基于商業(yè)街的WLAN室外覆蓋研究

【摘 要】

WLAN室外覆蓋是WLAN進行商業(yè)化運營的重要環(huán)節(jié)，也是各運營商業(yè)務發(fā)展的重要手段。商業(yè)步行街人口密集、業(yè)務發(fā)展價值大，是各運營商必爭的業(yè)務發(fā)展區(qū)。但是由于人口稠密、建筑較多、無線環(huán)境復雜，導致WLAN覆蓋時效果和用戶體驗極不穩(wěn)定，因此對商業(yè)街的WLAN室外覆蓋研究非常有必要。通過對商業(yè)步行街的WLAN室外覆蓋進行實測分析以及在覆蓋方式上進行探討，得出了優(yōu)化方案。

【關鍵詞】

商業(yè)步行街 WLAN室外覆蓋 覆蓋半徑 站址高度

1 引言

隨著各家運營商WLAN（Wireless Local Area Networks，無線局域網）室外覆蓋的部署，特別是在人口稠密、建筑集中的商業(yè)步行街，WLAN覆蓋時會遇到頻段干擾、高衰減、穿透性差等問題，影響著實際的覆蓋效果和用戶體驗。因此，分析和解決在商業(yè)街進行WLAN室外覆蓋時遇到的各種問題是非常有必要的。

2 WLAN覆蓋性能分析

（1）商圈室內信號外泄多，頻點干擾嚴重

商業(yè)步行街內建筑密集，沿街各種類型商鋪非常多，許多商家都擁有自設室內WLAN網絡，商鋪內的WLAN自有網絡信號外泄非常嚴重。

如圖1所示，通過在商業(yè)步行街室外多處進行WLAN信號電平測試可以發(fā)現，有許多其他運營商或私有AP（Access Point，無線訪問節(jié)點）的信號，部分場強高達-70dBm，存在較強的同頻或鄰頻干擾，對室外WLAN上網性能影響較大。經過現場分析，發(fā)現信號大部分為室內AP泄漏，且多為2.4G頻段信號，基本無5.8G頻段信號。

圖1 商業(yè)步行街室外WLAN信號電平情況

（2）遮擋多，信號衰減嚴重

由于商業(yè)步行街內商場、商務寫字樓等建筑密集，休閑區(qū)域樹木較多，2.4G頻段的無線電波穿透能力差，因此導致WLAN室外覆蓋信號受各種建筑、樹木等衰減嚴重。此外，站點選址的不同會造成天線掛高的不同，天線的主覆蓋方向選擇等也對覆蓋的效果有巨大影響。

表1為采用室外型AP設備+高增益天線覆蓋方式進行覆蓋后，使用筆記本電腦（型號：PC_Lenovo_T61）進行測試的結果。

（3）站址高度與“塔下黑”現象

從上述測試結果中還發(fā)現一個現象，在站點正下方、水平方向距離站址30m時，信號強度不如水平距離60m左右強，下載速率也明顯偏低。于是筆者采用多個終端進行測試，發(fā)現部分終端在水平方向距離站址30m處甚至未檢測到該站的WLAN信號，呈現嚴重的“塔下黑”現象。

如圖2所示，筆者選取兩處不同高度的站點：左邊為招商銀行基站，天線高度大致在40m左右；右邊為海怡花園基站，天線高度大致在15m左右。

圖2 選取的兩處不同高度站址圖

在站址正下方對電平場強及業(yè)務情況進行了測試對比，結果如表2所示。

從以上測試數據可以發(fā)現，當天線高度越高，這種情況就越明顯。天線高度在20m以下的站點，“塔下黑”對用戶上網體驗的影響會相對較小。

（4）手機用戶和電腦用戶上網體驗對比

由于商業(yè)步行街人口流動性非常大，用戶上網以手機終端為主，因此在做商業(yè)步行街覆蓋時，筆者特別注意了手機用戶的使用效果。在相同位置，筆者采用筆記本電腦和手機終端進行測試對比的結果如表3所示。

從表3對比結果可以發(fā)現，在相同位置，手機終端比筆記本終端的測試電平值要低，下載速率也要低，部分區(qū)域還出現筆記本終端可以連接但是手機用戶無法連接的現象。

筆者對目前一些主流的筆記本無線網卡和手機終端的WLAN能力進行初步分析發(fā)現，由于手機體積受限以及天線的設計問題，手機的發(fā)射功率和接收能力相比筆記本電腦要差很多，甚至不同型號、不同品牌的手機之間差距也很大。通常手機WLAN天線大多是很小的PIFA天線和陶瓷天線，效果差；筆記本電腦的無線網卡通常會把天線延長到面板上去，接收能力會更強。

一般情況下，筆記本電腦的發(fā)射功率平均在30mW（15dBm）左右，而一些主流手機的WLAN發(fā)射功率約為10mW（10dBm）左右，平均要低5dBm左右；在接收能力上，手機WLAN接收能力較筆記本電腦要差10～20dB。

（5）附著用戶數較多，影響正常用戶接入

在測試的過程中，筆者還發(fā)現經常會有信號強度很好，但是終端無法正常連接網絡“可見而不可用”的現象。有時終端是直接不能連接網絡，有時是終端無法獲取IP地址，長時間等待后獲取失敗。對于該現象進行深入分析和測試發(fā)現，當AP附著用戶數較高時，此種情況特別嚴重。

如圖3所示，筆者放開了AP附著用戶限制后發(fā)現，在高峰時間最大附著用戶數達到80個左右，通常情況該值也為50～60個，這時其余上網用戶再接入WLAN網絡的成功率就會非常低，出現連接失敗或無法獲取IP地址的情況。如果限制了最大關聯(lián)用戶數，則關聯(lián)用戶到達上限后，新用戶也無法接入網絡。

分析發(fā)現造成該現象的主要原因是：由于商業(yè)步行街人流量大，手機終端若開啟Wi-Fi功能，則會自動關聯(lián)到附近信號最強的WLAN基站的AP上。

采用手動踢出未認證的關聯(lián)終端后，過一段時間該終端又會重新關聯(lián)，不能解決本質問題。而在筆者調整了SSID后，隨著附著用戶數的降低，測試時接入成功率明顯提高。因此，在排除AP設備性能差異的前提下，減少覆蓋區(qū)域內的附著用戶數是解決問題的必要手段。

3 部署方案分析研究

3.1 場景特點分析

通過對在商業(yè)步行街室外WLAN覆蓋各種情況的分析，可以得到該場景具有以下特點，需要在WLAN網絡部署時重點考慮。

（1）商業(yè)步行街總體面積大，熱點區(qū)域多，需要精確規(guī)劃；

（2）覆蓋區(qū)域內無線環(huán)境較復雜，信號衰減較快，干擾也嚴重；

（3）人流量大，潛在用戶需求大，對AP的容量性能要求高；

（4）步行街上網需求大部分為手機用戶。

3.2 部署思路分析

為了提升在商業(yè)步行街及類似場景的WLAN室外網絡部署效果，首先應該將步行街內的熱點區(qū)域進行詳細規(guī)劃，對規(guī)劃的每個熱點區(qū)域進行有針對性的WLAN覆蓋方案規(guī)劃；然后在規(guī)劃時應盡量減小AP覆蓋半徑，縮小覆蓋面積，盡量控制AP信號在某一熱點區(qū)域范圍內而不越區(qū)覆蓋。這樣部署的優(yōu)點如下：

（1）縮小覆蓋面積可以有效減少干擾信號源的數量，且在重點區(qū)域內，主信號強度會遠遠強于干擾信號；

（2）控制WLAN信號在主要的熱點區(qū)域內，減少其越區(qū)覆蓋的概率，從而減少信號弱覆蓋區(qū)域的面積以及因“信號可見卻不可用”影響業(yè)務實際體驗；

（3）為了縮小覆蓋面積，就必須降低AP安裝高度，這樣也可以有效避免“塔下黑”現象的存在；

（4）由于步行街主要上網需求來自于手機，縮小覆蓋面積后，可以有效解決用戶手機發(fā)射功率和接收能力不足的弱點，提升手機用戶感知；

（5）覆蓋面積減小后，區(qū)域內的附著用戶數量也會得到有效控制，避免了因附著用戶數過高導致其他用戶上網無法接入的情況。

3.3 WLAN室外部署的實施方法分析

通過上文分析，可以總結出在商業(yè)步行街等類似人口密集、建筑多的場景，在進行室外WLAN部署時應采用以下方法來提高部署效果：

（1）合理選址，嚴格控制AP天線安裝高度

在對商業(yè)步行街進行WLAN室外覆蓋時，AP安裝高度應該控制在20m以下，這樣可以更好地控制AP信號覆蓋半徑，避免“塔下黑”現象。在實際部署時，可以采用美化燈桿、電話亭等多種方式。

（2）精確設置天線方向角及下傾角

選址完成以后，在實際部署時需結合規(guī)劃熱點區(qū)域，精確地設置天線安裝位置及相應的方向角、下傾角，從而將信號集中在熱點區(qū)域內，盡量減少越區(qū)覆蓋的幾率。

（3）建議采用室外型AP進行覆蓋

采用“室外型AP+增益天線”的方式相對于基站型智能AP，覆蓋半徑會更小，也更容易控制覆蓋區(qū)域。

目前，市場主流的室外型AP主要采用“AP+高增益天線”的方式進行覆蓋；而基站型智能AP主要依靠集成在AP上的智能天線進行覆蓋。后者在覆蓋半徑上要優(yōu)于前者，但是在價格上也遠遠高于普通室外型AP。因此，對于商業(yè)步行街這種人口密集的區(qū)域，在控制好天線安裝高度的前提下，建議采用普通室外型AP進行覆蓋。

（4）可以考慮將5.8G頻段用于商業(yè)區(qū)覆蓋

通過上文的電平測試分析可知，目前5.8G頻段組網的AP很少，如果能將5.8G作為網絡建設的頻段，則干擾將大大小于2.4G頻段組網。同時，由于5.8G頻段的頻段更高，也更容易將覆蓋區(qū)域控制在小范圍內。

但是，由于現階段大部分終端對5.8G頻段的支持率還較低，因此暫不能作為方案實施。不過隨著未來終端對5.8G頻段支持率的提升，采用5.8G頻段進行覆蓋仍不失為一種解決類似商業(yè)步行街等人口密集場景進行室外WLAN覆蓋的方案。

4 結論

綜上所述，在商業(yè)步行街等人口稠密的場景進行室外WLAN覆蓋時，由于存在干擾多、潛在用戶數高、手機用戶多等特點，因此必須詳細地制定規(guī)劃建設方案。應盡量減小單AP的覆蓋面積，細化熱點區(qū)域，對各熱點區(qū)域進行重點覆蓋；站址選擇時應充分考慮熱點所在位置，降低天線安裝高度，合理設置天線方向及下傾角來控制覆蓋半徑，盡量避免因信號越區(qū)覆蓋而造成弱覆蓋；結合掃頻結果，精確規(guī)劃AP頻點，減少頻點干擾。

參考文獻：

[1] 鄭小華，岳國文. WLAN區(qū)域覆蓋的探討[J]. 電信工程技術與標準化， 2004（2）： 52-55.

[2] 劉浪，陳玉明. WLAN的設計研究[J]. 科協(xié)論壇， 2011（1）： 44.

[3] 馬向辰，劉海平，于曉冰. WLAN 802.11n組網規(guī)劃相關問題研究[J]. 電信工程技術與標準化， 2011（4）： 1-6.

[4] 陶志強，王勁. 關于WLAN網絡規(guī)劃的探討[J]. 現代電信科技， 2011（4）： 73-76.

[5] 高峰. 無線城市：電信級Wi-Fi網絡建設與運營[M]. 北京： 人民郵電出版社， 2011.

作者簡介

郭渝：工程師，碩士畢業(yè)于重慶大學通信與信息系統(tǒng)專業(yè)，現任職于中國移動通信集團設計院有限公司重慶分公司，主要研究方向為WLAN規(guī)劃與設計、室內分布系統(tǒng)規(guī)劃與設計等。

（2）覆蓋區(qū)域內無線環(huán)境較復雜，信號衰減較快，干擾也嚴重；

（3）人流量大，潛在用戶需求大，對AP的容量性能要求高；

（4）步行街上網需求大部分為手機用戶。

3.2 部署思路分析

為了提升在商業(yè)步行街及類似場景的WLAN室外網絡部署效果，首先應該將步行街內的熱點區(qū)域進行詳細規(guī)劃，對規(guī)劃的每個熱點區(qū)域進行有針對性的WLAN覆蓋方案規(guī)劃；然后在規(guī)劃時應盡量減小AP覆蓋半徑，縮小覆蓋面積，盡量控制AP信號在某一熱點區(qū)域范圍內而不越區(qū)覆蓋。這樣部署的優(yōu)點如下：

（1）縮小覆蓋面積可以有效減少干擾信號源的數量，且在重點區(qū)域內，主信號強度會遠遠強于干擾信號；

（2）控制WLAN信號在主要的熱點區(qū)域內，減少其越區(qū)覆蓋的概率，從而減少信號弱覆蓋區(qū)域的面積以及因“信號可見卻不可用”影響業(yè)務實際體驗；

（3）為了縮小覆蓋面積，就必須降低AP安裝高度，這樣也可以有效避免“塔下黑”現象的存在；

（4）由于步行街主要上網需求來自于手機，縮小覆蓋面積后，可以有效解決用戶手機發(fā)射功率和接收能力不足的弱點，提升手機用戶感知；

（5）覆蓋面積減小后，區(qū)域內的附著用戶數量也會得到有效控制，避免了因附著用戶數過高導致其他用戶上網無法接入的情況。

3.3 WLAN室外部署的實施方法分析

通過上文分析，可以總結出在商業(yè)步行街等類似人口密集、建筑多的場景，在進行室外WLAN部署時應采用以下方法來提高部署效果：

（1）合理選址，嚴格控制AP天線安裝高度

在對商業(yè)步行街進行WLAN室外覆蓋時，AP安裝高度應該控制在20m以下，這樣可以更好地控制AP信號覆蓋半徑，避免“塔下黑”現象。在實際部署時，可以采用美化燈桿、電話亭等多種方式。

（2）精確設置天線方向角及下傾角

選址完成以后，在實際部署時需結合規(guī)劃熱點區(qū)域，精確地設置天線安裝位置及相應的方向角、下傾角，從而將信號集中在熱點區(qū)域內，盡量減少越區(qū)覆蓋的幾率。

（3）建議采用室外型AP進行覆蓋

采用“室外型AP+增益天線”的方式相對于基站型智能AP，覆蓋半徑會更小，也更容易控制覆蓋區(qū)域。

目前，市場主流的室外型AP主要采用“AP+高增益天線”的方式進行覆蓋；而基站型智能AP主要依靠集成在AP上的智能天線進行覆蓋。后者在覆蓋半徑上要優(yōu)于前者，但是在價格上也遠遠高于普通室外型AP。因此，對于商業(yè)步行街這種人口密集的區(qū)域，在控制好天線安裝高度的前提下，建議采用普通室外型AP進行覆蓋。

（4）可以考慮將5.8G頻段用于商業(yè)區(qū)覆蓋

通過上文的電平測試分析可知，目前5.8G頻段組網的AP很少，如果能將5.8G作為網絡建設的頻段，則干擾將大大小于2.4G頻段組網。同時，由于5.8G頻段的頻段更高，也更容易將覆蓋區(qū)域控制在小范圍內。

但是，由于現階段大部分終端對5.8G頻段的支持率還較低，因此暫不能作為方案實施。不過隨著未來終端對5.8G頻段支持率的提升，采用5.8G頻段進行覆蓋仍不失為一種解決類似商業(yè)步行街等人口密集場景進行室外WLAN覆蓋的方案。

4 結論

綜上所述，在商業(yè)步行街等人口稠密的場景進行室外WLAN覆蓋時，由于存在干擾多、潛在用戶數高、手機用戶多等特點，因此必須詳細地制定規(guī)劃建設方案。應盡量減小單AP的覆蓋面積，細化熱點區(qū)域，對各熱點區(qū)域進行重點覆蓋；站址選擇時應充分考慮熱點所在位置，降低天線安裝高度，合理設置天線方向及下傾角來控制覆蓋半徑，盡量避免因信號越區(qū)覆蓋而造成弱覆蓋；結合掃頻結果，精確規(guī)劃AP頻點，減少頻點干擾。

參考文獻：

[1] 鄭小華，岳國文. WLAN區(qū)域覆蓋的探討[J]. 電信工程技術與標準化， 2004（2）： 52-55.

[2] 劉浪，陳玉明. WLAN的設計研究[J]. 科協(xié)論壇， 2011（1）： 44.

[3] 馬向辰，劉海平，于曉冰. WLAN 802.11n組網規(guī)劃相關問題研究[J]. 電信工程技術與標準化， 2011（4）： 1-6.

[4] 陶志強，王勁. 關于WLAN網絡規(guī)劃的探討[J]. 現代電信科技， 2011（4）： 73-76.

[5] 高峰. 無線城市：電信級Wi-Fi網絡建設與運營[M]. 北京： 人民郵電出版社， 2011.

作者簡介

郭渝：工程師，碩士畢業(yè)于重慶大學通信與信息系統(tǒng)專業(yè)，現任職于中國移動通信集團設計院有限公司重慶分公司，主要研究方向為WLAN規(guī)劃與設計、室內分布系統(tǒng)規(guī)劃與設計等。

（2）覆蓋區(qū)域內無線環(huán)境較復雜，信號衰減較快，干擾也嚴重；

（3）人流量大，潛在用戶需求大，對AP的容量性能要求高；

（4）步行街上網需求大部分為手機用戶。

3.2 部署思路分析

為了提升在商業(yè)步行街及類似場景的WLAN室外網絡部署效果，首先應該將步行街內的熱點區(qū)域進行詳細規(guī)劃，對規(guī)劃的每個熱點區(qū)域進行有針對性的WLAN覆蓋方案規(guī)劃；然后在規(guī)劃時應盡量減小AP覆蓋半徑，縮小覆蓋面積，盡量控制AP信號在某一熱點區(qū)域范圍內而不越區(qū)覆蓋。這樣部署的優(yōu)點如下：

（1）縮小覆蓋面積可以有效減少干擾信號源的數量，且在重點區(qū)域內，主信號強度會遠遠強于干擾信號；

（2）控制WLAN信號在主要的熱點區(qū)域內，減少其越區(qū)覆蓋的概率，從而減少信號弱覆蓋區(qū)域的面積以及因“信號可見卻不可用”影響業(yè)務實際體驗；

（3）為了縮小覆蓋面積，就必須降低AP安裝高度，這樣也可以有效避免“塔下黑”現象的存在；

（4）由于步行街主要上網需求來自于手機，縮小覆蓋面積后，可以有效解決用戶手機發(fā)射功率和接收能力不足的弱點，提升手機用戶感知；

（5）覆蓋面積減小后，區(qū)域內的附著用戶數量也會得到有效控制，避免了因附著用戶數過高導致其他用戶上網無法接入的情況。

3.3 WLAN室外部署的實施方法分析

通過上文分析，可以總結出在商業(yè)步行街等類似人口密集、建筑多的場景，在進行室外WLAN部署時應采用以下方法來提高部署效果：

（1）合理選址，嚴格控制AP天線安裝高度

在對商業(yè)步行街進行WLAN室外覆蓋時，AP安裝高度應該控制在20m以下，這樣可以更好地控制AP信號覆蓋半徑，避免“塔下黑”現象。在實際部署時，可以采用美化燈桿、電話亭等多種方式。

（2）精確設置天線方向角及下傾角

選址完成以后，在實際部署時需結合規(guī)劃熱點區(qū)域，精確地設置天線安裝位置及相應的方向角、下傾角，從而將信號集中在熱點區(qū)域內，盡量減少越區(qū)覆蓋的幾率。

（3）建議采用室外型AP進行覆蓋

采用“室外型AP+增益天線”的方式相對于基站型智能AP，覆蓋半徑會更小，也更容易控制覆蓋區(qū)域。

目前，市場主流的室外型AP主要采用“AP+高增益天線”的方式進行覆蓋；而基站型智能AP主要依靠集成在AP上的智能天線進行覆蓋。后者在覆蓋半徑上要優(yōu)于前者，但是在價格上也遠遠高于普通室外型AP。因此，對于商業(yè)步行街這種人口密集的區(qū)域，在控制好天線安裝高度的前提下，建議采用普通室外型AP進行覆蓋。

（4）可以考慮將5.8G頻段用于商業(yè)區(qū)覆蓋

通過上文的電平測試分析可知，目前5.8G頻段組網的AP很少，如果能將5.8G作為網絡建設的頻段，則干擾將大大小于2.4G頻段組網。同時，由于5.8G頻段的頻段更高，也更容易將覆蓋區(qū)域控制在小范圍內。

但是，由于現階段大部分終端對5.8G頻段的支持率還較低，因此暫不能作為方案實施。不過隨著未來終端對5.8G頻段支持率的提升，采用5.8G頻段進行覆蓋仍不失為一種解決類似商業(yè)步行街等人口密集場景進行室外WLAN覆蓋的方案。

4 結論

綜上所述，在商業(yè)步行街等人口稠密的場景進行室外WLAN覆蓋時，由于存在干擾多、潛在用戶數高、手機用戶多等特點，因此必須詳細地制定規(guī)劃建設方案。應盡量減小單AP的覆蓋面積，細化熱點區(qū)域，對各熱點區(qū)域進行重點覆蓋；站址選擇時應充分考慮熱點所在位置，降低天線安裝高度，合理設置天線方向及下傾角來控制覆蓋半徑，盡量避免因信號越區(qū)覆蓋而造成弱覆蓋；結合掃頻結果，精確規(guī)劃AP頻點，減少頻點干擾。

參考文獻：

[1] 鄭小華，岳國文. WLAN區(qū)域覆蓋的探討[J]. 電信工程技術與標準化， 2004（2）： 52-55.

[2] 劉浪，陳玉明. WLAN的設計研究[J]. 科協(xié)論壇， 2011（1）： 44.

[3] 馬向辰，劉海平，于曉冰. WLAN 802.11n組網規(guī)劃相關問題研究[J]. 電信工程技術與標準化， 2011（4）： 1-6.

[4] 陶志強，王勁. 關于WLAN網絡規(guī)劃的探討[J]. 現代電信科技， 2011（4）： 73-76.

[5] 高峰. 無線城市：電信級Wi-Fi網絡建設與運營[M]. 北京： 人民郵電出版社， 2011.

作者簡介

郭渝：工程師，碩士畢業(yè)于重慶大學通信與信息系統(tǒng)專業(yè)，現任職于中國移動通信集團設計院有限公司重慶分公司，主要研究方向為WLAN規(guī)劃與設計、室內分布系統(tǒng)規(guī)劃與設計等。