的高频段 5G 蜂窝通信除外。然而，与在无许可频段内运行的 Wi-Fi 不同，蜂窝网络在许可频段内运行，这些频段只能由获得许可的公司使用，这就需要无线接入网络 (RAN) 和付费服务提供商计划。例如，AT&T 中频段 5G 的运行频率为 3.45 至 3.55 GHz，而 Verizon 的运行频率为 3.7 至 3.98 GHz。Citizen’s Broadband Radio Service (CBRS) 是唯一一种基于蜂窝网络，在 FCC 为美国专用移动网络建立的 3.55 至 3.7 GHz 的无许可频段中运行的技术。CBRS 非常适合本地控制应用（如一键通话、物联网）以及面向大型校园环境和工业场所的其他独特应用，或为服务不足的社区和学校提供宽带服务，因为它的覆盖范围比典型的 WAP 高出 4 倍，并且比引入传统的 4G 或 5G 服务更便宜。
蜂窝网络比 Wi-Fi 在更广泛的频率范围内运行。4G 运行频率为 600 MHz 至 2.5 GHz，4G LTE 运行频率为 700 MHz 至 2.7 GHz，5G 运行频率为 450 MHz 至 40 GHz。与 Wi-Fi 一样，蜂窝通信利用信道绑定来增加容量和带宽。5G 在 6 GHz 以下支持 5 至 100 MHz 的信道宽度，在 24 GHz 以上支持 50 至 400 MHz 的信道宽度。由于其广泛的工作范围，5G 分为三个频段：低、中和高。
- • 低频段 5G 指低于 1 GHz 的频段。在这个较低的频率下，传播能力和覆盖范围明显更好，但带宽有限。低频段 5G 适用于沿高速公路以及偏远和农村地区的全国覆盖范围。
- • 中频段 5G 通常在 1 到 6 GHz 之间传输，以平衡覆盖范围和速度。它通常用于城市以及郊区和校园的 5G 移动连接，支持高达每秒约 2 千兆位 (Gb/s) 的速度。
- • 高频段 5G 可在 24 至 47 GHz 下运行，在较短的距离内提供最快的数据速率和最低延迟。高频段 5G 的传播能力有限，因此非常容易受到树木、建筑物和雨雾等大气条件的干扰，同时也不太容易受到其他设备的干扰，因为在该频率范围内运行的设备较少。然而，直视径高频段 5G 部署有可能达到 20 Gb/s的数据传输速度。它非常适合高密度、目标区域以及超可靠、低延迟的通信，适用于自动驾驶汽车、工业自动化、增强现实和虚拟现实以及超高清视频串流等应用。
蜂窝网络在建筑物内及穿过建筑物时的传播效果不佳，因此通常需要分布式天线系统 (DAS) 来为室内企业场所提供服务。DAS 包括放置在建筑物各处的天线节点，以增强蜂窝覆盖范围，并且可以支持多个频率（即 3G、4G、LTE、5G），这允许它由多个运营商共享并用于紧急通信。小型蜂窝基站是室内无线覆盖的另一种选择，但它们仅支持单个运营商的单个固定频率。对于需要支持多个用户和运营商的大型设施而言，DAS 被认为是更具可扩展性和更好的选择，特别是在人口稠密的公共场所，如学生中心、机场、购物中心、体育场馆和会议中心。
DAS 的布线使用光纤、同轴电缆和类别布线的组合，具体取决于系统和配置的类型。在前端，室内蜂窝中继器通过无源系统中的同轴电缆或有源系统中的光纤和/或铜电缆将蜂窝信号分配到节点。无源同轴系统用于较小的装置中，在这种系统里同轴电缆起到天线的作用，但它们不能提供最强的信号。有源系统非常适合较大型的建筑物，并且在中继器和有源节点之间使用光纤和铜类电缆，就像 Wi-Fi 部署一样。DAS 也可以是两者的混合体，用光缆连接到远端射频单元 (RRU)，然后远端射频单元通过同轴电缆将信号分配到无源天线。
低速无线
Wi-Fi 和蜂窝 DAS 不是企业场所使用的唯一室内无线技术。各种短程、低速无线技术广泛应用于各种应用。在 2.4 GHz 范围内运行的蓝牙技术用于日常设备间通信，例如智能手机和无线耳机、音响以及鼠标和键盘等外围设备。它还用于访问控制、游戏机、物联网传感器和实时定位系统。蓝牙有 1 类、 2 类和 3 类设备。1 类传输功率为 100 mW，覆盖 100 米；2 类传输功率为 2.5 mW，覆盖 10 米；3 类传输功率为 1 mW，覆盖 10 米以内，传输速度从 700 千字节/秒 (Kb/s) 到 50 兆比特/秒 (Mb/s) 不等。
类似的短程、低速技术包括 Zigbee，它也以 2.4 GHz 频率传输至约 20 米，速度达 250 Kb/s；以及 Z-Wave，它在 800 至 900 MHz 的范围内运行，干扰更小，覆盖范围更广（大约 100 米），但速度仅为 100 Kb/s。Zigbee 和 Z-Wave 均使用集中式集线器，并支持多个设备之间的信号跳转。这两种技术主要用于智能计量、楼宇自动化、烟雾探测器和其他智能物联网传感器，但 Zigbee 在众多设备中更为普及。随着企业在从人员占用率、空气质量到人群控制和泄漏检测等各个方面部署更多的物联网传感器，越来越多的供应商提供集成了 Zigbee 技术的 WAP。RFID 技术也被认为是一种短程、低速无线技术，可在低频（30 至 300 KHz）、高频（3 至 30 MHz）和特高频（300 MHz 至 3 GHz）下运行。RFID 主要用于零售库存管理、资产跟踪、访问控制和移动支付。
远程、低功耗无线技术也可用于从超低速、电池供电的物联网设备和传感器远距离收集数据。这些技术通常以极低的频率运行，具有出色的传播能力和支持速度，高达约 1 Mb/s。LoRa 是此类技术之一，在美国以 915 MHz 频率运行，在欧洲以 868 MHz 频率运行。它在城市地区可以覆盖达 4.8 公里（3 英里）的距离，在农村地区可以覆盖达 16 公里（10 英里）的距离，但是以非常低的速度运行的视径农村部署已经达到了更远距离。LoRa 是大规模物联网部署的理想选择，如智能校园和城市应用、智能农业、健康可穿戴设备和车队监控。它使用网关，网关以无线方式接收数据，然后通过现有的有线网络转发数据。还有基于蜂窝的远程、低功耗无线技术，如窄带物联网 (NB-IoT) 和 LTE-M，它们旨在支持类似的物联网用例，但使用蜂窝服务作为回程。
