WLAN網(wǎng)絡(luò)中AP設(shè)備的覆蓋能力分析

田艷中

（湖南省郵電規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司 長沙 410001）

1 引言

目前，WLAN（本文僅討論WiFi標(biāo)準(zhǔn)）憑借較低的建設(shè)成本與高速的數(shù)據(jù)速率成為全球電信運(yùn)營商親睞的無線寬帶技術(shù)，2009年9月發(fā)布的802.11n更是支持高達(dá)300Mbit/s的數(shù)據(jù)速率。中國電信和中國移動(dòng)把WLAN網(wǎng)絡(luò)作為3G網(wǎng)絡(luò)的有效補(bǔ)充，布放在眾多的熱點(diǎn)地區(qū)，能有效地分流3G網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)流量，并將與3G網(wǎng)絡(luò)一起實(shí)現(xiàn)無線城市的覆蓋。

而目前的WLAN網(wǎng)絡(luò)有多種覆蓋方式，不同覆蓋方式有不同的覆蓋特點(diǎn)。為了給網(wǎng)絡(luò)建設(shè)相關(guān)技術(shù)人員提供一些更明確的工程參數(shù)與指標(biāo)，本論文在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)經(jīng)驗(yàn)和實(shí)地測試的基礎(chǔ)上，運(yùn)用鏈路預(yù)算，修正相應(yīng)參數(shù)因子，對不同覆蓋方式AP設(shè)備的覆蓋能力進(jìn)行分析。

2 覆蓋方式及數(shù)據(jù)速率

根據(jù)需覆蓋熱點(diǎn)地區(qū)的特點(diǎn)和電信運(yùn)營商已有網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，有如下3種覆蓋方式：室外型AP覆蓋室內(nèi)或室外區(qū)域、室內(nèi)型AP直接覆蓋及室內(nèi)型AP接入室內(nèi)分布系統(tǒng)覆蓋。AP設(shè)備類型主要包括室外型500mW、室內(nèi)型500mW和室內(nèi)型100mW，其中室外型500mW用于覆蓋室內(nèi)或室外區(qū)域；室內(nèi)型100mW用于室內(nèi)直接覆蓋；室內(nèi)型500mW用于接入室內(nèi)分布系統(tǒng)覆蓋。

目前商用的AP設(shè)備能根據(jù)無線信道的好壞，自動(dòng)選擇相應(yīng)的速率。當(dāng)信道特性變化時(shí)，可以自動(dòng)實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)速率切換，即當(dāng)信號射頻情況變差或出現(xiàn)嚴(yán)重干擾時(shí)，速率將回落，反之速率將會自動(dòng)提高。目前商用的AP設(shè)備（本文只討論802.11b/g產(chǎn)品）能支持54Mbit/s、48Mbit/s、36Mbit/s、24Mbit/s、18Mbit/s、12Mbit/s、9Mbit/s、6Mbit/s、11Mbit/s、5.5Mbit/s、2Mbit/s、1Mbit/s共12個(gè)等級的數(shù)據(jù)速率。

3 鏈路預(yù)算公式及相應(yīng)參數(shù)

（1）COST231-Hata無線傳播模型：

注：Ahm＝(1.1lgfc－0.7)hm－(1.56lgfc－0.8)為終端天線高度修正因子；

Cm＝0dB為中等城市和郊區(qū)中心區(qū)；

Cm＝3dB為大城市。

（2）上行鏈路預(yù)算公式（即計(jì)算上行鏈路的最大允許損耗Lp）：

室內(nèi)Lp＝終端發(fā)射功率＋終端天線增益＋AP天線增益－AP接收靈敏度－陰影儲備－穿透損耗

（3）下行鏈路預(yù)算公式（即計(jì)算下行鏈路的最大允許損耗Lp）：

室內(nèi)Lp＝AP發(fā)射功率＋AP天線增益＋終端天線增益－終端接收靈敏度－陰影儲備－穿透損耗

（4）中興公司室外型500mW（型號為W660）與室內(nèi)型500mW（型號為W815）AP不同等級數(shù)據(jù)速率對應(yīng)的接收機(jī)靈敏度見表1所示。

表1 中興公司室外型500mW與室內(nèi)型500mW AP不同等級數(shù)據(jù)速率對應(yīng)的接收機(jī)靈敏度

中興公司室內(nèi)型100mW（型號為W812）AP不同等級數(shù)據(jù)速率對應(yīng)的接收機(jī)靈敏度比室外型500mW AP低1dB。

目前筆記本電腦自帶網(wǎng)卡不同等級數(shù)據(jù)速率對應(yīng)的接收機(jī)靈敏度比AP設(shè)備低2dB。

（5）2.4GHz電磁波對于各種建筑材質(zhì)的穿透損耗的經(jīng)驗(yàn)值如下：

隔墻的阻擋（磚墻厚度100～300mm）：20～40dB；樓層的阻擋：30dB以上；木制家具、門和其他木板隔墻的阻擋：2～15dB；厚玻璃（12mm）：10dB；普通玻璃窗（3～5mm）：5～7dB。

4 鏈路預(yù)算分析

利用廠家提供的AP設(shè)備性能指標(biāo)（主要參考中興公司W(wǎng)660、W812和W815），在2.4GHz頻段上，通過COST231-Hata無線傳播模型分3種情況進(jìn)行了鏈路預(yù)算：室外型500mW AP+自帶網(wǎng)卡鏈路預(yù)算、室內(nèi)型100mW AP+自帶網(wǎng)卡鏈路預(yù)算和室內(nèi)型500mW AP+自帶網(wǎng)卡鏈路預(yù)算。由于目前WLAN網(wǎng)絡(luò)主要在城區(qū)建設(shè)與使用，因此下面的鏈路預(yù)算只考慮市區(qū)傳播模型。

4.1 室外型500mW AP鏈路預(yù)算

（1）當(dāng)室外型500mW AP和單臺筆記本自帶網(wǎng)卡工作在數(shù)據(jù)速率為54Mbit/s時(shí)，即AP接收機(jī)靈敏度為-72dBm、自帶網(wǎng)卡接收機(jī)靈敏度為-70dBm，得出鏈路預(yù)算見表2所示。

（2）當(dāng)室外型500mW AP和單臺筆記本自帶網(wǎng)卡工作在數(shù)據(jù)速率為1Mbit/s時(shí)，即AP接收機(jī)靈敏度為-92dBm、自帶網(wǎng)卡接收機(jī)靈敏度為-90dBm，在表2中修改接收機(jī)靈敏度即得出鏈路預(yù)算結(jié)果見表3。

（3）根據(jù)中國電信運(yùn)營商“設(shè)計(jì)規(guī)范”規(guī)定：目標(biāo)覆蓋區(qū)域內(nèi)95%以上的位置，接收信號電平不小于-75dBm，即這時(shí)自帶網(wǎng)卡的接收機(jī)靈敏度取-75dBm，得出兩種情況下的鏈路預(yù)算結(jié)果如下：

當(dāng)室外型500mW AP和單臺筆記本自帶網(wǎng)卡工作在數(shù)據(jù)速率為36Mbit/s時(shí)，即AP接收機(jī)靈敏度為-77dBm、自帶網(wǎng)卡接收機(jī)靈敏度為-75dBm，在表2中修改接收機(jī)靈敏度即得出鏈路預(yù)算結(jié)果見表3。

由于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)具有不對稱特性，即對上行速率要求不高。當(dāng)單臺筆記本自帶網(wǎng)卡工作在下行數(shù)據(jù)速率為36Mbit/s、上行數(shù)據(jù)速率為12Mbit/s時(shí)，即AP接收機(jī)靈敏度為-86dBm、自帶網(wǎng)卡接收機(jī)靈敏度為-75dBm，在表2中修改接收機(jī)靈敏度即得出鏈路預(yù)算結(jié)果見表3。

表2 室外型500mW AP鏈路預(yù)算表（工作在54Mbit/s時(shí)）

（4）從鏈路預(yù)算表可以看出，WLAN系統(tǒng)屬于上行受限系統(tǒng)，即覆蓋距離取上行值。因此，得出室外型500mW AP+自帶網(wǎng)卡情況下鏈路預(yù)算的結(jié)果對比以及推薦的工程規(guī)劃設(shè)計(jì)取值見表3。

4.2 室內(nèi)型100mW AP鏈路預(yù)算

由于室內(nèi)型100mW AP和用戶在同一樓層，所以AP天線高度考慮為3m；由于室內(nèi)型100mW AP只覆蓋同樓層小范圍區(qū)域，所以沒有考慮陰影儲備。

表3 室外型500mW AP工程規(guī)劃設(shè)計(jì)取值

（1）當(dāng)室內(nèi)型100mW AP和單臺筆記本自帶網(wǎng)卡工作在數(shù)據(jù)速率為54Mbit/s時(shí)，即AP接收機(jī)靈敏度為-72dBm、自帶網(wǎng)卡接收機(jī)靈敏度為-70dBm，得出鏈路預(yù)算見表4。

表4 室內(nèi)型100mW AP鏈路預(yù)算表（工作在54Mbit/s時(shí)）

（2）當(dāng)室內(nèi)型100mW AP和單臺筆記本自帶網(wǎng)卡工作在數(shù)據(jù)速率為1Mbit/s時(shí)，即AP接收機(jī)靈敏度為-91dBm、自帶網(wǎng)卡接收機(jī)靈敏度為-89dBm，在表4中修改接收機(jī)靈敏度即得出鏈路預(yù)算結(jié)果見表5。

（3）根據(jù)中國電信運(yùn)營商“設(shè)計(jì)規(guī)范”規(guī)定：目標(biāo)覆蓋區(qū)域內(nèi)95%以上的位置，接收信號電平不小于-75dBm，即這時(shí)自帶網(wǎng)卡的接收機(jī)靈敏度取-75dBm，得出兩種情況下的鏈路預(yù)算結(jié)果如下：

當(dāng)室內(nèi)型100mW AP和單臺筆記本自帶網(wǎng)卡工作在數(shù)據(jù)速率為36Mbit/s時(shí)，即AP接收機(jī)靈敏度為-77dBm、自帶網(wǎng)卡接收機(jī)靈敏度為-75dBm，在表4中修改接收機(jī)靈敏度即得出鏈路預(yù)算結(jié)果見表5。

由于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)具有不對稱特性，即對上行速率要求不高。當(dāng)單臺筆記本自帶網(wǎng)卡工作在下行數(shù)據(jù)速率為36Mbit/s、上行數(shù)據(jù)速率為24Mbit/s時(shí)，即AP接收機(jī)靈敏度為-79dBm、自帶網(wǎng)卡接收機(jī)靈敏度為-75dBm，在表4中修改接收機(jī)靈敏度即得出鏈路預(yù)算結(jié)果見表5。

（4）從鏈路預(yù)算表可以看出，WLAN系統(tǒng)屬于上行受限系統(tǒng)，即覆蓋距離取上行值。因此，室內(nèi)型100mW AP+自帶網(wǎng)卡情況下鏈路預(yù)算的結(jié)果對比以及推薦的工程規(guī)劃設(shè)計(jì)取值見表5。

4.3 室內(nèi)型500mW AP鏈路預(yù)算

由于GB9175-88《環(huán)境電磁波衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》的要求：各個(gè)室內(nèi)天線EIRP應(yīng)不大于20dBm，因此室內(nèi)型500mW必須接入室內(nèi)分布系統(tǒng)。一般室內(nèi)型500mW AP都安裝在大樓機(jī)房或者弱電井內(nèi)，WLAN信號的好壞取決于室內(nèi)天線的布放位置及天線之間的距離。

根據(jù)中國電信運(yùn)營商“設(shè)計(jì)規(guī)范”規(guī)定：目標(biāo)覆蓋區(qū)域內(nèi)95%以上的位置，接收信號電平不小于-75dBm，即這時(shí)自帶網(wǎng)卡的接收機(jī)靈敏度取-75dBm。當(dāng)室內(nèi)型500mW AP和單臺筆記本自帶網(wǎng)卡工作在數(shù)據(jù)速率為36Mbit/s時(shí)，即AP接收機(jī)靈敏度為-77dBm、自帶網(wǎng)卡接收機(jī)靈敏度為-75dBm。所經(jīng)過的器件數(shù)和饋線類型長度取定為一些典型值，得出鏈路預(yù)算見表6。

表5 室內(nèi)型100mW AP工程規(guī)劃設(shè)計(jì)取值

從表6可以看出，走廊上的天線輸出口功率（EIRP）要求：13dBm≤EIRP≤20dBm，天線與天線之間的距離嚴(yán)格要求在10～15m；進(jìn)入需覆蓋房間的天線輸出口功率（EIRP）要求：8dBm≤EIRP，可以比走廊上的天線輸出口功率小一些，天線與天線之間的距離可以放寬到20～25m。

5 結(jié)論

本論文通過合理的鏈路預(yù)算，得出AP設(shè)備的實(shí)際覆蓋能力和相應(yīng)的工程參數(shù)，尤其對墻壁穿透的損耗很大，因此室外型AP站址需選在門、窗的一側(cè)，且與被覆蓋區(qū)域盡可能直視；室內(nèi)型AP安裝位置應(yīng)使信號在目標(biāo)覆蓋區(qū)內(nèi)盡可能少穿透隔斷、穿透時(shí)與隔斷垂直。上述結(jié)論為WLAN網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃與建設(shè)提供一種借鑒。

表6 室內(nèi)型500mW AP接入室內(nèi)分布系統(tǒng)后的鏈路預(yù)算表（工作在36Mbit/s時(shí)）

續(xù)表

[1] 潘毅明等. 無線城市的覆蓋策略研究. 電信科學(xué)，2008,（5）

[2] 李浩琳等. AP技術(shù)發(fā)展與組網(wǎng)應(yīng)用的研究. 電信科學(xué)，2008,（5）

[3] 朱東照. 3G網(wǎng)絡(luò)與WLAN協(xié)同規(guī)劃之探討. 郵電設(shè)計(jì)技術(shù)，2009,（9）