全業務運營下寬帶無線接入網絡建設縱橫談

杜 軍

(1.華中科技大學 武漢430074；2.中國聯合網絡通信有限公司湖北省分公司 武漢430040)

1 引言

隨著全業務運營和3G時代的到來，移動互聯網呈現出快速發展的態勢。電信運營商針對中高端用戶開展移動互聯網業務營銷的效果明顯，移動互聯網用戶消費能力在2009年有了明顯提升。在面世9個季度后，美國iPhone+iTouch的移動互聯網用戶已是同期在線桌面互聯網用戶的8倍。基于移動寬帶的智能手機將快速推動移動互聯網的創新和發展。手機游戲、手機電視和手機音樂等高流量業務必將對現有3G網絡的服務提供能力帶來嚴重影響。自2008年以來，AT&T的網絡在舊金山地區的3G數據流量增加了2 000%，使得很多iPhone用戶出現信號不佳的問題。如何解決移動互聯網時代的寬帶無線接入瓶頸，正成為一個棘手的問題。目前解決此問題的主要方法有：通過3G網絡向HSPA的升級以及網絡深度覆蓋優化，提供更好的服務感知；結合已有固定寬帶的有線資源，引入新的無線接入技術（WLAN或Femto），有效解決移動互聯網的服務感知，并大規模推廣應用。

根據市場調查，70%的話務、90%的數據業務發生在室內，故在全業務運營環境下有效整合現有固定資源，降低用戶發展邊際成本是全業務運營商的必然選擇。

2 寬帶無線接入的技術選擇

建設滿足移動互聯網業務發展需求的寬帶無線接入網絡，需考慮3個問題：頻譜、標準以及產業成熟度。無線接入是通過無線的方式完成接入，因此需要電磁波承載，而頻率資源是非常稀缺的不可再生資源，故解決頻譜資源問題是發展寬帶無線接入技術的重要因素。我國當前可用于無線接入的頻譜資源 （不含2G移動通信頻率）見表 1。

考察無線傳播特性和頻譜帶寬，2 GHz的3G接入技術、2.4/5.8 GHz的WLAN接入技術、3.5 GHz的MMDS接入技術是當前較理想的技術選擇。雖然2.4/5.8 GHz是免執照的，但由于是非管制頻段，故基于2.4/5.8 GHz的WLAN業務是不受保護的，干擾問題不能解決就不能確保有很好的服務質量；空中接口標準的統一以及設備平臺接口的統一將大大降低建設和維護成本，從此角度上分析，2 GHz的 3G接入技術、2.4/5.8 GHz的 WLAN接入技術比 3.5 GHz的 MMDS接入技術更具優勢，3.5 GHz的MMDS無線接入技術沒有統一的空中接口標準，設備接口的類型差異也較大；由于智能移動終端的大規模普及，基于WLAN或3G的移動終端用戶會越來越多，其相關產業成熟度也較其他技術具有更多優勢。

目前，WLAN的推廣和認證工作主要由產業標準組織Wi-Fi（wireless fidelity，無線保真）聯盟完成，所以 WLAN 技術常常被稱為Wi-Fi，WAPI作為Wi-Fi的一種安全協議，同時也是中國無線局域網安全強制性標準。Femto是近年來根據3G發展和移動互聯網趨勢推出的毫微微基站(AP)技術。在Femto網絡中遠端接入采用AP，以固定寬帶接入網絡，為回程接入Femto系統的網關設備（UAG），UAG與WCDMA 移動核心網的電路域（CS）、分組域（PS）進行對接，通過WCDMA移動核心網實現語音、可視電話、高速上網等業務。通過頻譜、標準以及產業成熟度3項綜合因素分析，在未來2～3年，基于Femto的3G接入技術及2.4 GHz的WLAN接入技術將是移動互聯網無線接入的主流技術。

3 基于Femto的網絡建設方案

H單位信息化應用水平較高，其辦公區是一座高層建筑（樓高17層，每層約500 m2，結構類似筒子樓），日常辦公對3G語音、視頻通話和移動互聯網都有一定業務需求。由于此大樓已有中國聯通EPON接入的光節點和ONU的存在，為同時解決其室內3G語音和數據覆蓋效果不佳的問題，考慮采用Femto技術進行室內網絡覆蓋試點。

3.1 AP布放方式、頻率擾碼配置及鄰區規劃

H單位兩棟樓共安裝35個AP，每層安裝2個AP，AP間距約10 m，平均每個AP覆蓋6間左右辦公室的空間，單個AP覆蓋用戶數為8人左右。AP安裝在中間走廊的天花板內，直立固定，AP正面和背面分別朝向兩邊房間。

H單位內Femto網絡與室外宏網絡、室內分布系統異頻組網。由于室外宏網絡、室內分布系統按照總部規劃已使用了F3載頻（上行9 763頻點，下行10 713頻點，即上行 1 950～1 955 MHz，下行 2 140～2 145 MHz），所以Femto網絡擬采用F1載頻（上行9 713頻點，下行10 663頻點，即上行 1 940～1 945 MHz，下行 2 130～2 135 MHz）。H單位內Femto網絡的擾碼規劃見表2。

由于常用樓梯位于樓層中部位置，同層及上下樓層間AP都將有切換。故將同層樓間AP及上下兩層間AP互配為鄰區。H單位Femto網絡內AP間鄰區配置示意如圖1所示。

為實現與周圍室內分布系統或室外宏小區的順利切換，在鄰區關系的配置中還需要配置AP與周圍室內分布系統為鄰區，配置低層和周圍室外宏網絡小區為鄰區關系。

表2 H單位內Femto網絡擾碼規劃（部分）

3.2 Femto的網絡測試

為保證用戶服務感知，通過DT和單站性能測試對H單位的Femto網絡進行了逐項測試。在DT測試中，主要進行了CS語音業務無線覆蓋指標測試、語音業務呼叫成功率及呼叫延時遍歷測試、HSDPA/R99 PS64業務呼叫成功率遍歷測試、Femto網絡與外網的切換測試。在單站性能測試中，主要進行了語音業務呼叫延時及呼叫成功率測試、PDP激活成功率及激活延時測試。具體測試分析結果見表3。

從Probe測試終端采集的數據及DUMETER抓圖看，平均下載速率為4.5～5 Mbit/s。無線環境指標CQI在27左右，說明無線環境良好，下載速率主要受限于下載資源，HS-SCCH Success Rate-Average平均為58%左右。當瞬間HS-SCCH Success Rate-Average在93%時，下載速率可以達到6.365 Mbit/s。

4 基于WLAN的網絡建設方案

4.1 AP的布放和覆蓋半徑的計算

室內無線環境的特點是傳輸功率較小、覆蓋距離近以及受環境影響的變動大。故采用適合室內傳播特性的馬特內-馬恩納模型模擬室內路徑損耗，考慮從發射機到接收機的路徑中，由墻壁和地板造成的損耗，以得到各種實際情況下的覆蓋半徑的參考值。

AP和無線網卡的參數取定以及不同環境的路徑損耗指數見表4，其中無線網卡和AP接收機的動態靈敏度選取傳輸速率為11 Mbit/s時的取值。

4.2 AP的頻率規劃和室內設置

2.4 GHz是IEEE 802.11b和IEEE 802.11g的工作頻段，其可用帶寬為 83.5 MHz，劃分為 13個信道，每個信道帶寬為22 MHz，具體信道配置見表5。5.8 GHz是IEEE 802.a的工作頻段，其可用帶寬為 125 MHz，劃分為 5個信道，每個信道帶寬為 20 MHz，具體信道配置見表 6。

可以看出，因為2.4 GHz頻段只有其中的3個信道完全沒有耦合干擾，如信道 1、6、11，所以一般相鄰的AP分別分配這3個信道。由于無線信號的傳播是三維球形的，所以相鄰的AP不僅會在同一樓層，而且會在相鄰的樓層。典型的室內無干擾的AP設置如圖2所示。

表3 H單位內Femto網絡的開通測試

表4 WLAN模擬覆蓋半徑測算

表5 2.4 GHz頻段WLAN信道配置

表6 5.8 GHz頻段WLAN信道配置

4.3 熱點地區WLAN建設實例

此熱點地區有 3棟公寓 4#、5#、6#，AP設置于頂樓平臺，在某棟樓的前后兩側分別部署2個AP覆蓋整棟樓，最靠邊墻面采用室外抱桿方式設置。具體實例如圖3所示。

測試環境及過程：無線控制器AC側掛在聯通城域網機房OLT下，在樓內ONU設備接出網線連接AP。每個測試點停留30 s，筆記本電腦的LCD屏幕與水平夾角為45°。每個測試點抽取一些特殊點，使用Network Stumbler采集信號強度。此實例具體測試分析結果見表7。

表7 WLAN實例數據分析

測試結果表明，客戶端與AP之間的距離與信號強度和實際下載速率成反比。在樓層較高的教室，由于其路徑衰耗減少，其信號強度和享受到的實際下載速率較樓層較低的教室有明顯變化。

5 結束語

隨著移動互聯網時代的到來，在全業務運營環境下，單純依靠現有3G宏站和室內分布系統解決全部業務需求，必然受到無線資源等多方因素的制約。如果按照“起于用戶需求、止于用戶滿意”的服務理念，在盤活現有全部資源的條件下，靈活采用Femto或WLAN等新技術，則可以因地制宜地提供市場認可、技術成熟、固定資產投資和維護成本相對較好的整體解決方案。隨著寬帶無線接入瓶頸問題的有效解決，中國聯通移動互聯網的春天也將來臨。

1 Ooi W,Chan M,Ananda A,et al.QoS provisioning in IEEE 802.11 WLAN.Wiley-IEEE Press,2006

2 Munaretto D,Scalia L,Soni T,et al.Reliable broadcast streaming over802.11 WLAN with minimum channelusage.IEEE Symposium on Computers and Communications,2009(8):30～35

3 Wang Jinghong,Zhong Haomiao.WCDMA network planning.Scentific Innovation,2007

4 段洪濤.奧運會場館微波加熱設備干擾WLAN服務的研究分析與解決方案.中國無線電管理，2008(9):21～24

5 中華人民共和國信息產業部令(第40號).中華人民共和國無線電頻率劃分規定,2006