ＷＬＡＮ的無線傳輸技術及網絡規劃

摘要：

文章介紹了IEEE802.11b標準采用的頻段特點及中國有關部門對該頻段的政策，描述了無線收發信機采用的擴頻、功率控制與分集接收等技術，給出了無線局域網電波傳輸模型，最后結合無線局域網技術特點及室內電波傳播方式，提出了無線局域網的網絡規劃方法與策略。

關鍵詞：

無線局域網；IEEE802.11b標準；網絡規劃

Abstract:

FeaturesofthefrequencybanddescribedintheIEEE802.11bstandardforWLAN(WirelessLocalAreaNetwork)andgovernmentpoliciestotheutilizationofthespecifiedfrequencybandarepresented.RelevanttechnologiesusedintheWLANtransceiveraredescribed，suchasthespreadspectrum，powercontrolanddiversityreceivingtechnologies，andthetransmissionmodelofradiowaveinWLANisalsoprovided.ConcerningthetechnicalfeaturesofWLANandtheindoortransmissionofradiowave，theauthorsuggestsapracticalmethodandtacticsofnetworkplanningforWLAN.

Keywords:

WLAN;IEEE802.11bstandard;Networkplanning

市場研究公司ForwardConcepts2002年12月27日公布的一份調查報告指出，2002年全球無線局域網設備銷售增長了100%以上，今后將繼續增長。這篇研究報告預測，無線局域網設備市場將以每年43%的年增長率持續增長，到2006年市場規模將達到103億美元的水平。由于無線局域網應用不斷增加，對無線局域網無線傳輸技術及網絡規劃方法進行研究顯得日益重要。

1、頻率規劃

基于IEEE802.11b標準的無線局域網已成為無線數據通信的主流，其工作頻段為2400～2483.5MHz，總帶寬為83.5MHz。總帶寬被劃分成為14個子頻道，每個子頻道帶寬為22MHz。各國對各子頻道的使用情況各不相同。

在多個頻道同時工作的情況下，為保證頻道之間不相互干擾，要求每兩個頻道的中心頻率間隔不能低于25MHz。在一個蜂窩區域內，只有1，6，11號這3個頻道是可以在同一區域同時工作的不重疊的頻道(如圖1所示)。利用這一特點，可以對無線局域網擴容，使之支持的數據速率能夠達到33Mbit/s。

在中國，根據國家無線電管理局有關規定，2.4GHz頻段被定為無線局域網、無線接入系統、藍牙技術設備、點對點或點對多點擴頻通信系統等各類無線電臺站的共用頻段。符合技術要求的各類無線電通信設備在2.4～2.4835GHz頻段內與無線電定位業務及工業、科學和醫療等非無線通信設備共用頻率，均為主要業務。

2.4～2.4835GHz頻段無線電發射設備的主要技術指標為：

(1)等效全向輻射功率(EIRP)

天線增益＜10dBi時，等效全向輻射功率≤100mW或≤20dBm。

天線增益≥10dBi時，等效全向輻射功率≤500mW或≤27dBm。

(2)直接序列擴頻最大功率譜密度

天線增益＜10dBi時，直接序列擴頻最大功率譜密度≤10dBm/MHz。

天線增益≥10dBi時，直接序列擴頻最大功率譜密度≤17dBm/MHz。

2、無線收發的關鍵技術

為了改善無線局域網絡的性能，在WLAN的無線收發信機中需要采用擴頻、功率控制與分集接收技術，在各種應用場合需要多種類型的收發天線進行覆蓋。

(1)擴頻技術

由于擴頻技術具有抗定頻干擾能力強、抗多徑干擾能力強和保密性好的特點，IEEE802.11標準確定了直擴和跳頻兩種擴頻方式。由于直擴與跳頻相比具有數據速率高、發送距離大等特點，IEEE802.11b采用基于直擴的CCK(補碼鍵控)編碼方式，使得數據速率能夠達到11Mbit/s。根據IEEE802.11標準的規定，采用直接序列擴頻的方式時，擴頻處理增益需要達到10dB以上，而CCK的處理增益為11dB，即使在出現重要噪聲和多路干擾(如接收由某個建筑物內的多個無線反射導致的干擾)的情況下，接收方也能夠正確地予以區別。

IEEE802.11b規定在數據速率為5.5Mbit/s時，使用CCK對每個載波進行4比特編碼；速率為11Mbit/s時，對每個載波進行8比特編碼。

(2)功率控制與分集接收技術

無線局域網覆蓋面不大的特殊要求使得無線局域網的射頻發射功率要控制在一個適當的范圍內，一般在30～150mW之間。無線局域網采取功率控制技術來調節發射功率，并在接收通道采用自動增益控制電路來解決由于信號衰落帶來的影響。一般采用基帶信號控制的數控衰減器或采用控制放大器的偏置來控制發射功率和增益。

由于無線局域網終端處于移動狀態，信號強弱變化很大，而無線傳輸信道的復雜性導致信號衰落變化也很劇烈，因此可以將相關性較小(即不同時發生質量惡化)的兩個或兩個以上的信號進行選擇或合并，減輕由衰落所造成的影響，即采用分集接收技術。分集接收利用接收信號在空間、頻率、極化等方面的差異實現。

(3)天線技術

無線局域網系列產品應用在各種場合，需要多種類型的收發天線，天線性能的好壞對無線局域網產品輻射性能、接收性能、傳輸速率以及網絡覆蓋等都有直接的影響。因此天線技術就成了決定無線局域網產品應用和推廣，保證無線信道良好的一個關鍵技術和重要手段。適用于無線局域網的天線包括鞭狀全向天線，平板天線、拋物面、八木等定向天線，用于終端設備的微帶天線等。對于一個蜂窩小區內無法避免使用3個以上信道的情況，可以將一個小區分為多個扇區，用不同的扇區天線進行覆蓋，或利用智能天線技術，自適應地將每一個(或每幾個用戶)用一個方向性很強的針狀波束覆蓋。

3、無線電波傳輸模型及應用

設發射機的輸出功率為P_t，滿足一定誤碼率情況下的接收機靈敏度為P_r0，空間路徑衰耗為

電纜及電纜接頭的損耗為L_s，發射天線增益為G_t，接收天線增益為G_r，則接收機接收的功率電平P_r可用式(1)表示：

對于室外環境，因為無線局域網小區的覆蓋范圍較小，因此采用自由空間傳播模型。2.4GHz的自由空間電磁波的傳播路徑損耗符合式(2)反映的規律：

L₀(dB)=92.4+20log(d)+20log(f)(2)

其中L₀為自由空間損耗；d為傳輸距離，單位為km；f為工作頻率，單位為GHz。

對于室內環境，選取衰減因子模型作為室內無線傳播模型，可由式(3)表示：

一般取d0=1m，當頻率為2450MHz時，其值為40dB；NMF表示基于測試的多樓層路徑損耗指數，典型建筑物的路徑損耗指數如表1所示。

如果預先設定最大發射功率為15dBm，接收網卡天線增益為0dBi，衰減因子為3.14，頻率為2450MHz，則當無線網卡在各速率級別的接收靈敏度分別為-90dBm(1Mbit/s)，-88dBm(2Mbit/s)，-87dBm(5.5Mbit/s)，-84dBm(11Mbit/s)，接入點(AP)天線增益分別為0，2，4，6，8，10，12dBi時，預留10dB余量，室內環境與自由空間的覆蓋范圍如圖2所示。從圖2可見，室內環境與自由空間相比，覆蓋范圍會大大縮小。另外在不同的室內環境下覆蓋情況相互間也會有很大的不同，因此在實際部署無線局域網時，必須充分考慮覆蓋因素。

4、無線網絡規劃方法與步驟

無線網絡規劃的好壞，直接影響用戶無線接入的效果。在發射機發射功率和天線增益一定的情況下，如果小區范圍大，則不能很好地實現覆蓋；如果小區過小，則會增加用戶越區切換的次數，降低通信的效率。干擾源的存在也會大大降低通信的質量。如果沒有好的規劃方法，在工程上可能多花費很多力氣，還不一定能達到滿意的效果。

無線網絡規劃應當分為初步勘測、干擾探測、容量計算、頻率規劃、實地測試與調整優化等幾個步驟：

(1)初步勘測

了解包括室內的布局、建筑材料等，并且了解用戶使用的情況，包括頻繁使用的區域及人數，初步確定小區的大小、范圍。

(2)干擾探測

實地測量需要組建無線局域網絡的場地的干擾情況，如有干擾源存在，需及早考慮屏蔽措施。

(3)容量計算

根據特定的地形選擇合適的電波傳播模型及修正因子，并結合初步探測的一些數據，經過周密計算，確定每一個小區的范圍、發射功率與天線等。

(4)頻率規劃

根據前面的分析我們知道，無線局域網采用的2.4GHz頻段共有3個不重疊信道(1，6，11號信道)，為了避免鄰近小區的干擾，通常在頻道選擇上采用相鄰小區使用不重疊信道的微蜂窩網絡結構。

(5)實地測試與調整優化

安裝完畢后要進行實地測試，確認能夠達到預期的效果，并及時根據測得的具體情況進行調整與優化。

5、結束語

作為無線數據通信的重要技術，無線局域網的無線傳輸技術與網絡規劃無疑是研究開發中的關鍵因素。通過對無線傳輸與網絡規劃進行研究，可以盡可能消除盲點，實現良好的用戶無線接入和越區切換，大大提高網絡效率，帶給用戶最大程度上的方便。因此，在電信級大規模無線網絡運營中，無線傳輸技術與網絡規劃的研究是無線網絡建設重點。□

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收稿日期：2003-01-10

作者簡介：

李曉輝，西安電子科技大學畢業，碩士。深圳市中興通訊股份有限公司西安研究所高級工程師、項目經理，從事無線數據通信、移動互聯網等方面的研究。

同鳴，西安電子科技大學畢業，碩士。深圳市中興通訊股份有限公司西安研究所主任工程師、系統室主任，負責無線通信系統的規劃與預研。

段斌，西安電子科技大學畢業。深圳市中興通訊股份有限公司西安研究所主任工程師，從事射頻電路、天線技術、電波傳播等方面的研究。