無線局域網(wǎng)（WLAN）不同場景覆蓋分析

趙霞

中國移動通信集團設(shè)計院有限公司北京分公司，北京 100038

無線局域網(wǎng)（WLAN）不同場景覆蓋分析

趙霞

中國移動通信集團設(shè)計院有限公司北京分公司，北京 100038

文章介紹了無線局域網(wǎng)WLAN所用的IEEE802. X標(biāo)準(zhǔn)頻率特征和技術(shù)特性，介紹了WLAN2.4GHz頻段信道的劃分和WLAN熱點區(qū)域的分類，室內(nèi)信號損耗及傳播模型，重點介紹了現(xiàn)階段WLAN網(wǎng)絡(luò)覆蓋主要為室內(nèi)覆蓋場景和室外覆蓋場景。其中，室內(nèi)覆蓋場景主要包括室內(nèi)單獨布放建設(shè)方式和綜合分布系統(tǒng)建設(shè)方案；室外覆蓋場景主要包括室外型AP+定向天線覆蓋方式和AP共用室外基站設(shè)施布放，文章主要針對不同覆蓋場景進行不同覆蓋方式的分析。

無線局域網(wǎng)；WLAN；頻率特征；室內(nèi)覆蓋場景；室外覆蓋場景

引言

無線局域網(wǎng)（WLAN）是指利用無線通信技術(shù)在一定的局部范圍內(nèi)建立的網(wǎng)絡(luò)，是計算機網(wǎng)絡(luò)與無線通信技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。目前WLAN主要標(biāo)準(zhǔn)是IEEE802.11X系列，在IEEE802.11X系列中主要包含以下標(biāo)準(zhǔn)：IEEE802.11a、IEEE802.11b、IEEE802.11g、IEEE802.11n，IEEE802. X技術(shù)由于技術(shù)成熟，傳輸帶寬高，傳輸速率快，通信質(zhì)量穩(wěn)定，成為無線局域網(wǎng)（WLAN）的主要標(biāo)準(zhǔn)，得到了廣泛的應(yīng)用。

隨著越來越多的WiFi智能手機和終端的的出現(xiàn)，無線局域網(wǎng)(WLAN）成為寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)主要的承載方式，尤其對于通信運營商來說，它成為數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)市場競爭不可或缺的一種網(wǎng)絡(luò)形式，由于WLAN成本低、速率高能夠很好地滿足熱點地區(qū)的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求，是3G網(wǎng)絡(luò)的有效補充方式， WLAN應(yīng)用場景也有了新的延伸和發(fā)展，WLAN為無線多址信道為傳輸媒介，提供傳統(tǒng)有線局域網(wǎng)的功能，使用戶擺脫線纜的束縛，隨時隨地移動接入物聯(lián)網(wǎng)。

表1 WLAN頻率特性和技術(shù)特征

WLAN現(xiàn)階段網(wǎng)絡(luò)覆蓋方式主要為室內(nèi)覆蓋場景式和室外覆蓋場景，其中，室內(nèi)覆蓋場景主要包括室內(nèi)單獨布放建設(shè)方式和綜合分布系統(tǒng)建設(shè)方案；室外覆蓋場景主要包括室外型AP+定向天線覆蓋方式和AP共用室外基站設(shè)施布放，本文主要針對不同覆蓋場景進行不同覆蓋方式的分析。

1.WLAN的頻率特征和技術(shù)特性

在實際的應(yīng)用中，802.11系列逐漸成為WLAN的主流技術(shù)，主要包含802.11a/b/g幾種標(biāo)準(zhǔn)，其主要頻率特征和技術(shù)特性如表1。

802.11 b/g主要用于無線接入點AP（Access Point）和客戶端STA（Station）之間的高速數(shù)據(jù)傳輸，802.11a用于點與點之間的橋接等。

2.4 GHz頻段信道劃分如圖1：

圖1 WLAN 802.11b/g工作頻段子信道分配

IEEE802.11b/g使用2.4GHz的ISM片頻段，工作頻率范圍為2400-2483.5MHz?？捎脦挒?3.5MHz，劃分為13個頻道，每個信道帶寬為22MHz，由于信道1在頻譜和信道2、3、4、5都有交疊的區(qū)域，為了更大程度的頻率復(fù)用，可以使用1、6、11；1、7、13；2、7、12；3、8、13；4、9、14等互不干擾的頻點復(fù)用。因為只有少數(shù)國家開放了12-14信道頻段，所以在一般情況下，推薦使用1、6、11頻點進行復(fù)用，進行無線覆蓋。

2.WLAN覆蓋目標(biāo)區(qū)

WLAN覆蓋區(qū)域主要為熱點區(qū)域覆蓋，熱點區(qū)域分類如表2。

3.WLAN室內(nèi)場景覆蓋方式

目前，WLAN室內(nèi)覆蓋方式主要分為室內(nèi)單獨布放AP覆蓋方式和綜合分布系統(tǒng)建設(shè)方式。下面分別介紹各種組網(wǎng)方式：

3.1 室內(nèi)信號損耗及傳播模型

衰減因子模型：在建筑物內(nèi)傳播模型中，考慮了建筑物類型影響以及阻擋物引起的變化。預(yù)測路徑損耗與測量值的標(biāo)準(zhǔn)偏差為4dB。衰減因子模型如下：

在實際的信號傳播過程中，覆蓋距離更依賴于實際環(huán)境，需要通過莫測來確定。

3.2 室內(nèi)覆蓋的單獨建設(shè)方式

室內(nèi)放裝建設(shè)方式是在覆蓋目標(biāo)區(qū)域或目標(biāo)覆蓋區(qū)域附近直接布放AP，AP通過其自身天線或簡易天饋系統(tǒng)（包括功分器或耦合器、短距離饋線、天線等）實現(xiàn)WLAN覆蓋。

室內(nèi)布放AP采用自帶天線時一般使用2.4GHz、5.8GHz、或2.4GHz+5.8GHz雙頻室內(nèi)型100mw AP,由于AP功率較小，WLAN覆蓋范圍也較小，覆蓋范圍受到實際建筑物內(nèi)部設(shè)施和房間隔斷的影響，所以在實際的應(yīng)用中以不穿墻和只穿一堵墻為宜，單獨布放AP一般應(yīng)用重要樓宇內(nèi)部的開闊型環(huán)境，比如交通樞紐的大廳、酒店大堂、會議廳、醫(yī)院的掛號大廳、運營商的體驗廳等，由于可視環(huán)境較好，用戶較集中，建議選取較隱蔽的地方（最好是弱電井）安裝室內(nèi)AP，并帶出全向/定向?qū)挷ㄊ驮鲆嫣炀€；同時，室內(nèi)AP的安裝應(yīng)考慮安裝的美觀要求，對于有天花吊頂?shù)膮^(qū)域應(yīng)將AP隱藏于天花板上，只外露天線。在造價允許的情況下，AP應(yīng)盡量選用PoE供電方式，可減少施工量，這種方案的特點是AP部署位置靈活，網(wǎng)絡(luò)容量較高，但是工程量很大，主要業(yè)務(wù)積極的配合，后期維護工作量大。具體方案描述如圖2：

圖2 AP單獨布放示意圖

表2 WLAN熱點區(qū)域分類

3.3室內(nèi)覆蓋的綜合饋入分布系統(tǒng)建設(shè)

WLAN室內(nèi)綜合饋入分布系統(tǒng)主要是采用2.4GHz室內(nèi)合路型大功率AP。一般2G/3G信號是在天饋系統(tǒng)主干進行饋入，而AP通過合路器將WLAN信號饋入到天饋系統(tǒng)的支路末端。對于重要樓宇內(nèi)部的間隔較多的環(huán)境，比如酒店客房樓層、寫字樓辦公區(qū)域等，穿透損耗較大，用戶較分散，目前很多高檔寫字樓和公寓都已經(jīng)進行了移動通信的室內(nèi)分布系統(tǒng)建設(shè)，在引入WLAN時可以考慮采用饋入原室內(nèi)分布系統(tǒng)的建設(shè)方式，這種建設(shè)特點減少布設(shè)的電纜、天線等器件，綜合建設(shè)投資較小，建設(shè)周期短，同時避免了由于多次進行重復(fù)施工而縮短工期、減少了因為施工對業(yè)主造成的噪音影響，大大降低了談?wù)镜碾y度。WLAN饋入分布系統(tǒng)如圖3：

圖3 WLAN饋入分布系統(tǒng)示意圖

由于AP的發(fā)射功率和接收靈敏度比2G/3G移動基站要差，線纜損耗和路徑損耗也較大，WLAN信號的引入就要盡可能地接天饋末端，以保證饋入天線的功率，一般為8dBm～10dBm。

多系統(tǒng)能夠公用一套室內(nèi)分布系統(tǒng)，需要綜合考慮設(shè)備兼容性、系統(tǒng)間干擾和功率匹配等方面的因素。

（1）設(shè)備兼容性要求

設(shè)備兼容主要考慮天線、功分器、耦合器等無源設(shè)備的工作頻段，為了確保多系統(tǒng)都能正常作，所以無源設(shè)備都必須是寬頻的，頻率范圍至少要保證885～2483.5MHz。

（2）系統(tǒng)間干擾

由于3G、2G和WLAN三種信號共用分布系統(tǒng)，其中任意一種信號的諧波、泄漏、雜射等干擾信號都會不同程度的影響另外兩套系統(tǒng)的正常工作。所以要選用隔離度好的合路器，通常要求濾波合路器的端口隔離指標(biāo)達到80dB。

（3）功率匹配

功率匹配需要綜合考慮信號源輸出功率的差異、不同頻段的信號在分布系統(tǒng)中的傳輸產(chǎn)生的損耗差異、邊緣覆蓋場強的不同要求、不同頻段的無線電波空中損耗差異等。

4.WLAN室外場景覆蓋方式

4.1 WLAN室外信道及其特征-自由空間傳播損耗

電波在自由空間里傳播不受阻擋，不產(chǎn)生反射、折射、繞射、散射和吸收。但是，當(dāng)電波經(jīng)過一段路徑傳播之后，能量仍會受到衰減，這是由于輻射能量的擴散而引起的。

自由空間傳播損耗就是發(fā)射點的無線信號在整個球面內(nèi)均勻的向外擴散，擴散到接收天線處，落在天線的有效接收面積上的能量與發(fā)射的總能量的比。

最后推導(dǎo)出的自由空間傳播公式為

L=32.45+20log(dkm）+20log(fMHz）(dB）

其中，d為距離（公里），f為頻率，上式與距離d成反比。當(dāng)d增加一倍時，自由空間路徑損耗增加6dB,同時，減少波長（提高頻率f）,路徑損耗增大。

4.2 WLAN室外場景覆蓋

對于一些特定的場景如商業(yè)街、大學(xué)校園、廣場、公園等室外場景還必須室外覆蓋來解決。

4.2.1 室外WLAN覆蓋一般采用的方式是室外型AP+定向天線方案

該方式中AP主要采用2.4GHz室外型大功率AP，若AP安裝在室內(nèi)也可采用室內(nèi)型AP，定向天線主要采用高增益板狀天線。AP或定向天線一般安裝在目標(biāo)覆蓋區(qū)域附近的較高位置，如燈桿、建筑物上端等，向下覆蓋目標(biāo)區(qū)域或室內(nèi)。該方案示意圖如圖4：

圖4 室外型AP+定向天線覆蓋室外示意圖

（1）方案特點

該方案的特點是部署簡單，成本較低。但系統(tǒng)容量較小，一般以信號覆蓋為主；通過室外覆蓋室內(nèi)時，室內(nèi)深度覆蓋難度大；業(yè)主協(xié)調(diào)工作量較大。

（2）適用場景

該方案適用于用戶較為分散、無線環(huán)境簡單的區(qū)域，如公園等；對單體較小、排列比較整齊的樓宇也可采用該方式，如居民區(qū)等。

（3）注意事項

AP安裝位置應(yīng)該選擇視野開闊的區(qū)域，目標(biāo)覆蓋區(qū)域與天線之間最好為視距環(huán)境。當(dāng)通過室外覆蓋室內(nèi)時，可以通過使用CPE設(shè)備來加強室內(nèi)覆蓋。

AP安裝在室外時，需要做好相關(guān)設(shè)備、線纜等室外設(shè)施的防護措施，包括防水、防雷、防塵、防盜等。

通過室外覆蓋室內(nèi)時，一般考慮只穿透一堵墻體為宜，在設(shè)計過程中要注重嚴(yán)格的模測。室外天線可考慮選擇窄波束天線，降低干擾。

可以根據(jù)建筑物的結(jié)構(gòu)，考慮采用樓房兩側(cè)分別覆蓋等方式，提升覆蓋效果。

圖5 AP共用室外基站覆蓋室外示意圖

4.2.2 AP共用室外基站設(shè)施布放

AP共用室外基站設(shè)施布放方式的技術(shù)特點與“室外型AP+定向天線”方式類似，具體建設(shè)方式可參考“室外型AP+定向天線”方案。AP共用室外基站覆蓋時可以在基站鐵塔上安裝室外型AP，也可將AP安裝于機房內(nèi)，在基站鐵塔上安裝WLAN天線，AP與WLAN天線之間通過饋線連接。同時，可以充分利用基站局房、鐵塔、傳輸和電源等資源。

該方案充分利用了已有基站設(shè)施，施工簡單，投資成本較低，覆蓋范圍大，建設(shè)周期較短。該方案示意圖如圖5。

（1）適用場景

該方案適用于位于基站附近的用戶較為分散、無線環(huán)境簡單的區(qū)域，如公園、居民區(qū)和鄉(xiāng)鎮(zhèn)、村莊等開闊區(qū)域。

（2）注意事項

該方案注意事項也基本同“室外型AP+定向天線”方式，此外，還需要注意WLAN與其它系統(tǒng)之間的隔離度，做好天線的空間隔離；AP與天線之間的饋線不宜過長。

5.結(jié)語

隨著3G網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展和“無線城市”的建設(shè)，WLAN網(wǎng)絡(luò)作為3G網(wǎng)絡(luò)有效的補充，是無線城市最主要的方式之一，其重用性逐步的提高，各大運營商也很重視WLAN的建設(shè)和應(yīng)用，本文介紹了幾種WLAN覆蓋的方式，但在WLAN實際應(yīng)用中，還要結(jié)合不同場景用戶群體特征、用戶上網(wǎng)習(xí)慣、建筑物特點等，綜合考慮，選擇合適的AP設(shè)備和部署方式，對目標(biāo)區(qū)域進行有效的網(wǎng)絡(luò)覆蓋。

[1] 麻信洛,李曉中,董曉寧,等編著. 無線局域網(wǎng)構(gòu)建及應(yīng)用[M]. 北京: 國防工業(yè)出版社,2006.

[2] 段水福 ，歷曉華 ，段煉 編著. 無線局域網(wǎng)（WLAN）設(shè)計與實踐 .浙江大學(xué)出版社，2007

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.08.073