2018-2019家庭无线网络承载超高清视频解决方案.pptx

家庭无线网络承载超高清视频解决方案,2018-2019,01,01,前言,02,03,4K 视频标准和承载技术要求,2.1 4K视频标准2.2 4K承载技术要求,5.1 小户型1-2房家庭5.2 大户型3-5房家庭5.3 别墅跨楼层6.1 测试方法6.2 典型测试场景,3.1 4K视频码率,3.2 4K直播原理3.3 4K点播原理3.4 Wi-Fi发送原理,3.5 4K over Wi-Fi挑战,4.1 家庭网关和AP的规格要求4.2 家庭Wi-Fi网络的性能提升4.3 可维护可管理,4.4 4K over Wi-Fi解决方案,03,11,4K over Wi-Fi 的挑战,04,21,4K over Wi-Fi 的解决方案及关键特性,0506070809,3133363738,典型场景部署建议4K over Wi-Fi 的测试标准展望附录 A 参考资料附录 B 缩略语,目录,01,前言,家庭Wi-Fi 网络承载超高清视频解决方案前言,家庭Wi-Fi 网络承载超高清视频解决方案前言,依,托物联网、云计算、大数据、超宽带的飞速发展，4K、VR、智能家居应用等业务蓬勃发展，Wi-Fi 逐渐成为宽带用户刚性需求，有数据表明目前运营商的 80% 流量来自 Wi-Fi 且大部分是视频业务，而主要消耗场景为家庭场景。这也成为运营商新的商业模式市场机会点。,从通信学上分析，耳朵是听觉的入口，连接语音时代；眼睛是视觉的入口，连接视频时代。进入数字时代后，只需要 64kbps 网络带宽就可以传递清晰的话音，而仅仅是高清视频，就需要不止10Mbps 网络带宽。如今，音频已经发展到极致，2020KHz 沉浸式音频已经达到人耳听觉的极限。但视频从黑白到彩色，从标清到高清、4K，未来还有 8K、增强现实 AR、虚拟现实 VR 等发展。视频需求还远远没有得到满足。在信息爆炸的大时代中，视频是信息的主要载体，视频需求是一个全球性的普遍需求。随着终端、内容、网络的飞速发展，4K 视频业务正在普及。2017 年全球 4K 电视机产量为8000 万台，预计到 2020 年全球 4K 视频用户数将超过 3.3 亿。全球众多运营商已将视频业务作为 ICT 时代转型的战略机会，伴随 4K 终端的普及及内容的丰富，4K 业务已经逐步成为运营商构建差异化竞争力的关键手段。例如：德国电信认为 4K 视频业务使其获得了能真正与付费电视竞争的机会；英国电信则通过建设 NGA 超宽网络并发布 BT SPORT 视频业务实现了 23% 的业务增长；中国四川电信的视频用户超 500 万，其中 4K 视频用户超 120 万，且还在快速增长中。多屏以及任意位置观看 4K 视频的需求导致未来家庭 4K 视频业务的承载方式主要是 Wi-Fi。但当前 Wi-Fi 的质量成为用户抱怨的焦点，主要问题有：Wi-Fi 速率低，Wi-Fi 覆盖差干扰多，Wi-Fi 质量对运营商不可视，难定位问题和解决问题。从而影响运营商宽带品牌，增加了无效保障比例，制约 4K 视频业务发展。据Conviva用户视频报告的数据，当视频卡顿时，三分之一的用户会感到难以忍受，立即放弃观看；84% 的用户会在体验变差一分钟内，停止观看。同时有数据表明，有近 1/3 的用户对家庭内的 Wi-Fi01,覆盖和速率不满意，同时也有 1/2 的用户愿意花钱订购相关的 Wi-Fi 业务套餐。因此，能否为最终用户提供基于 Wi-Fi 的更好的视频体验成为了 4K 视频业务商业成功的关键。因此，针对电信运营商和用户热切关注的家庭 4K over Wi-Fi 网络覆盖和质量问题，运营商级,的家庭 Wi-Fi 网络应以双频 Wi-Fi 的家庭网关为中心，充分利用室内已有线缆资源或 5G Wi-Fi 作为Wi-Fi 扩展介质实现 Wi-Fi 的智能覆盖，网关作为控制中心实现家庭整网的 Wi-Fi 无缝漫游和信道调优，打造最佳视频体验的，可管理可运维的家庭 Wi-Fi 网络。同时需要系统性提供以家庭网关为中心的家庭 4K over Wi-Fi 体验衡量标准 KQI（关键质量标准）和 KPI（关键性能指标），通过客观量化最终用户的体验（如在线 4K 视频的时延等），提出构建端到端最佳视频体验并具备可管理可运维的家庭 Wi-Fi 网络架构的指导方案，帮助运营商高质量、高效部署家庭 Wi-Fi 网络、提升 Wi-Fi 承载4K 视频 QoS、Wi-Fi 网络感知及云管理与运维等运营能力；基于该方案，可有效解决最终用户对家庭 Wi-Fi 覆盖差，速率低，甚至投诉故障无法排查定位等商用难题。通过构建最佳 4K 视频体验的家庭 Wi-Fi 网络，以家庭网关为中心，通过以太网线、电力线、无线中继和 5G Wi-Fi 等多介质灵活延伸 Wi-Fi 信号，可以有效解决家庭 Wi-Fi 覆盖和性能 问题；通过组建 1+N 家庭网络，支持网络参数智能同步、终端设备无缝漫游切换、整网的 Wi-Fi 信道调优以及 Wi-Fi 承载视频 QoS，实现家庭 Wi-Fi 网络智能全覆盖和视频的最佳体验；通过支持用户的家庭Wi-Fi 自助管理，实现易维易用；通过云端管理平台和手机端 APP，实现家庭 Wi-Fi 网络快速装维和管理，提升家庭 Wi-Fi 网络运营效率。4K 视频业务快速发展，多屏和任意位置观看视频的需求让 Wi-Fi 成为家庭内 4K 视频承载的主要方式，而运营商也开始从关注 connection（连接）转向关注 experience（体验），家庭网络建设思路也向业务和体验驱动转变。为了给用户提供良好的 Wi-Fi 覆盖、以及最佳的 4K 视频体验，需打造以用户体验为中心的家庭 Wi-Fi 网络。本文主要介绍了最佳 4K 视频体验的家庭 Wi-Fi 网络的技术原理、质量标准 KQI 及部署建议，运营商可以根据自身网络基础和业务发展策略选择最合适的部署方案。02,4K 视频标准和承载技术要求,022.1 4K视频标准,更自然，4K 视频的色域比高清增大约 50%；一般情况下，4K 视频流的码率是相同帧率 / 相同压缩编码方式的全高清（FHD）视频流码率的 4 倍以上。4K 的发展可以分为三个阶段 , 如下表所示。目前，运营阶段使用的帧率、色彩位深度等是当前商用部署较合适的选择。值得注意的是，随着压缩编码技术的不断成熟和优化，提升帧率和色彩位深度并不一定会加大码率。4K视频的三个阶段注：在具体项目中，片源的码率差别较大，从10Mbps+到40Mbps不等，与片源特征、压缩技术优化有关，这里提供的码率水平仅供参考上图中定义的是入门级 4K 的带宽要求，针对帧率和 GOP 结构的变动，码率在 15M25M 之间，同时随着分辨率，帧率、色深 / 色域空间 / 动态范围也在持续演进，分辨率从标清 480P ， 高清1280*720，全高清 1920*1080，超高清 /4K 3840*2160， 8K 7680*4320 在持续演进，承载比特也从8bit，10bit，12bit 在变化，相应的带宽需求也在水涨船高，带宽演进趋势请参考下图：04,2.1.1 4K 介绍2012 年 8 月 23 日，ITU 发布了超高清电视国际标准：ITU-R BT.2020，标志着 4k 电视正式进入市场，4k 业务经过 5 年多的发展，目前在电视支持和节目上都已经是相当的丰富，用户在家庭里对 4K 的需求已成了标准需求，在欧洲等大 T 市场，更是提出了在家庭里支持多路 4k 的需求。视频的发展从高清到 4K：常见视频分辨率视频常见的分辨率包括：标清 SD（480P）、高清 HD（720P）、全高清 FHD（1080P）和超高清 UHD（4K）。4K 标准最先在电影行业提出，在电视标准中最初由 NHK（日本放送协会）科学技术研究所（SRTL）提议的一种分辨率模式，该标准被国际电联（ITU）所采纳和定义，在 2012年 10 月份被美国消费者电子协会（Consumer Electronics Association）正式取名为 Ultra High-Denition 或者 Ultra HD（超高清），特指最低分辨率为 3840x2160、画面比例 16:9 的视频分辨率。4K 不仅仅是视频分辨率的提升，还带来了视频质量的 4 大优化：首先是画面更清晰，4K 的分辨率为 3840*2160、是全高清（FHD）的 4 倍；其次是画面更流畅，从高清时代的每秒 24 帧提升到每秒 50 帧、60 帧、甚至 120 帧；再次是色彩更真实，色阶从 8bit 到 10bit、12bit；最后是色彩03,家庭Wi-Fi 网络承载超高清视频解决方案4K视频标准和承载技术要求,家庭Wi-Fi 网络承载超高清视频解决方案4K视频标准和承载技术要求,05,06,总结：,直播,点播,12-16M30M,20-30M50M,18-30M50M,35-60MH.266100M,码率带宽要求,4K商用节奏,2014-2016入门级4KEntry-levle 4k4k30p 8bit25-30M,2015-2016运营级4KCarrier-grade 4k4k60p 10bit25-35M,2017-2019极致4KUltra 4k4k120p 12bit25-40M,2020+8K8k8k120p 12bit50-80MH.266,从这个趋势来看，考虑到 VBR 模式下速率的正常波动，Wi-Fi 承载 4K 净荷速率要求在当前至少要 50M，在将来单路需要有 100M 的净荷带宽。2.1.2 常见几种视频技术分类目前主流的几种视频技术：,主流视频技术对比,IPTV和OTT视频业务特征对比,1. 组播主要用在 IPTV 场景，IPTV 媒体流通常基于 UDP，这部分业务对网络丢包很敏感。对于 VOD 业务，媒体流通常是基于 TCP 的，这部分对时延较为敏感；2. HTTP stream 主要用于 OTT 视频场景，基于 TCP，对于时延较为敏感。 P2P 主要也用在OTT 场景，用来做 HTTP stream 的一个补充技术。随着发展，HTTP stream 在电信运营商也会使用；3. 要解决家庭 Wi-Fi 场景下的 4K 承载，从对网络要求上来看，我们必须解决 WI-FI 链路上的丢包和延时问题；2.1.3 4k IPTV流传输协议介绍在4k视频编码序列中，主要有三种编码帧：I帧、P帧、B帧，如下图所示：4K视频编码帧从运营商来讲，主要是分为 IPTV、OTT 和广电，对于电信运营商来说主要关注前两类。下面是从流传输协议，网络要求等几个维度对 IPTV 和 HTTP stream（OTT）视频业务特征进行比较：,家庭Wi-Fi 网络承载超高清视频解决方案4K视频标准和承载技术要求4K视频商用趋势,家庭Wi-Fi 网络承载超高清视频解决方案4K视频标准和承载技术要求,07,08,不同的视频节目对承载网络有要求，体现在网络的 KPI 三个指标：带宽，时延，丢包率。对于运营商级 4K，可以看到，运营商通常采用的 CBR IPTV 节目码率是 30Mbps50Mbps, 要稳定承载4K IPTV，承载网络要求达到：丢包率要小于 5*10E-5。结合 4K Wi-Fi 承载，由于 Wi-Fi 链路本身的不稳定性，易受周边 AP 干扰，速率波动大以及突发丢包等特点，要小于 10E-5 丢包率非常困难，实际 Wi-Fi 空口丢包是在 10E-210-E-3 级别，基于Wi-Fi 实际情况要能支持 4K over Wi-Fi，必须要能解决 Wi-Fi 突发丢包率在 10E-210-E-3 的家居场景下 4K 视频承载不卡顿问题。MPEG 视频特定头长度为 4 个字节，其中 P 为 3 bits，通过 P 字段指示报文类型，P 字段数值定义如下：1：I 帧；2：P 帧；3：B 帧；4：D。0：禁止使用，其他数值目前保留MPEG over TS 类型的视频帧格式也是类似。都是 I，B，P 帧拆分成一个一个的 TS 流，再组包发送出去。,家庭Wi-Fi 网络承载超高清视频解决方案4K视频标准和承载技术要求I 帧（I frame）又称为内部画面 (intra picture)，I 帧通常是每个 GOP（MPEG 所使用的一种视频压缩技术）的第一个帧，经过适度地压缩，做为随机访问的参考点，可以当成图象。在 MPEG 编码的过程中，部分视频帧序列压缩成为 I 帧；部分压缩成 P 帧；还有部分压缩成 B 帧。I 帧法是帧内压缩法，也称为“关键帧”压缩法。I 帧法是基于离散余弦变换 DCT（Discrete Cosine Transform）的压缩技术，这种算法与 JPEG 压缩算法类似。采用 I 帧压缩可达到 1/6 的压缩比而无明显的压缩痕迹。I 帧丢弃会导致黑屏。P 帧：在针对连续动态图像编码时，将连续若干幅图像分成 P，B，I 三种类型，P 帧由在它前面的 P 帧或者 I 帧预测而来，它比较与它前面的 P 帧或者 I 帧之间的相同信息或数据，也即考虑运动的特性进行帧间压缩。P 帧法是根据本帧与相邻的前一帧（I 帧或 P 帧）的不同点来压缩本帧数据。采取 P 帧和 I 帧联合压缩的方法可达到更高的压缩且无明显的压缩痕迹。P 帧丢弃会导致视频卡顿。B 帧：B 帧法是双向预测的帧间压缩算法。当把一帧压缩成 B 帧时，它根据相邻的前一帧、本帧以及后一帧数据的不同点来压缩本帧，也即仅记录本帧与前后帧的差值。B 帧压缩最高可达到 200：1。参考 B 帧丢弃会导致视频卡顿，花屏。非参考 B 帧丢弃视频不会卡顿和花屏。RFC2250 （RTP Payload Format for MPEG1/MPEG2Video）标准规定可以把MPEG视频流里的I，B，P 帧直接封装到 RTP 包中。在 RTP 包头后增加一个 MPEG 视频特定头，结构如下图所示：MPEG视频特定头结构,家庭Wi-Fi 网络承载超高清视频解决方案4K视频标准和承载技术要求2.2 4K承载技术要求2.2.1 业务性能KPI对100MAnywhere家庭网络，需要能满足至少2路4KTV（30P）业务需求，以及100M连续覆盖的性能要求。4KTV（30P）业务对家庭Wi-Fi的带宽、时延和丢包率要求下一代家庭网络要实现 100M 连续覆盖，不仅需要在典型家居环境下，主要上网位置 Wi-Fi 的吞吐量都能达到 100Mbps 左右。,09,10,2）IPTV视频业务体验KQI标准定义 :IPTV视频业务体验KQI,此处指客户端通过 Wi-Fi 点播在线视频的体验 KQI 指标。用户感知到的在线视频体验 KQI 指标有：首次缓冲时间、观看的卡顿次数，SEEK 操作作成功数和观看的卡顿占比。首次缓冲时间：定义为用户开始点播 视频节目，在点播动作发起后，终端发出获取 OTT 节目源请求消息直至收到 OTT 云平台返回的数据能够满足终端首次出现视频影像的等待时间。SEEK 操成功次数 : 即在约束时间内成功显示视频第一帧，即为 seek 操作成功，反之为 seek 操作失败（如果用户在约束时间内返回则不统计）。观看的卡顿次数：定义为用户在指定观看时间（例如 1 小时）内，终端因已下载数据量小于视频解码播放所需要的数据量或用户终端运行异常而导致的卡顿次数（典型造成卡顿原因如用户终端CPU 高负荷运行，但卡顿是不包含用户自行暂停），导致出现卡顿等待缓冲的次数。观看的卡顿占比：定义为用户在指定观看时间（例如 1 小时）内，终端因已下载数据量小于视频解码播放所需要的数据量或用户终端运行异常而导致的卡顿时长占比（典型造成卡顿原因如用户终端 CPU 高负荷运行，但卡顿是不包含用户自行暂停），等待缓冲的总时长占单位观看时间的比例。视频业务体验KQI上面所述是整个视频体验的 KQI 的专业化的量化标准，不管是 HTTP stream 还是 4K IPTV 视频业务，最后对用户直接感知就是视频的黑屏、卡顿、花屏， 下面几个章节重点介绍如何解决 4K 视频Wi-Fi 承载体验，解决绝大部分场景下的 4K over WI-FI 下视频的黑屏，卡顿，花屏问题。,家庭Wi-Fi 网络承载超高清视频解决方案4K视频标准和承载技术要求2.2.2 业务体验 KQI1）HTTPstream(OTT) 视频业务体验 KQI 标准定义：,家庭Wi-Fi 网络承载超高清视频解决方案4K视频标准和承载技术要求,11,12,4K over Wi-Fi 的挑战,033.1 4K视频码率,视频会因为画面内容的变化，单位时间内需要携带的信息量不同。视频流通过网络传输时，码率会动态变化，对网络带宽的需求也会发生变化，如下图所示：视频码率变化,3.2.2 4K IPTV直播卡顿原因4K 直播采用 UDP 传输，没有确认机制，如果网络偶尔丢包，会导致花屏。如果 Wi-Fi 物理空口等效速率低于视频平均码率，无法传输所有的视频流，会导致卡顿。4K 视,频的码率越高，对 Wi-Fi 的物理空口等效速率要求越高。如果 Wi-Fi 物理空口等效速率不低于视频平均码率，但某段时间内 Wi-Fi 物理空口等效速率低于视频实时码率，或者 Wi-Fi 发送时延大，报文发送不及时，会导致机顶盒缓存数据耗尽，出现卡顿，如下图所示。出现一次卡顿后，后续因为缓存增加，再次出现卡顿的概率降低。如果换台，则原来缓存的报文丢弃，再次回到初始状态。4K直播卡顿原因缓存4K视频的码率有2种方式，一种是固定码率，一种是动态码率。,开始播放,某段时间时延大，报文来的慢，,发生卡顿后缓存增加，再次出现卡顿的可能性降低,3.2 4K直播原理3.2.1 4K直播播放原理,4K直播的播放原理如下图所示：时间4K直播播放原理,缓存入不敷出，出现卡顿为减少换台时延，收到数据就开始播放，机顶盒的初始播放缓存会较小。,接收数据,接收数据,极少的缓存,家庭Wi-Fi 网络承载超高清视频解决方案4K over Wi-Fi的挑战,家庭Wi-Fi 网络承载超高清视频解决方案4K over Wi-Fi的挑战,13,14,接收数据,接收数据,开始播放的缓存,接收数据,接收数据,播放中的缓存,如果网络时延持续很大，会因为 RTT 增加，TCP 滑窗降低，传输速率降低。如果传输速率持续一段时间低于 4K 视频码率，会导致机顶盒缓存耗尽，出现卡顿。,缓存,3.3.1 4K点播播放原理4K点播的播放原理如下图所示：4K点播播放原理时间,开始播放,时延大的持续时间太长，导致,缓存耗尽，出现卡顿,3.4 Wi-Fi发送原理3.4.1 Wi-Fi等效速率Wi-Fi等效速率如下图所示：Wi-Fi等效速率空口速率时间绿色方块表示当前 Wi-Fi 设备发送 4K 视频报文，红色方块表示当前 Wi-Fi 设备发送其它报文，或者其它 Wi-Fi 设备发送报文。方块的高度代表空口速率，宽度代表发送时间。绿色方块的面积总和除以总的时间，即为 Wi-Fi 设备发送 4K 视频的等效速率。,影响 Wi-Fi 等效速率的两个因素，一个是红色方块占用的时间比例，简称干扰占空比，另一个是空口速率。通过选择干扰较少的信道，可以减少干扰占空比，提高绿色方块占用的时间比例。对于空口速率，以 11ac，80M 频宽的速率表为例。时间,开始播放,某段时间时延大，报文来的慢，由于缓存够大，不会卡顿,与 4K 直播不同，4K 点播可以先缓存一定的数据，再开始播放，由于点播的初始缓冲时间 , 相比直播的换台时间要长很多。开始播放以后，还可以边播放边缓存更多的数据，这样抵抗网络抖动的能力更强。3.3.2 4K 点播卡顿原因4K 点播采用 TCP 传输，有确认机制，网络丢包不会直接导致卡顿。但如果网络丢包，会导致TCP 滑窗降低，传输速率降低。如果传输速率持续一段时间低于 4K 视频码率，会导致机顶盒缓存耗尽，出现卡顿。如果 Wi-Fi 等效速率低于视频平均码率，无法传输所有的视频流，会导致卡顿。4K 视频的码率越高，对 Wi-Fi 的等效速率要求越高。如果Wi-Fi等效速率不低于视频平均码率1.5倍，但某段时间内Wi-Fi等效速率低于视频实时码率，或者 Wi-Fi 发送时延大，报文发送不及时，因为机顶盒有缓存，不会直接导致视频卡顿。4K点播卡顿原因缓存,家庭Wi-Fi 网络承载超高清视频解决方案4K over Wi-Fi的挑战3.3 4K点播原理,家庭Wi-Fi 网络承载超高清视频解决方案4K over Wi-Fi的挑战,家庭Wi-Fi 网络承载超高清视频解决方案4K over Wi-Fi的挑战11ac 80M频宽空口速率表15,家庭Wi-Fi 网络承载超高清视频解决方案4K over Wi-Fi的挑战空间流个数越多，空口速率越高。空间流个数为 AP 支持的空间流个数和 STA 支持的空间流个数的较小值。AP 和 STA 的空间流规格越高，承载 4K 视频的效果越好。调制方式和编码率越高，空口速率越高。调制方式和编码率取决于信号强度和噪声强度。11ac不同调制方式和编码率对信号强度的要求如下。11ac 信号强度要求Table 22-25Receiver minimum input level sensitivity11ac不同调制方式和编码率对信噪比的要求如下。Table 22-24Allowed relative constellation error versus constellation size and coding rate通过调整设备摆放位置和天线角度（外置天线设备），可以提高信号强度，提高空口速率。通过选择底噪比较低的信道，可以提高信噪比，提高空口速率。16,18,如果某段时间内Wi-Fi等效速率不足，低于视频码率，Wi-Fi设备的报文队列持续增长，最终溢,出，导致丢包。,如果Wi-Fi设备下接入多个用户，Wi-Fi设备需要轮流发送不同用户的报文，对单个用户而言，会,增加排队等待时延。17,DATA,ACK,DATA,ACK,DATA,ACK,DATA,ACK,DATA,ACK,DATA,ACK,DATA,ACK,AP干扰1,连续很多次被冲突，丢弃,DATA,ACK,DATA,ACK,DATA,ACK,DATA,ACK,AP,冲突,冲突,冲突,DATA,DATA,干扰1干扰2,DATA,干扰3,DATA冲突,干扰4,如果空口中Wi-Fi设备很多，则需要较长时间才能竞争到发送机会，Wi-Fi发送时延很大，如下图所示：Wi-Fi设备较多时空口竞争示意图,DATA,ACK,DATA,ACK,AP,DATA,ACK,DATA,ACK,干扰1,DATA,ACK,DATA,ACK,干扰1,DATA,ACK,干扰1,DATA,ACK,DATA,ACK,DATA,ACK,DATA,ACK,DATA,ACK,DATA,ACK,DATA,ACK,干扰3干扰4,AP干扰1干扰2,如果某段时间内，空口持续繁忙，一直没有发送机会，会因为空口超时丢弃报文，导致丢包。Wi-Fi丢包示意图长时间没有发送机会，丢弃,队列溢出丢包,时间,等效速率不足，队列开始增长,Wi-Fi丢包示意图,lmmediate access when,Medium is idle=DIFS or AIFS i,AIFS iAIFS i,Contention Window,DIFSPIFS,SIFS,Busy Medium,Defer Access,Slot time,Next Frame,Select Slot and Decrement Backoff as long,as medium is idle如果空口中Wi-Fi设备不多，比较容易竞争到发送机会，Wi-Fi发送时延不大，如下图所示：Wi-Fi设备较少时空口竞争示意图,Backoff Slots,家庭Wi-Fi 网络承载超高清视频解决方案4K over Wi-Fi的挑战3.4.2 Wi-Fi发送时延由于空口中可能存在多个Wi-Fi设备，因此Wi-Fi设备发送数据时，不能直接发送，而是需要进行空口竞争，如下图所示：Wi-Fi空口竞争机制,家庭Wi-Fi 网络承载超高清视频解决方案4K over Wi-Fi的挑战3.4.3 Wi-Fi丢包Wi-Fi有重传确认机制，如果没有收到对方的ACK，会重传报文。但如果某段时间内，空口冲突特别严重，每次都冲突，达到一定重传次数后，Wi-Fi设备会丢弃报文，导致丢包。Wi-Fi丢包示意图,19,20,家庭低速 STA 存在，会影响整个空口的性能，进而影响视频业务 Wi-Fi 承载。上表为垂直穿越障碍物的衰减。如果是斜穿障碍物，衰减更大。,家庭Wi-Fi 网络承载超高清视频解决方案4K over Wi-Fi的挑战3.5 4K over Wi-Fi挑战3.5.1 信号衰减Wi-Fi信号衰减主要来自2个方面，一个是自由空间衰减，另一个是障碍物衰减。自由空间衰减如下表所示：Wi-Fi信号自由空间衰减典型的障碍物衰减如下表所示：Wi-Fi信号典型障碍物衰减WiFi attenuation in different substance,家庭Wi-Fi 网络承载超高清视频解决方案4K over Wi-Fi的挑战Wi-Fi 设备的发射功率一般为 2330dBm。如果是 5 米距离，垂直穿 1 堵混凝土墙，衰减为62+30=92dB。信号强度为 -69dBm-62dBm，对应 MCS 24。如果是 2 条空间流的设备，对应空口速率为190M390M。如果距离更远，或者斜穿墙壁，则衰减更大，空口速率更低。如果墙壁为砖墙，则衰减较小，空口速率较高。需要根据实际布放环境，才能知道衰减值，判断可以达到的空口速率。Wi-Fi 设备的布放位置是4K over Wi-Fi 的一个挑战。3.5.2 干扰占空比和底噪即便空口速率较高，也不一定能够承载 4K 视频，还需要考虑干扰情况。相同信道，距离不是太远的其它 Wi-Fi 设备，会影响干扰占空比。其它 Wi-Fi 设备越多，流量越大，干扰占空比越大。不同信道，或者距离太远的 Wi-Fi 设备，以及 Wi-Fi 频率范围内的非 Wi-Fi 设备，会产生底噪，影响信噪比。Wi-Fi 干扰设备的多少，以及干扰占用时间的多少，取决于周围邻居的布放和使用情况。对某个家庭而言，周围的干扰不可控，导致自身的 Wi-Fi 等效速率不可控。Wi-Fi 设备周围的干扰情况是4K over Wi-Fi 的另一个挑战。3.5.3 多 STA 接入和业务并发多个 STA 同时接入业务并发，如 BT 下载，文件下载，视频业务流， 对视频业务如何保证优先调度是一个挑战。,21,22,04,4K over Wi-Fi 的解决方案及关键特性,构建最佳视频体验的家庭网络，需要以家庭网关为中心，通过以太网线、电力线、无线中继和5G Wi-Fi 等多介质灵活延伸 Wi-Fi 信号，有效解决家庭 Wi-Fi 覆盖和性能 问题；通过组建 1+N 家庭网络，支持网络参数智能同步、终端设备无缝漫游切换、整网的 Wi-Fi 信道调优以及 Wi-Fi 承载视频QoS 等关键特性，实现家庭 Wi-Fi 网络智能全覆盖和视频的最佳体验。4.1 家庭网关和AP的规格要求,网关和 AP 的硬件配置和规格对家庭网络的性能和质量至关重要，如 CPU、内存和 Flash 以及Wi-Fi 的规格对转发和 Wi-Fi 吞吐量等有很大影响，防雷和节能对安全和稳定性很重要，智能网关能支撑未来家庭智慧业务。因此家庭网关和 AP 的规格要求建议如下：家庭网关和AP的规格,4.2 家庭Wi-Fi网络的性能提升4.2.1 智能信道管理2.4GHz 只有 3 个无重复的信道，所有的 AP 均只能在这三个信道中选择，而物理相邻的 AP 之间的信道必须不同。5GHz 信道虽然比较多，但同样需要妥善处理相邻 AP 之间的信道和功率关系。在没有实现该功能的情况下，必须由用户手动对每一个 AP 所处的信道和功率进 行配置，配置过程不但繁复，而且周围环境动态变化后，已经配置好的 AP 的信道和功率可能又不再满足使用要求。在这种情况下，为了简化用户的配置过程，一个统揽全局的智能频道及功率调整就显得尤为重要。,Wi-Fi周期性自动调优的原理示意图,下发信道监控参数（射频制式、发射功率、探测信道、信道扫描）,转为终端模式，扫描信道，获取邻居AP的RSSL、丢包率、工作信道、BSSID、用户数等，频谱数据分析匹配NON-WIFI特征上报各信道WIFI干扰和NON-WIFI干扰情况全局调优算法，通盘考虑，遍历全局信道组合，选择干扰最小的信道组合下发新的信道和发送功率参数,网关周期调优定时器到,AP,Wi-Fi事件触发调优的原理示意图,WIFI设备，干扰超过阈值,网关,AP检测到非法AP（未识别的SSID）,干扰超过阈值通过频谱数据分析检测到NON-,误码率超过门限上报网关相关信息，申请局部调优局部调优：保持其他AP信道和功率不变，局部调整该AP信道、功率以及CCA阈值下发新的信道和发送功率参数,家庭Wi-Fi 网络承载超高清视频解决方案4K over Wi-Fi的解决方案及关键特性,家庭Wi-Fi 网络承载超高清视频解决方案4K over Wi-Fi的解决方案及关键特性,24,例如，当新的分布式 AP 加入，为了防止无意义的对外干扰，网关和 AP 可以减小发射功率，反之当某个分布式 AP 故障时，其他网关和 AP 会增大发射功率，来增强覆盖；,数据流量越多，发射功率越大，对外的干扰就会越大，所以在性能满足要求的前提下，流量小并且误码率低的情况下，可以适当减小发送功率；当数据流量增大或者误码率增大的情况下就需要适,当增大发送功率网关或者 AP 可以进行逐包功率控制， 网关和 AP 实时检测各个终端的信号强度，如果某个终端信号强度强大于功控目标值（距离 AP 较近），则发送数据包给该终端时自动降低实际发送的功率；如果终端信号强度小于目标值（距离 AP 较远），则发送该报文时增加发射功率。,失效区域弱覆盖区域强覆盖区域,AP邻居AP,邻居AP,在密集的高层住宅环境下，由于 AP 以及终端密度大，距离近，信号强度比普通场景要强，信道,上检测到的能量很容易超过 CCA 门限，导致 AP 或者终端无法发送数据。CCA 优化特性可以通过根据无线信道干扰情况、误码率以及业务需求来动态调整CCA门限，当针对某个终端的误码率满足要求，并且该终端的优先级较高时，可以适当提高 CCA 门限来获得更大的发送机会。23, 当检测到某信道的能量 =CCA 门限，认为信道繁忙，不在该信道发送。 当检测到某信道的能量 -70dbm为强覆盖区域， -90dbm到-70dbm为弱覆盖区域，强覆盖区域必须要覆盖该 AP 主要服务的终端业务点；如果邻居 AP 处在失效区域，则可能造成覆盖不足；让尽量多的邻居 AP 位于弱覆盖区域，保证一定的覆盖重叠；尽量不要让邻居AP 进入强覆盖区域，否则会造成无冲突信道分配困难；通过调整 AP 发射功率来扩大 / 减小覆盖区域达到以上原则。智能功率管理示意图,