基于80211n的WLAN網絡頻率配置研究

[摘要]移動互聯網的發(fā)展使802.11n進入了部署期，而頻率資源成為制約其發(fā)展的重要因素。文章在分析國際和國內WLAN頻率分配的基礎上，明確我國已分配的2.4GHz和5GHz頻率不足以支持部署采用40MHz信道802.11n網絡，并提出解決的思路。

[關鍵詞]移動互聯網WLAN頻率802.11a/b/g/n

1前言

從移動互聯網的風生水起，無線城市的方興未艾，到物聯網的炙手可熱，都使以WLAN為代表的寬帶無線接入進入了爆炸式增長的年代。尤其是可實現百兆比特以上速率的802.11n的問世和逐漸成熟，更使其成為各大電信運營商趨之若騖的追逐對象。但是，支撐802.11n的頻率資源卻處于緊缺狀態(tài)，其頻率的配置需要深入研究。

2WLAN大爆發(fā)為802.11n部署鋪路

今年年初。在巴塞羅那世界移動通信大會上，中國移動高調宣布未來三年實現百萬WLAN熱點建設的目標，無疑為中國本已快速發(fā)展的WLAN又注入了強勁動力。目前，三大運營商都將WLAN定位為2G/3G網絡的補充，旨在通過WLAN網絡的高帶寬特點來分流2G/3G網絡的數據流量，緩解移動互聯網高速發(fā)展帶來的流量壓力。WLAN無疑已經成為運營商的重要戰(zhàn)略資源，三家運營商對WLAN建設都投入了相當大的力度。2010年，WLAN設備采購量中國移動為37萬臺，中國電信為4萬臺，而中國聯通為20萬臺。

進入2011年，802.11n已經成為一個正式標準；同時，網絡端及用戶端的產品已經非常普及，用戶需求更加高漲。而在產品價格急速下調的情況下，運營商部署802.11n的趨勢更為明顯。首先，在運營商的集采中，一些新的指標被明確寫入招標規(guī)范中，如中國聯通于近日啟動了新一輪WLAN設備招標工作，首次對802.11a/b/g與802.11n設備的采購分別提出要求。同時，中國移動對802.11n設備明確了比例要求，中國聯通和中國電信更將802.11n設備單獨招標。預計2011年三大運營商都會加大802.11n的設備采購量。

在國際上，根據Gartner剛剛發(fā)布的趨勢預測報告，到2014年，全球移動裝置將達到2億，90％的企業(yè)用戶將采用無線裝置進行辦公，2016年如iPad等智能終端存儲容量將達到100G，移動寬帶浪潮已經勢不可擋，而以802.11n為代表的新一代WLAN無疑將成為下一個應用重點。因此，802.11n將很快進入部署的爆發(fā)期。對于中國市場而言，WLAN向802.11n的過渡已經啟動，2011年將是一個重要的轉折點。

但是，部署802.11n網絡時，如何配置頻率資源是一項非常重要的基礎課題。

3WLAN所用2.4GHz與5GHz的信道配置特點

IEEE802.11b/g標準中明確規(guī)定，WLAN的無線設備工作頻段為2400MHz-2483.5MHz，工作頻率帶寬為83.5MHz，劃分為14個子信道，每個子信道帶寬為22MHz，頻道間隔為5MHz。2400MHz-2483.5MHz頻段在國際上是開放頻段，與藍牙技術設備、無線電定位以及工、科、醫(yī)等非無線電通信設備共用頻段。我國對802.11b，g的頻率規(guī)劃與國際上是一致的，見表1。

802.11b/g在多個信道同時工作的情況下，為保證信道之間不互相干擾，要求兩個信道中心頻率的間隔不能小于25MHz。從圖1可以看出，最多可以提供3個不重疊的信道同時工作，各接入點的信道至少要隔開5個信道的距離。

這些信道在一個特定的國家根據不同法規(guī)有不同的使用。在美國，FCC僅允許使用1～11信道；在歐盟國家1～13信道被允許用在802.11b操作中(1、5、9和13經常被配置)；在日本，所有的14信道都可使用。根據我國的規(guī)定，由于上限頻率為2483.5MHz，所以只能使用1～13信道。

IEEE802.11a標準中明確WLAN的無線設備工作頻段為5.15GHz～5.25GHz，5.25GHz～5.35GHz和5.725GHz～5.825GHz頻段，工作頻率帶寬共計300MHz，信道帶寬20MHz，彼此不重疊。該頻段在國際上是高速無線局域網、寬帶無線接入、藍牙技術設備、點對點或點對多點擴頻通信以及車輛自動識別系統等各類無線電臺站共用頻段，也是符合技術要求的無線電定位以及工、科、醫(yī)等非無線電通信設備共用頻段。

802.11a在5GHz頻段中的信道配置在各國有所區(qū)別，見表2。

從表3可見，美國為802.11a在5170MHz～5330MHz頻段和5735MHz～5815MHz頻段內分配了13個20MHz帶寬的信道，共有頻率260MHz；歐洲國家為802.11a在5170MHz～5230MHz頻段和5490MHz一5710MHz頻段內分配了20個20MHz帶寬的信道，共有頻率400MHz；日本在5160MHz一5240MHz頻段內分配了4個信道，共有頻率80MHz；我國在5735MHz～5835MHz頻段內分配了5個信道，共有頻率100MHz。

由上可見，對于802.11b/g而言，應用的2.4GHz頻段，其信道間相隔5MHz進行重疊式分配，在14個22MHz的信道中只有相距5個信道間隔(即25MHz)的三個獨立信道(即1、6、11信道)，可以組成蜂窩網絡。而802.11a應用的5GHz頻段，20MHz信道的劃分是獨立的，因此任意三個獨立信道都可組成蜂窩網絡。4部署802.11n的信道配置及iEi臨的挑戰(zhàn)

802.11n采用了OFDM調制解調技術，該技術將一個射頻信道分割成大量的子信道，每個子信道采用各自的子載波信號(見圖2)，每個載波信號都可以獨立承載信息，再將一組獨立的射頻集中在一起同時進行傳輸。802.11n將每個20MHz信道的子載波數量從48個增加到52個，每個子載波傳輸速率為1.25Mbps，20MHz信道數據速率最大可達到65Mbps；而使用40MHz信道時，802.11n把子載波的數量提高到108個，數據速率最大可達到135Mbps。由于802.11n同時采用了MIMO技術，當4×4復用時，20MHz信道數據速率最大可達到260Mbps，40MHz信道數據速率最大可達到540Mbps?？梢?，802.11n若想獲得高傳輸速率應該使用40MHz信道。

802.11n的40MHz信道獲得分為兩種途徑，一是兩個綁定在一起的20MHz信道。當使用20MHz綁定信道時，802.11n利用每個20MHz在頂端及底端保留的少量信道，可以降低相鄰信道的干擾和高效使用兩個20MHz信道；二是使用單獨的40MHz信道時，低信道的頂部及高信道的底部不必保留以避免干擾。

但是，若在2.4GHz頻段獲得充足的40MHz信道存在

困難。首先，802.11b/g的14個20MHz信道是重疊配置的，非重疊信道只有3個，這意味著只能配置一個40MHz信道，無法實現蜂窩組網應用；其次，2.4GHz頻段的WLAN應用已非常擁擠，干擾嚴重。因此，在2.4GHz頻段，建議不使用40MHz信道模式，在5GHz使用40MHz信道模式是比較合理的選擇。

從802.11a在5GHz頻段的20MHz信道配置可見，美國分配了13個20MHz帶寬的非重疊信道，歐洲國家分配了20個20MHz帶寬的非重疊信道，日本分配了4個20MHz帶寬的非重疊信道。在此基礎上，一些國家分配了802.11n的40MHz信道，見表3。

從表3可見，美國在5170MHz～5330MHz頻段和5735MHz～5815MHz頻段為802.11n分配了6個獨立的40MHz信道，共有頻率260MHz，已將分配給802.11a的頻率全部用于802.11n；歐洲國家在5490MHz～5690MHz頻段分配了5個獨立的40MHz信道，共有頻率200MHz，在低端的5GHz和高端的200MHz頻率仍留由802.11a使用；日本在5170MHz～5290MHz頻段分配了3個獨立的40MHz信道，共有頻率120MHz.不但占用了分配給802.11a的全部頻率，還增加740MHz頻率以滿足802.11n的組網需求。

我國為802.11a在5GHz頻段規(guī)劃了5個20MHz信道頻率，見表4。

如果全部用于802.11n，僅能規(guī)劃出2個非重疊的40MHz信道，剩余的20MHz頻率也可以應用于802.11n或802.11a，但無法滿足802.11n的40MHz信道組網需求。

因此，我國部署802.11n網絡，其頻率資源配置面臨兩個挑戰(zhàn)。其一，若滿足802.11n網絡40MHz信道基本組網需求，就需要3個獨立的40MHz信道，而現分配的5GHz頻段僅可規(guī)劃出2個非重疊的40MHz信道。其二，即使增加到3個非重疊的40MHz信道，也難以滿足未來寬帶無線接入的業(yè)務需求。依預測，我國到2020年，在設定的小區(qū)內150人同時使用WLAN，其速率為200kbit/s.上下行共需251.6MHz頻率。而在802.11n網絡中僅寬帶視頻應用的速率需求就遠遠高于200kbit/s，另外在設定的小區(qū)內多于150人同時使用的場景也會屢見不鮮，所以其頻率總需求還要大于上述預測值?，F實情況是，我國至今在非授權的2.4GHz和5GHz頻段為WLAN僅分配了208.5MHz頻率，與到2020年WLAN所需頻率相比存在巨大缺口。

為緩解WLAN用頻矛盾，在2003年召開的世界無線電通信大會(WRC-03)上，以無線局域網為主要應用的移動業(yè)務新增加了5150MHz～5350MHZ和5470MHz～5725MHz共計455MHz的頻率資源。但我國至今尚未進行具體規(guī)劃。因為我國已將這幾段頻率分別規(guī)劃了其他無線電業(yè)務。航空無線電導航業(yè)務在5000MHZN5250MHz作為主要業(yè)務，將長期使用；5350MHz～5725MHz作為氣象雷達的頻率使用，用頻需求還將長期持續(xù)；5460MHz一5650MHz用于水上導航雷達，也將長期使用。這些頻率的調整以及已有業(yè)務的退出，涉及了非常復雜的因素。

5結語

當前，以美國為代表的一些發(fā)達國家，已在802.11a的5GHz頻段為802.11n分配了不同數量的40MHz信道，但都能滿足802.11n蜂窩組網3個獨立信道的基本要求。我國至今為WLAN分配的5GHz頻段僅能規(guī)劃2個獨立的40MHz信道，無法支持802.11n的蜂窩組網，急需相關部門為802.11n的部署開辟新的頻率資源。

作者簡介

何廷潤：高級工程師，國家無線電頻譜管理研究所高級顧問，長期從事無線通信技術開發(fā)研究和技術、計劃、工程、經營等管理工作，參與和組織多項通信項目的開發(fā)、生產、工程的具體實施，在無線電頻譜管理和監(jiān)測及無線通信技術和市場發(fā)展領域發(fā)表數十篇文章。