數(shù)字無線社區(qū)的建設(shè)探索

張建偉

(寶雞文理學(xué)院 物理與光電技術(shù)學(xué)院，陜西 寶雞 721016)

0 引 言

近五年來，“移動互聯(lián)”技術(shù)的發(fā)展和迅速普及已經(jīng)徹底改變了人們的生活，人們對無線網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的依賴與日俱增，“數(shù)字無線社區(qū)(城市)”的概念也被提出并加以實現(xiàn)。數(shù)字無線社區(qū)(城市)的建設(shè)，通常由當(dāng)?shù)卣疇款^、移動通信運營商實施建設(shè)和各行業(yè)參與合作。

鑒于運營商投資建設(shè)數(shù)字無線社區(qū)的預(yù)期收益不大，其實施建設(shè)的熱情不高，建議當(dāng)?shù)卣_引導(dǎo)，讓運營商意識到數(shù)字無線社區(qū)的建設(shè)對自身發(fā)展起到非常積極的推動作用，比如推動數(shù)字無線網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，可以有效彌補全業(yè)務(wù)運營短板，可以快速切入數(shù)字無線城市的行業(yè)市場，還能增加政府客戶關(guān)系，豎立運營商的品牌形象，同時也能透過數(shù)字無線城市的大數(shù)據(jù)，進一步推動后續(xù)的精準(zhǔn)化營銷[1]。所以，數(shù)字無線社區(qū)的建設(shè)對于運營商來說，是一項具備經(jīng)濟效益和社會效益的系統(tǒng)工程。

陜西省咸陽市是我國西部中等城市，全市轄2區(qū)1市10縣，總面積10 189.4平方公里，2015年末常住人口497.24萬，中心城市人口91.5萬。本文以咸陽市部分城區(qū)數(shù)字無線局域網(wǎng)規(guī)劃為例作進一步分析，研究咸陽市“數(shù)字無線社區(qū)(城市)”的規(guī)劃和部署方案。咸陽市擁有國內(nèi)絕大多數(shù)城市所具有的各類場景，因此對其他中小城市數(shù)字無線局域網(wǎng)的規(guī)劃建設(shè)具有重要的參考價值和意義。

1 覆蓋場景

數(shù)字無線局域網(wǎng)的覆蓋場景，應(yīng)包含多個大型住宅小區(qū)、若干黨政軍機關(guān)、機場和火車站等交通樞紐以及高校、商業(yè)中心等。這些區(qū)域數(shù)據(jù)需求量大而且具有各自的特點，需根據(jù)這些區(qū)域的特點，進行分類，根據(jù)不同場景類型采用合理的覆蓋方式進行有效覆蓋，覆蓋場景類型匯總表如表1所示。

根據(jù)城區(qū)多種覆蓋場景進行覆蓋方式分類，主要可以分為室外覆蓋、室外覆蓋室內(nèi)和室內(nèi)覆蓋三類[2]。

以下根據(jù)這三類場景對覆蓋目標(biāo)進行分析、歸類，最終確定各種場景采用的建設(shè)解決方案。

(1)室外覆蓋場景：室外覆蓋場景主要為商業(yè)街、公園、市民廣場以及主干道路，該場景為開放式，采用室外型或者室外基站型AP覆蓋。

(2)室外覆蓋室內(nèi)場景：對于大中型住宅小區(qū)、城中村等區(qū)域，由于樓宇相對密集，室內(nèi)信號較差，采用室外型AP覆蓋室內(nèi)。

(3)室內(nèi)覆蓋場景：對于黨政機關(guān)、交通樞紐、大型場館、賣場、寫字樓、賓館等室內(nèi)需求量較大的區(qū)域，采用室內(nèi)覆蓋方式滿足室內(nèi)覆蓋需求。

表1 數(shù)字無線局域網(wǎng)覆蓋場景類型匯總表

2 覆蓋范圍

咸陽市中心城市面積90平方公里，中心城區(qū)所轄范圍：北至咸陽市文林路，南至渭陽路，西至咸通路,東至東風(fēng)路。咸陽市主城區(qū)室外數(shù)字無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋，主要依托主城區(qū)運營商的公用電話亭資源，在主城區(qū)充分發(fā)揮該資源的效用，以IC電話亭為主體，以街區(qū)沿線路燈桿為補充的方式。采用室外獨立放裝式AP來滿足室外覆蓋場景的需求，也兼顧部分室外覆蓋室內(nèi)的場景需求。而咸陽市主城區(qū)室內(nèi)熱點主要為大型體育場館、車站、體育場館、室內(nèi)賣場、商用建筑以及學(xué)校等場區(qū)。

咸陽市主城區(qū)數(shù)字無線覆蓋規(guī)模如表2所示。

商業(yè)街采用室外覆蓋為主，對于部分區(qū)域室外覆蓋兼顧室內(nèi)覆蓋。對于人流量比較大的主要道路、市民廣場以及公園，采用室外覆蓋方式解決駐足或者步行等較慢移動的數(shù)據(jù)接入服務(wù)需求。

數(shù)字無線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)初期，暫不考慮快速移動的覆蓋需求，快速移動終端的接入以及頻繁切換導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷較大，網(wǎng)絡(luò)接入指標(biāo)下降。后期可考慮對于城市公交車等公共系統(tǒng)提供如“16-WiFi”(北京某公司開發(fā)的支持交通工具內(nèi)免費上網(wǎng)的應(yīng)用服務(wù)[3])，即在公交車上部署AP熱點，為公交車內(nèi)的用戶提供相對穩(wěn)定的無線接入需求，避免車內(nèi)較快移動的用戶頻繁發(fā)送接收室外信號。

3 覆蓋方式

數(shù)字無線網(wǎng)絡(luò)能夠在覆蓋目標(biāo)區(qū)域提供數(shù)字無線寬帶接入服務(wù)。根據(jù)覆蓋目標(biāo)的特點、數(shù)字無線網(wǎng)絡(luò)的性能以及無線移動現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)資源的基本情況，可將數(shù)字無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋方式分為獨立放裝式、饋入分布式、混合覆蓋式和Mesh型網(wǎng)絡(luò)四種主要方式，其中室內(nèi)覆蓋方式主要包括獨立放裝式、饋入分布式以及混合覆蓋式，室外覆蓋方式主要包含獨立放裝式和Mesh型網(wǎng)絡(luò)覆蓋方式。

表2 咸陽市主城區(qū)數(shù)字無線熱點統(tǒng)計表

獨立放裝式建設(shè)方式是指AP直接覆蓋方式，是在熱點區(qū)域或者熱點附近安裝AP設(shè)備，可通過自帶天線進行覆蓋，也可以通過外接不復(fù)雜的天饋系統(tǒng)進行覆蓋的方式，其中不復(fù)雜的天饋系統(tǒng)僅限于距離不長的饋線和天線以及少量的功分器和耦合器[4]。獨立放裝式的覆蓋方式，依據(jù)數(shù)字無線網(wǎng)絡(luò)的覆蓋和容量需求，在合適的位置布放熱點AP設(shè)備，五類線長度應(yīng)在規(guī)定長度范圍內(nèi)，鏈路預(yù)算只需要計算AP之后的空間損耗。

對于已有室內(nèi)分布系統(tǒng)的覆蓋目標(biāo)，根據(jù)擬覆蓋目標(biāo)區(qū)域的覆蓋需求和現(xiàn)有室內(nèi)分布系統(tǒng)資源的現(xiàn)狀，優(yōu)先考慮采用饋入分布系統(tǒng)的方式對目標(biāo)區(qū)域進行覆蓋。根據(jù)擬覆蓋物業(yè)點當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀，可以分為饋入新建分布系統(tǒng)方式和饋入已有分布系統(tǒng)方式。

混合覆蓋方式的使用場景，是在傳統(tǒng)饋入式分布系統(tǒng)僅能滿足覆蓋目標(biāo)常規(guī)區(qū)域覆蓋需求，對于室內(nèi)分布系統(tǒng)覆蓋區(qū)域之外的局部盲區(qū)，或者是需求容量不能滿足需求的區(qū)域，采用獨立放裝式AP補充覆蓋的建設(shè)方式。

Mesh型網(wǎng)絡(luò)也叫無線網(wǎng)狀網(wǎng)或者無線網(wǎng)格網(wǎng)，是一種多跳網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)中的每個節(jié)點都可以發(fā)送和接收信號，系統(tǒng)中無線AP呈網(wǎng)狀分布，各AP之間通過無線中繼鏈路進行點對點互聯(lián)。Mesh型網(wǎng)絡(luò)由若干無線接入點相互協(xié)作和相互協(xié)同的組網(wǎng)方式，具有自動動態(tài)組織、自動配置和自動維護的特點，相比傳統(tǒng)無線局域網(wǎng)，該網(wǎng)絡(luò)具有寬帶高速、高頻效率的優(yōu)勢，結(jié)構(gòu)靈活，可快速部署[5]。

4 室內(nèi)覆蓋

根據(jù)工程施工特點和設(shè)備安裝位置，可將室內(nèi)覆蓋建設(shè)方式分為室外輻射室內(nèi)方式和室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)兩類。其中室外覆蓋室內(nèi)方式的覆蓋系統(tǒng)主要在室外區(qū)域建設(shè)，室內(nèi)覆蓋方式的覆蓋系統(tǒng)主要在室內(nèi)區(qū)域建設(shè)。對于中大型住宅小區(qū)，例如多棟高層、多層住宅、城中村以及商業(yè)街等場景，通常室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)不能有效覆蓋或者室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)不能進入不便施工時，可采用室外覆蓋室內(nèi)的方式。對于黨政機關(guān)、交通樞紐、大型場館、寫字樓和賓館酒店等場所，宜采用室內(nèi)覆蓋方式。室內(nèi)覆蓋方式主要分室內(nèi)獨立放裝式和室內(nèi)饋入分布式，部分區(qū)域可以采用混合覆蓋方式。

4.1 室外覆蓋室內(nèi)方式

圖1 室外覆蓋室內(nèi)方式示意圖[6]

由于室外覆蓋室內(nèi)方式的覆蓋系統(tǒng)主要在室外區(qū)域建設(shè)，通常會根據(jù)覆蓋目標(biāo)的結(jié)構(gòu)，有選擇地在附近找到符合安裝條件的區(qū)域安裝，以滿足熱點區(qū)域的數(shù)據(jù)需求。典型覆蓋方式如圖1所示。

對于20層以上的高層住宅樓，一般結(jié)構(gòu)比較規(guī)則,建筑物接近方形,截面小,厚度大，穿透損耗較大。一般在附近30～50 m處選取4～5層左右的樓頂安裝室外型AP，注意采用定向天線，將高層分區(qū)覆蓋，例如將AP1覆蓋1～10層，AP2覆蓋11層以上區(qū)域。

4.2 室內(nèi)覆蓋方式

室內(nèi)覆蓋方式基本上分為分布式系統(tǒng)和獨立式系統(tǒng)兩種。

所謂分布系統(tǒng)是為了實現(xiàn)目標(biāo)建筑各個室內(nèi)區(qū)域均能獲得合理的信號覆蓋，從而借助分配器和饋線把信號源發(fā)射的無線信號功率均衡分布到目標(biāo)室內(nèi)建筑物的每個目標(biāo)區(qū)域。此外，饋線會帶來信號的損耗，無線信號頻率越高，饋線帶來的損耗越大，會造成不同區(qū)域出現(xiàn)信號功率差異。這種損耗可以通過提高線型來解決，線型越粗，每百米損耗越小，各頻段的損耗差越小。所以在建設(shè)實施時，如果出現(xiàn)多系統(tǒng)共用分布系統(tǒng)時，為了減小饋線損耗帶來的功率差情況，應(yīng)盡量選用1/2”規(guī)格以上的粗饋線(1/2”規(guī)格饋線損耗是7 dB/100 M)。此外還要考慮連接接頭(0.05 dB/個)和避雷器避雷器(0.5 dB/個)等其他設(shè)施帶來的功率損耗[7]。獨立式系統(tǒng)是在室內(nèi)部署獨立AP進行網(wǎng)絡(luò)覆蓋，主要針對用戶比較集中(業(yè)務(wù)量比較大，信道資源需求量大)或室外AP距離較遠(yuǎn)的室內(nèi)區(qū)域(無線信號功率較小，無法有效覆蓋)。因為在室內(nèi)可見區(qū)域安放和部署，在安裝時，除了考慮信號有效覆蓋之外，還要兼顧安全性和美觀。一般施工傾向于使用全向天線，安裝位置可以吸頂也可以放置于室內(nèi)隱蔽位置，在保證覆蓋效果的前提下視具體按安裝環(huán)境而定。

1)室內(nèi)體育館覆蓋方式

對于體育館這樣的熱點，其數(shù)據(jù)流量具有突發(fā)性、高流量的特點，通常采用室內(nèi)獨立放裝式進行覆蓋。場館在重大比賽時，體育館看臺上人流量較大，對數(shù)據(jù)需求較為突出，采用室內(nèi)型AP進行覆蓋。由于熱點數(shù)量較多，為避免相互干擾，采用了2.4 GHz和5.8 GHz兩個頻段混合式組網(wǎng)方式進行覆蓋，該方式可以滿足較大容量需求。

2)高校學(xué)生公寓樓、企業(yè)職工宿舍覆蓋方式

學(xué)生公寓樓或者企業(yè)職工宿舍是學(xué)生和職工課余生活最為集中的區(qū)域，人員密集，建筑物構(gòu)造特殊，導(dǎo)致室內(nèi)數(shù)字無線信號很差，容量也遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足需求。針對宿舍樓的部署方案，主要采用室外覆蓋室內(nèi)和室內(nèi)直接部署兩種方式。

建筑物結(jié)構(gòu)一般為中間走廊，兩邊宿舍的布局方式，其中走廊寬度約2 m，兩邊宿舍長度約5 m。根據(jù)每個宿舍人員數(shù)量以及宿舍的建筑物構(gòu)造特性，在滿足容量的同時，也要保證覆蓋質(zhì)量，可以按照單AP承載4間宿舍的方式進行規(guī)劃。AP分布示意圖如圖2所示。

圖2 公寓樓AP布放示意圖[8]

由于公寓樓為用戶數(shù)據(jù)需求密集區(qū)域，為確保網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量，需要考慮樓層間信道干擾。信道分布需要立體考慮，不僅要考慮平層情況，還要兼顧上下層之間的同頻干擾問題。公寓樓樓層之間信道分配示例表如表3所示。

表3 宿舍樓樓層間信道分配示例表

此外，對于賓館、酒店這種場景，由于該區(qū)域通常會考慮語音和數(shù)據(jù)同時接入，一般在建設(shè)初期，業(yè)主就會要求運營商建設(shè)分布系統(tǒng)，對于這類熱點的數(shù)據(jù)覆蓋，只需要將WiFi信源饋入分布系統(tǒng)即可。由于WiFi信源設(shè)備AP的輸出信號輕度較小，在建設(shè)饋入分布系統(tǒng)時，需要將AP的位置盡量靠近分布系統(tǒng)的天線側(cè)，以滿足天線口功率覆蓋信號輕度的需求。

通常在設(shè)計時，對于WiFi系統(tǒng)的天線口功率應(yīng)控制在8～12 dBm之間[9]。如果天線和覆蓋目標(biāo)之間有阻擋，建議天線口功率在11 dBm以上，可控制在11～15 dBm之間。饋入分布系統(tǒng)方式的熱點AP數(shù)量相對較少，基本能滿足覆蓋需求，對于數(shù)據(jù)流量需求不是很大的場景，比較適合。

對于室內(nèi)獨立放裝式和室內(nèi)饋入分布系統(tǒng)，接入點AP供電方式要靈活且可靠。常用的供電方式為POE供電和本地就近獨立供電方式。其中POE供電方式需要注意五類線或者超五類線的長度，理論上不要超過100 m，實際工程中建議控制在80 m以內(nèi)為宜[10-11]。

5 室外覆蓋

本次咸陽市部分城區(qū)數(shù)字無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋解決方案以室外覆蓋為主，主要涵蓋商業(yè)街區(qū)、市民廣場等數(shù)據(jù)需求較為集中、網(wǎng)絡(luò)需求較為迫切的場所。咸陽市主城區(qū)室外WiFi網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)是以市區(qū)共用IC電話亭WiFi改造為基礎(chǔ)，在人流量較大，沒有IC電話亭，市政協(xié)調(diào)困難等原因?qū)е虏槐阍傩陆娫捦さ膮^(qū)域，可將熱點AP安裝在路燈桿上，以實現(xiàn)對周邊熱點的覆蓋。

圖3 咸陽主城區(qū)IC電話亭WiFi改造效果圖

咸陽主城區(qū)IC電話亭WiFi改造工程部署如圖3所示，根據(jù)運營商提供的IC電話亭資源信息，每個電話亭根據(jù)覆蓋需要，采用單亭、單/雙AP+定向載波瓣天線的覆蓋方式對主城區(qū)主要道路進行WiFi覆蓋[12]。咸陽市主城區(qū)重點街區(qū)寬度一般為60 m左右，兩邊多為商鋪，人流量較大或者人員聚集區(qū)域，需要對該區(qū)域部署WiFi熱點，滿足覆蓋需求。

5.1 室外主要街區(qū)覆蓋

圖4 “嘉惠”購物廣場WiFi覆蓋示意圖

嘉惠購物廣場位于陜西省咸陽市人民路和樂于南路交叉口西南，該區(qū)域地理位置優(yōu)越，經(jīng)過多年的發(fā)展積淀，已經(jīng)形成以新嘉惠購物廣場為中心，周邊眾多人氣商鋪為一體的商業(yè)群，購物廣場前道路就是一個人流量常年較為集中的區(qū)域。該街區(qū)主要道路的覆蓋示意圖如圖4所示。

采用基于IC電話亭改造的熱點，外接高增益窄波瓣定向天線，水平平面的半功率角為33°，有效覆蓋半徑約為100 m～150 m，覆蓋寬度為30 m～50 m，能滿足主城區(qū)主要道路人流量較大的街區(qū)覆蓋需求。

5.2 室外市民廣場覆蓋

咸陽市市民休閑廣場為鳳凰廣場、人民廣場和中華廣場等，以上區(qū)域人流量較為集中，尤其是在節(jié)假日，廣場上人流量非常大，以下就鳳凰廣場作簡單分析。咸陽市鳳凰廣場位于陜西省咸陽市北門口十字西北角，廣場占地面積8 500余平方米，廣場WiFi覆蓋如圖5所示。

圖5 咸陽市鳳凰廣場WiFi覆蓋示意圖

對于咸陽市鳳凰廣場的WiFi覆蓋，采用2個基于IC電話亭改造的熱點，外接高增益窄波瓣定向天線的方式進行覆蓋，能滿足該廣場市民的數(shù)字無線接入需求。通常廣場流量高峰一般出現(xiàn)在晚上，尤其是在夏季，市民多在廣場納涼的時間段。

6 結(jié)束語

通過咸陽城市社區(qū)的數(shù)字無線化局域網(wǎng)的設(shè)計和建設(shè)，從覆蓋場景、覆蓋范圍、室外覆蓋和室內(nèi)覆蓋幾個角度進行了研究，給出了具體的實施方案。此外，數(shù)字無線城市是一張運營級的企業(yè)網(wǎng)，數(shù)字無線局域網(wǎng)中的任何設(shè)備都必須具備企業(yè)級標(biāo)準(zhǔn)，所有設(shè)備都必須遵循國際統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)備的穩(wěn)定性、通用性和兼容性都必須達到企業(yè)運營級的要求。搭建中等城市數(shù)字無線局域網(wǎng)，設(shè)備選型需要滿足當(dāng)前容量需求，網(wǎng)絡(luò)中各層級的設(shè)備也要具備一定的穩(wěn)定性，同時還要考慮到擴容需求和經(jīng)濟可行性。