多扇區(qū)Wi-Fi基站的干擾抑制要求分析

李育霞 彭四斌 武漢虹信通信技術(shù)有限責(zé)任公司

1 引言

近年來隨著WLAN熱點的快速建設(shè)，WLAN網(wǎng)絡(luò)已形成一定規(guī)模。前期的WLAN建設(shè)主要是以室內(nèi)覆蓋為主，集中在高校、城區(qū)熱點區(qū)域。為了提高WLAN覆蓋率，WLAN建設(shè)將由熱點覆蓋向熱區(qū)、無線城市、小區(qū)/鄉(xiāng)鎮(zhèn)/農(nóng)村等逐步延伸，室外覆蓋的WLAN產(chǎn)品的市場需求量也會逐步增加。

智能終端的普及與數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求爆發(fā)式增長，將使得WLAN的使用率會大大提高。在高校、會展中心等用戶密集區(qū)，WLAN的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)除了覆蓋質(zhì)量外，還需為覆蓋區(qū)提供更高的容量。

多扇區(qū)Wi-Fi基站與移動通信系統(tǒng)基站類似，通過定向天線多扇區(qū)覆蓋，每個扇區(qū)使用不同的信道，該產(chǎn)品可提高覆蓋效率，通過扇區(qū)化覆蓋提高容量，滿足了當(dāng)前WLAN高容量、廣覆蓋的建設(shè)需求，具有廣闊的市場前景。

2 多扇區(qū)Wi-Fi基站的特殊性

Wi-Fi基站采用多扇區(qū)提高室外AP覆蓋區(qū)容量，結(jié)合CPE的使用可擴(kuò)大覆蓋區(qū)域、快速建設(shè)組網(wǎng)，能廣泛地應(yīng)用于城鄉(xiāng)無線寬帶的建設(shè)。

多扇區(qū)Wi-Fi基站的主要目的是提高覆蓋區(qū)的容量，但與移動通信系統(tǒng)不一樣，如果需要在小范圍提供大容量的無線局域網(wǎng)，不能簡單地在同一覆蓋區(qū)通過同一頻段內(nèi)的不同信道使用來提高容量。以2.4G為例，1、6、11三個子信道的AP可以相鄰覆蓋，但不可以增加容量重疊覆蓋。在實際工程測試中，設(shè)置1、6兩個子信道的11g的AP重疊覆蓋，每個AP最高傳輸速率只能達(dá)到13Mbps左右，總速率只有26Mbps，比非重疊覆蓋的總速率40Mbps下降了不少。

Wi-Fi基站的扇區(qū)間干擾比2G/3G/LTE共址干擾影響大得多，其原因是由于WLAN AP采用了CSMA（沖突檢測載波偵聽多路存取）協(xié)議，下行的雜散信號會引起鄰道上行信號的接收干擾，因此要通過增加信道來增加容量，必須保持信道間上下行足夠的隔離度。對于Wi-Fi基站，就是要增加扇區(qū)間的隔離度，降低扇區(qū)間干擾。

3 多扇區(qū)Wi-Fi基站的干擾抑制度要求分析

為實現(xiàn)Wi-Fi基站與2G/3G/LTE共址以及抑制WLAN扇區(qū)間的干擾，需在Wi-Fi基站增加干擾抑制濾波器，抑制AP帶外雜散信號，減少對2G/3G/LTE等其他通信系統(tǒng)的干擾。

以2.4GHz Wi-Fi基站為例，對2.4GHz干擾抑制濾波器的基本要求如下：

（1）2.4GHz頻段內(nèi)20M信道濾波功能，支持對1、6、11三個信道分別濾波，減少扇區(qū)間的干擾；

（2）信道濾波器只支持11g和11n HT20模式，不支持11b和11n HT40；

（3）EVM、頻譜模板、接收靈敏度等指標(biāo)滿足運營商增強型設(shè)備要求。

多扇區(qū)Wi-Fi基站的干擾抑制度分析如下：

干擾抑制度的指標(biāo)預(yù)算考慮三個方面：雜散指標(biāo)、阻塞指標(biāo)和工程應(yīng)用需要。其中，雜散指標(biāo)和阻塞指標(biāo)參考中國移動集團(tuán)規(guī)范；工程應(yīng)用需要考慮天線增益、天線安裝方式以及重疊覆蓋等對指標(biāo)的影響。

（1）AP雜散指標(biāo)

AP雜散指標(biāo)如表1所示。

（2）工程安裝空間隔離度分析

當(dāng)Wi-Fi基站采用三扇區(qū)部署時，有以下兩種典型的覆蓋場景：

1）三扇區(qū)覆蓋，分別選擇1、6、11三個信道，每扇區(qū)覆蓋角度60°～120°（部分區(qū)域使用天線旁瓣覆蓋），3副天線安裝在同一水平面，天線水平夾角120°；

2）兩扇區(qū)覆蓋，分別選擇1、6、11三個信道，其中6信道單獨覆蓋一個方向，覆蓋角度60°，1和11疊加覆蓋另外一個方向提供更大容量，覆蓋角度60°，信道6扇區(qū)天線單獨覆蓋，信道1和11扇區(qū)天線在同一垂直平面，上下安裝，距離0.5m以上。

表1 AP雜散指標(biāo)

根據(jù)上述兩種覆蓋方式，分別計算天線隔離度。

當(dāng)天線水平放置，則天線隔離度計算公式為（單位：dB）：

其中，S為天線水平間距（單位：m）；λ為中心頻率對應(yīng)的波長（單位：m）；Gt為在收發(fā)天線直線連線上發(fā)射天線增益（單位：dBi）；Gr為在收發(fā)天線直線連線上接收天線增益（單位：dBi）。

計算Gt和Gr時，需要天線輻射方位圖，可根據(jù)方位圖算出這個方向上的增益，天線增益均為15.5dBi，前后比25dB，Gt和Gr均為-9.5dB。

其他參數(shù)取值如下：

S=1m，λ=0.123m，取2.4G 6信道中心頻率計算：

DH=22+20lg(S/λ)-(Gt+Gr)=59.2dB

當(dāng)天線垂直放置，則天線隔離度計算公式為（單位：dB）：

其中，S為天線垂直間距（單位：m），λ為中心頻率對應(yīng)的波長（單位：m）。

參數(shù)取值如下：

S=0.5m，λ=0.123m，取2.4G 6信道中心頻率計算：

DV=28+40lg(S/λ)=52.3dB

比較水平天線隔離度和垂直天線隔離度，可知天線垂直隔離度較小，當(dāng)間距0.5m時隔離度為52.3dB，以空間隔離度52dB設(shè)定扇區(qū)間空間隔離度。

（3）雜散干擾及抑制度要求

AP的扇區(qū)雜散發(fā)射按照-46dBm/100K（-23dBm/22M）計算，WLAN系統(tǒng)工作信道帶寬為22MHz，因此WLAN系統(tǒng)工作信道帶寬內(nèi)總的熱噪聲功率為：

Pn4=-174+10lg(22×106)=-101dBm

可接受的雜散信號按-105dBm考慮，空間隔離度為52dB，為使扇區(qū)間雜散干擾影響較小，Wi-Fi基站扇區(qū)的干擾抑制度不低于30dB。故空間隔離度在滿足52dB的條件下，WLAN濾波器的雜散抑制度應(yīng)不低于30dB。

（4）阻塞干擾分析

對于OFDM、DSSS-OFDM調(diào)制，中心頻率在帶內(nèi)任意信道號上的信道，11g設(shè)備采用1000字節(jié)長的PSDU、11n設(shè)備采用4096字節(jié)長的PSDU，當(dāng)存在如表2所示的阻塞干擾信號時，接收機門限電平在接收靈敏度基本要求基礎(chǔ)上不惡化，同時滿足PER≤10%。

表2 阻塞干擾信號

AP發(fā)射功率為28dBm，鄰區(qū)收到的干擾信號為28-52.3=-24.3dBm，考慮預(yù)留10dBm的余量，因此定義帶內(nèi)次鄰道阻塞指標(biāo)為-15dBm。為了滿足-40dBm的要求，信道濾波器抑制度不小于25dB。

綜合上述分析，Wi-Fi基站的干擾抑制濾波器要求如下：

（1）信道濾波器只支持11g和11n HT20模式，不支持11b和11n HT40；

（2）工作頻段內(nèi)HT20模式間隔25M抑制度為30dB；

（3）工作頻段內(nèi)HT20模式間隔5M抑制度為30dB。

4 結(jié)束語

在多扇區(qū)Wi-Fi基站的工程應(yīng)用中，為了避免Wi-Fi基站的扇區(qū)間干擾，除了在設(shè)備開發(fā)上每個扇區(qū)加裝干擾抑制濾波器外，還需在工程應(yīng)用中保持扇區(qū)間足夠的空間隔離度，扇區(qū)天線上下安裝，距離0.5m以上；或者水平安裝，距離1m以上。為避免Wi-Fi基站與2G/3G/LTE共址干擾，需保持Wi-Fi基站天線與2G/3G/LTE天線上下安裝，距離0.5m以上。

[1]彭四斌,羅航建. WLAN覆蓋建設(shè)中的優(yōu)化設(shè)計[J]. 通信世界, 2009(35): 13.

[2]侯群,高立. 無線局域網(wǎng)（WLAN）室外覆蓋無線鏈路預(yù)算分析[J]. 廣東通信技術(shù), 2011(5): 24-27. ★