WLAN與PHS室外基站共址研究

周利輝

（湖南省郵電規(guī)劃設(shè)計院有限公司，湖南長沙 410001）

隨著大規(guī)模3G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的初步完成和三網(wǎng)融合的推進，我國通信業(yè)已經(jīng)進入了數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)高速發(fā)展的移動互聯(lián)網(wǎng)時代，移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)對運營商整個ARPU值的拉動效應(yīng)十分明顯，但其爆炸式增長的流量使得現(xiàn)有3G網(wǎng)絡(luò)不堪重負。擺在運營商面前有兩個選擇：其一是3G技術(shù)升級和擴容，增加下行傳輸速率；其二，利用無線寬帶接入技術(shù)WLAN為3G分流。3G網(wǎng)絡(luò)覆蓋廣，以提供語音和普通數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)為主，WLAN網(wǎng)絡(luò)吞吐量大，以提供高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)為主。目前，各大運營商正引入WLAN技術(shù)以3G+WLAN混合組網(wǎng)的方式解決熱點3G網(wǎng)絡(luò)容量不足和高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)體驗的問題。

根據(jù)AP安裝位置及覆蓋熱點區(qū)域的特點，WLAN有室內(nèi)熱點和室外熱點之分，室內(nèi)熱點主要通過室內(nèi)放裝型AP及室內(nèi)分布型AP的進行覆蓋，目前WLAN在重點地區(qū)的室內(nèi)覆蓋率已經(jīng)非常高，現(xiàn)網(wǎng)有超過80%的熱點為室內(nèi)熱點。熱點地區(qū)的室外覆蓋成為下階段的重點之一，對中國電信而言，數(shù)量眾多的PHS基站站址，為迅速擴大WLAN室外覆蓋提供了有利條件，本文僅針對WLAN的室外基站與PHS共址進行研究分析。

1 WLAN技術(shù)概述

WLAN是Wireless Local Area Network的縮寫，指應(yīng)用無線通信技術(shù)將計算機設(shè)備互聯(lián)起來，構(gòu)成可以互相通信和實現(xiàn)資源共享的網(wǎng)絡(luò)體系。無線局域網(wǎng)本質(zhì)是不再使用通信電纜將計算機與網(wǎng)絡(luò)連接起來，而是通過無線的方式連接，從而使網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建和終端的移動更加靈活。WLAN主要提供無線寬帶上網(wǎng)業(yè)務(wù)。

目前，WLAN主要有 Wi-Fi與HiperLAN/x（歐洲無線局域網(wǎng)）系列兩種標(biāo)準(zhǔn)，另外WAPI是我國在WLAN領(lǐng)域自主創(chuàng)新并擁有知識產(chǎn)權(quán)的安全接入技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。Wi-Fi（即Wi-Fi，無線保真）是目前無線局域網(wǎng)的主流標(biāo)準(zhǔn)，Wi-Fi的技術(shù)基礎(chǔ)是802.11x協(xié)議。Wi-Fi是一種應(yīng)用于802.11x協(xié)議產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)，是由Wi-Fi聯(lián)盟提出的。802.11協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)如下（見表1）：

表1 802.11協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)

WLAN網(wǎng)絡(luò)有如下三種部署方式：室外型AP覆蓋室內(nèi)或室外區(qū)域、室內(nèi)型AP直接覆蓋、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、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。本文將針對室外型500mWAP與PHS基站的共址進行研究討論。

2 PHS技術(shù)概述

PHS（Personal Handy-phone System）個人手持式電話系統(tǒng)是固定電話的延伸和補充，也被稱為無線市話，俗稱“小靈通”，PHS網(wǎng)絡(luò)除了提供語音業(yè)務(wù)、預(yù)付費等傳統(tǒng)的電信業(yè)務(wù)外，還可以提供諸如短消息、彩鈴等增值業(yè)務(wù)。

PHS技術(shù)實際上是數(shù)字移動通信技術(shù)，采用微蜂窩組網(wǎng)，屬于第二代的移動通信技術(shù)，其多址方式為TDMA，采用時分雙工（TDD）和32kADPCM的語音編碼，我國的PHS占用頻段為1900－1920MHz。

PHS基站分為室內(nèi)型、室外型兩種，室內(nèi)型基站有20mW小基站，室外型基站有500mW大功率基站、200mW大功率基站和20mW小基站。20mW小基站安裝在商場、飯店、政府辦公樓、銀行、居民樓等公共場所的墻上和天花板上，提供建筑物內(nèi)的手機、電話和數(shù)據(jù)終端服務(wù)。500mW、200mW室外型基站因功率較大，有較大的覆蓋范圍，主要安裝在建筑物樓頂?shù)鹊胤健Ｔ擃愋突揪哂蟹浪鈿ぃ褂盟姆种Щ虬朔种饨犹炀€，天線與基站間用50歐姆射頻電纜連接，基站通過接線盒進行本地供電，從空中無線接口獲取同步時鐘。

目前，中國電信PHS網(wǎng)絡(luò)已基本覆蓋市區(qū)、縣城、郊區(qū)及發(fā)達鄉(xiāng)鎮(zhèn)，由于PHS基站覆蓋距離有限，因此PHS基站數(shù)量眾多，站間距約為50～500米。

2009年，工信部印發(fā)了《關(guān)于1900-1920MHz頻段無線接入系統(tǒng)相關(guān)事宜的通知》（工信部無[2009]11號），文件主要要求：“1900-1920MHz頻段無線接入系統(tǒng)應(yīng)在2011年底前完成清頻退網(wǎng)工作，其所用頻率無條件收回”、“中國電信集團公司和中國聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信集團有限公司須制定相關(guān)的退網(wǎng)方案”。

作為小靈通網(wǎng)絡(luò)運營商的中國電信，在積極穩(wěn)妥的進行用戶轉(zhuǎn)網(wǎng)的同時，需要考慮資源的再利用問題，小靈通退市后，其站址及其電源、傳輸?shù)纫廊皇菍氋F的資源。本文主要討論PHS室外站址的再利用。

3 WLAN與PHS室外基站共址關(guān)鍵點分析

3.1 覆蓋距離

PHS系統(tǒng)工作頻段為1.9GHz，WLAN工作頻段為2.4GHz～2.4835GHz，其在覆蓋距離上差別主要從以下幾個方面進行對比：

1）自由空間傳播損耗

表2 WLAN與PHS自由空間傳播損耗對比

由表2可以看出，在相同空間距離條件下，2.4GHz信號的空間損耗比PHS1900約大2dB。

2） 饋線衰減損耗

表3 WLAN與PHS饋線衰減損耗對比

由表3可以看出，1/2”普通電纜在2.4GHz頻率下每100米損耗比1.9GHz約大0.7dB。因WLAN室外基站的饋線長度一般小于10米，此處饋線衰減損耗可以忽略不計。

3） 穿墻損耗

表4 WLAN與PHS穿墻損耗對比

表5 WLAN與PHS設(shè)備靈敏度對比

由表5可以看出，WLAN和PHS設(shè)備的靈敏度指標(biāo)相對值相差不大。

綜上考慮以上各種因素的情況下，WLAN與PHS在空間損耗、饋線衰減、穿透損耗、接收靈敏度等值均較接近，WLAN信號從基站（AP）到客戶端（STA）的信號衰減比PHS系統(tǒng)要大約3~4dBm，在基站功率相同的情況下WLAN的覆蓋范圍要比PHS系統(tǒng)小。

因此在建成的PHS信號覆蓋網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，需要針對目標(biāo)覆蓋范圍進行合理設(shè)計，使WLAN的覆蓋達到理想效果。若覆蓋距離有要求，共址建設(shè)的WLAN網(wǎng)絡(luò)可通過高增益定向天線、智能天線來提高信號的覆蓋距離。由于WLAN系統(tǒng)在弱信號情況下表現(xiàn)為速率明顯下降，建議采用定向天線、智能天線的WLAN站間距不超過300米。

3.2 網(wǎng)絡(luò)容量

802.11協(xié)議采用載波偵聽多路訪問/沖突避免（CSMA/CA）機制。這是一種通過競爭來使用無線信道的方式，WLAN可以接入很多用戶，但是它們必須共享有限帶寬，并且由于設(shè)備會同時偵聽無線電頻率并發(fā)送RTS信號，因此用戶越多，可能出現(xiàn)的沖突也會增加，每個用戶的質(zhì)量越差（如下載速率降低），從而導(dǎo)致AP設(shè)備的吞吐量降低，計算如下：

1） 802.11g工作模式下每個AP的理論最大數(shù)據(jù)吞吐率為54Mbps；

2）傳輸效率：表示總開銷效率因子，包括MAC效率和糾錯開銷，取50%；

3）在計算每用戶的雙向速率時，應(yīng)將計算得到的用戶速率再除以2。

根據(jù)上述參數(shù)，得出：

每用戶速率=（每AP理論吞吐率×傳輸效率）/（2×并發(fā)用戶數(shù)）

圖1 單AP接入用戶數(shù)與每用戶速率關(guān)系圖

由表4可以看出，WLAN的穿墻能力比PHS系統(tǒng)約大1～2dB。

4）設(shè)備靈敏度

單個AP的用戶數(shù)達到30以上后，競爭效應(yīng)急劇上升，最終的結(jié)果是不可用。為保證用戶體驗，在WLAN網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃時，建議按照每個AP的并發(fā)15個用戶進行設(shè)計。當(dāng)覆蓋范圍內(nèi)終端接入密度過高，需多個AP才能保證容量需求時，建議采用多個室內(nèi)或室外基站相結(jié)合方式部署WLAN網(wǎng)絡(luò)，但要注意避免室內(nèi)外的相互干擾。

WLAN與PHS共址目的是實現(xiàn)WLAN網(wǎng)絡(luò)的快速部署和WLAN無線寬帶業(yè)務(wù)的開展，終端帶寬保證是可用性的重要標(biāo)志。PHS＆WLAN共址方案建議在終端接入密度不高的場景下使用。

3．3 共址干擾

WLAN與PHS之間主要有三類干擾：雜散干擾、阻塞干擾以及互調(diào)干擾。

1）雜散干擾是發(fā)信機在進行變頻處理過程中引起的互調(diào)、倍頻、寄生輻射等現(xiàn)象，并由此造成的信道標(biāo)稱帶寬外的信號發(fā)射，對其他系統(tǒng)產(chǎn)生干擾。

WLAN系統(tǒng)帶外雜散指標(biāo)：≤－36dbm/100kHz。PHS系統(tǒng)帶外雜散指標(biāo)：≤－36dbm/MHz。

2）阻塞干擾是指一個系統(tǒng)的接收機在接收端口接收到非本接收機頻帶的強信號，引起接收機線性指標(biāo)惡化，導(dǎo)致接收信號能力的弱化。PHS對WLAN系統(tǒng)的阻塞隔離度要求＞25dB，WLAN對PHS系統(tǒng)的阻塞隔離度要求＞17dB。

3）互調(diào)干擾是多發(fā)信機共同工作時，其多路信號間互相調(diào)制導(dǎo)致信號落在其他系統(tǒng)接收機帶內(nèi)引起干擾。三階互調(diào)干擾頻點為2f1－f2與2f2－f1，則：

PHS的三階互調(diào)干擾在1880～1940MHz范圍之內(nèi)；

WLAN 的三階互調(diào)干擾在 2316．5～2567MHz范圍之內(nèi)。

故PHS與WLAN兩個系統(tǒng)之間不存在三階互調(diào)干擾，在共址中無需考慮互調(diào)干擾。

在實際共址建設(shè)中，WLAN與PHS之間保證50cm物理隔離度就能較好的規(guī)避各種干擾，WLAN與PHS共站具備可操作性。

3．4 資源利用

PHS基站典型的安裝方式包括抱桿和掛墻，天線通常采用單層4天線或雙層8天線，室外PHS基站主要以樓頂屋面最多，約占70%以上，另外在一些繁華路段的公話亭、電線桿上也布放有PHS基站。最大限度地利用現(xiàn)有的PHS基站站址和配套設(shè)施，開展WLAN無線寬帶業(yè)務(wù)，是實現(xiàn)原有投資保護和盤活固網(wǎng)資源的重要手段。

1） 站址資源

在建設(shè)WLAN覆蓋時，考慮到室外站址協(xié)調(diào)的難度及投資成本，優(yōu)先選擇滿足要求的PHS基站作為WLAN覆蓋的站址。選用共站的PHS基站從如下幾方面考慮：

①PHS基站在室外WLAN覆蓋的區(qū)域內(nèi)，且站址的位置適合建WLAN站址；

②WLAN站址選擇需考慮PHS站址的高度，對于高層（8層以上）樓宇不適合與PHS共址建設(shè)；

③對走廊兩邊的房間全覆蓋（如某些高校宿舍），熱點能夠做室內(nèi)覆蓋的均以室內(nèi)覆蓋方式優(yōu)先；需做室外覆蓋的，建議在建筑物的雙向分別尋找一個合適站址同時覆蓋，或從區(qū)域外選擇恰當(dāng)?shù)腜HS基站作為WLAN站址，向區(qū)域內(nèi)進行WLAN覆蓋。

2） 支架資源

WLAN可直接共用PHS相應(yīng)支架。

3） 天饋資源

PHS天線的工作頻率為1．9GHz，WLAN天線的工作頻率為2．4GHz，雖然可將PHS天線（或部分天線）更換為雙頻天線以支持WLAN接入，但改造成本高，建議WLAN基本不考慮共用PHS天饋系統(tǒng)。

4） 電源資源

WLAN AP設(shè)備功耗一般都小于50W，所以可配置POE模塊利用PHS基站的220V交流供電系統(tǒng)。

5） 防雷接地

WLAN可直接共用PHS基站的防雷系統(tǒng)。

6） 回傳資源

PHS基站一般通過雙絞線（音頻電話線）承載ISDN信號，WLAN網(wǎng)絡(luò)回傳可利舊PHS網(wǎng)絡(luò)的雙絞線實現(xiàn)ADSL2＋、VDSL2等接入方式，此方案工程量小，部署快速，但缺點也很明顯，上下行不對稱，普通DSL貓不支持多VLAN劃分，不利于管理等。建議WLAN回傳采用LAN、EPON回傳。

4 總結(jié)

本文結(jié)合WLAN與PHS室外基站共址的關(guān)鍵影響因素，提出了WLAN與PHS共址的問題及建議，PHS＆WLAN室外基站共址方案建議在干擾小、覆蓋范圍適當(dāng)、終端接入密度不高的場景下使用。具體方案設(shè)計需要針對不同的覆蓋需求進行合理的方案設(shè)計，選擇合適的天線、AP及改造方式，使WLAN的覆蓋達到理想效果。

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