關(guān)于WLAN覆蓋的研究

喬 輝

(河北全通通信有限公司，河北石家莊050021)

0 引言

無線上網(wǎng)已漸成為趨勢和潮流，可以使用各種終端在互聯(lián)網(wǎng)的世界里暢游讓人倍感愜意和自由。隨著移動終端的普及，人們對移動IP接入的需求迅速增長，無線局域網(wǎng)(Wireless Local Area Network，WLAN)作為有線以太網(wǎng)的延伸，一定程度上滿足了這種需求。然而，大多數(shù)WLAN都在使用2.4 GHz頻率波段，由于穿透性和衍射能力一般，加上現(xiàn)代建筑質(zhì)量越來越高，對室內(nèi)形成較強的屏蔽，這就造成了無線局域網(wǎng)覆蓋的面積十分有限，成為各運營商WLAN業(yè)務(wù)推廣的瓶頸。如何達(dá)到理想的覆蓋要求是擺在工程技術(shù)人員面前的一個重要問題。這里通過在不同場景下的鏈路預(yù)算分析，闡述了不同手段對WLAN覆蓋的影響，提出了加強WALN覆蓋的解決建議。

1 鏈路預(yù)算分析

在WLAN工程建設(shè)中，WLAN網(wǎng)絡(luò)大體可以分為下面2種場景:

①室內(nèi)覆蓋:單獨建設(shè)方式、共用室內(nèi)分布系統(tǒng)建設(shè)方式;

②室外覆蓋:室外型AP覆蓋方式。

不同覆蓋方式產(chǎn)生的覆蓋效果不同，通過鏈路預(yù)算或模擬測試來對各種覆蓋方式進(jìn)行分析。802.11g無線網(wǎng)卡的接收靈敏度與AP的接收靈敏度基本一樣，不同的傳輸速率要求，對接受靈敏度的要求不同，如表 1［1］所示。

表1 設(shè)備的接收靈敏度

為了保證用戶使用最高的傳輸速率，保證用戶的感知度，WLAN設(shè)計覆蓋信號強度為-75 dBm。目前市場上WLAN設(shè)備主要有2種，WLAN室內(nèi)型AP發(fā)射功率為100 mW(20 dBm)，室外型AP發(fā)射功率為500 mW(27 dBm)，用戶PC的自帶無線網(wǎng)卡發(fā)射功率一般為50 mW(17 dBm)，無線網(wǎng)卡的接收靈敏度與AP的接收靈敏度基本一樣，無線網(wǎng)卡無收發(fā)增益，AP室內(nèi)型天線無增益，AP室外型天線有增益。因此WLAN系統(tǒng)為上行受限系統(tǒng)，即WLAN的覆蓋范圍取決于用戶終端的無線網(wǎng)卡能力。

下面以50 mW的用戶終端網(wǎng)卡來計算WLAN不同覆蓋方式的覆蓋范圍。

1.1 2.4 GHz室內(nèi)獨立型AP覆蓋范圍

采用衰減因子模型計算:就電波空間傳播損耗來說，2.4 GHz頻段電磁波的路徑傳播損耗為:Pl=46+10×n×lgd，其中，Pl為路徑損耗，d為傳播路徑，單位為m，n為衰減因子。不同場景下的n值［2］建議值如表2所示。

表2 不同場景下的n值

接收電平(Pr)估算公式［3］如下:

式中，Pr為最小接收電平;Pt為最大發(fā)射功率;Gt［dB］為發(fā)射天線增益;Gr［dB］為接收天線增益;PL［dB］為路徑損耗;

假設(shè)，以-75 dBm邊緣場強為覆蓋要求，AP的發(fā)射功率為100 mW，用戶終端發(fā)射功率為50 mW，AP和用戶終端天線無增益，可以對AP信號極限傳播距離作如下理論計算:

終端傳播距離:

46+10nlgd=17 dBm-(-75 dBm);

AP的傳播距離:

46+10nlgd=20 dBm-(-75 dBm)。

衰減因子(n)與覆蓋距離(d)的關(guān)系［4］如表3所示。

表3 衰減因子(n)與覆蓋距離(d)的關(guān)系

從上述計算結(jié)果也可以看到用戶終端的傳播距離小于AP的覆蓋距離，同時說明WLAN系統(tǒng)為用戶終端網(wǎng)卡受限系統(tǒng)。結(jié)合模擬測試經(jīng)驗，一個室內(nèi)放裝型AP的覆蓋半徑根據(jù)環(huán)境的不一樣，在10～100 m之間。

1.2 2.4GHz室內(nèi)分布型AP覆蓋范圍

目前室內(nèi)分布系統(tǒng)天線出口功率一般按照10 dBm左右設(shè)計，那么下行的最大路徑損耗為10 dBm-(-75 dBm)=85 dB。

那么當(dāng)衰減因子n分別取值為不同時，覆蓋距離如表4所示。

表4 不同衰決而不行因子下的覆蓋距離

結(jié)合模擬測試經(jīng)驗，一個室內(nèi)分布天線(出口功率10 dBm)的覆蓋半徑根據(jù)環(huán)境的不一樣，在7～25 m之間。

1.3 2.4GHz室外AP覆蓋范圍

設(shè)發(fā)射機的輸出功率為Pt，空間路徑衰耗為PL(d)，電纜及各類器件的損耗Ls，發(fā)射天線增益為Gt，接收天線增益Gr，則接收機接收的功率電平Pr可用下式表示［5］:

在室外環(huán)境下，無線局域網(wǎng)小區(qū)的覆蓋范圍較小，因此采用自由空間傳播模型。2.4 GHz自由空間電磁波的傳播路徑損耗［6］符合:

式中，PL為自由空間損耗;d為傳輸距離，單位是km;f為工作頻率，單位是GHz。

2.4 GHz室外設(shè)備最大發(fā)射功率為27 dBm，而網(wǎng)卡發(fā)射功率50 mW(17 dBm)。同樣無線網(wǎng)卡的接收靈敏度與AP的接收靈敏度基本一樣，為反向覆蓋受限。根據(jù)設(shè)備接收靈敏度，以-75 dBm為邊緣場強覆蓋要求。天線增益為14 dBi，衰落余量為10 dB。則反向鏈路預(yù)算為:PL=17+14-10-(-75)=96。計算得d=630 m。室外AP對室外空曠環(huán)境的覆蓋距離為600 m左右。

2 加強WLAN覆蓋的措施

根據(jù)前文所述，無論是那種覆蓋方式都受到用戶終端無線網(wǎng)卡能力的限制，因此如何加強用戶終端無線網(wǎng)卡能力是解決WLAN覆蓋的所在。

目前主要是通過2種方式來解決覆蓋問題:

第一，通過AP密集覆蓋的方式;

第二，通過室外AP+室外高增益定向天線方式進(jìn)行覆蓋。

2.1 AP密集覆蓋方式

采用共用室內(nèi)分布系統(tǒng)的室內(nèi)分布型覆蓋方式，這種方式是WLAN和移動通信系統(tǒng)相結(jié)合的一種組網(wǎng)方式。這種方式是將WLAN無線信號通過合路器耦合到原有的2/3G室內(nèi)分布系統(tǒng)，WLAN與2/3G系統(tǒng)之間共天饋線。這種方式可以減少布設(shè)的電纜、天線等器件，節(jié)省總建網(wǎng)成本，同時也可以避免重復(fù)施工，是一種短期見效的方法。

這種方式適合已有室分系統(tǒng)的寫字樓、商務(wù)大廈和火車站等場景。

2.2 AP+室外高增益定向天線方式

第1種方式，對于建筑結(jié)構(gòu)簡單的場景可以考慮采用“室外型AP+定向天線”方式進(jìn)行覆蓋。

通過建筑結(jié)構(gòu)的玻璃(2.4 GHz損耗約為10 dB)能有效地覆蓋到室內(nèi)，這種方式能有效地節(jié)約AP數(shù)量，從而減少投資，可以利用樓宇間的外墻面、路燈桿和物業(yè)管理處等小區(qū)建筑進(jìn)行AP安裝。

第2種方式，對于樓宇高度較低的開闊區(qū)域，如鄉(xiāng)鎮(zhèn)、村莊等區(qū)域，可采用室外AP+室外高增益定向天線方式進(jìn)行覆蓋。

采用大功率AP+室外高增益定向板狀天線，安裝在鐵塔上，分別覆蓋不同方向區(qū)域，AP通過室外防水網(wǎng)線接入到基站內(nèi)傳輸和POE供電設(shè)備。天線增益為14 dBi，水平半功率角為60°。

在覆蓋邊緣或非視距范圍，在用戶外墻上安裝CPE，戶內(nèi)安裝POE供電模塊，POE供電模塊下行提供以太網(wǎng)口用于連接AP。

3 結(jié)束語

隨著WLAN網(wǎng)絡(luò)的日益普及，其網(wǎng)絡(luò)覆蓋的重要性將日益突出，WLAN網(wǎng)絡(luò)的覆蓋需要根據(jù)所覆蓋的環(huán)境模型采用不同的覆蓋方式進(jìn)行覆蓋，隨著WLAN技術(shù)的進(jìn)步發(fā)展，覆蓋手段會愈來愈多，多種方式相互配合從而使WLAN向著高效、安全、運營級的網(wǎng)絡(luò)目標(biāo)不斷邁進(jìn)。

［1］ 金純，陳林星.IEEE 802.11無線局域網(wǎng)［M］.北京:電子工業(yè)出版社，2004.

［2］ 劉乃安.WLAN原理技術(shù)與應(yīng)用［M］.西安:西安電子科技大學(xué)出版社，2004.

［3］ 麻信洛，李曉中，董曉寧.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.

［4］ 麻信洛，李曉中，葛長濤.無線局域網(wǎng)原理與應(yīng)用［M］.北京:國防工業(yè)出版社，2009.

［5］ GERIER Jim.無線局域網(wǎng)［M］.王群 譯.北京:人民郵電出版社，2001.

［6］ 郭峰，曾興雯.無線局域網(wǎng)［M］.北京:電子工業(yè)出版社，1997.