摘要： 文章通过分析，提出了WLAN覆盖工程建设中针对覆盖、容量规划、干扰规避等问题的优化设计方法。
关键词： WLAN 覆盖 优化 设计
随着电信重组的完成，2009年上半年运营商已完成3G的初步建设。为提高数据通信业务服务质量，通过3G与WIFI的融合，将WIFI作为3G高速数据业务在室内的接入手段或分流3G数据业务是当前一种可行并在实施的建设思路，WLAN将进入新一轮建设高潮。与2G/3G移动通信系统的覆盖建设不同，WLAN覆盖工程建设有着自己的特殊性。虹信通信作为无线网络优化专家，有着多年的移动通信网络覆盖整体方案实施经验，拥有完善的产品和工程服务网络，可提供全系列高品质WLAN组网和覆盖产品，能结合应用环境设计科学合理的解决方案并可提供完善的工程实施服务。针对WLAN覆盖工程建设中常见的覆盖、容量规划、干扰规避等问题，虹信通信提供了如下优化设计解决方案。
1、覆盖方式
（1）室内AP放装型覆盖
该方式是根据WLAN的覆盖和容量需求直接在相应的位置部署AP，提供WLAN无线覆盖，AP与AP之间通过交换机等设备采用有线方式连接。
目前WLAN室内型AP发射功率为100mW，覆盖范围也比较小，单个AP的覆盖半径一般不超过30米。
单独部署AP建设方式的优点是AP的部署位置比较灵活，WLAN网络容量较高；缺点是网络工程量大，投资较高，后期维护相对复杂。
(2) 共用室内分布系统的室内分布型覆盖
共用室内分布系统方式是WLAN和移动通信系统相结合的一种组网方式。在该方式下，WLAN 无线信号通过专用的合路器耦合入原有的2G／3G室内分布系统，WLAN／2G／3G系统之间共天线和馈线，同时为用户提供WLAN和移动网络接入无线信号。
WLAN与移动通信网络共用天馈系统的建网方式，适合与移动运营商结合，可以减少布设的电缆、天线等器件，节省总建网成本，减少了物业协调费用，同时避免了由于多次进行重复施工而缩短工期。
(3)WLAN室外覆盖方式
室外AP安装在楼顶或中间楼层处。对室外开阔地或室内进行覆盖。小区内可以利用楼宇间的路灯杆进行AP安装，路灯杆式安装也可以运用美化伪装的方法，以减少对业主的影响。
2、覆盖链路预算
在WLAN工程建设中，有着不同的覆盖方式，不同覆盖方式设备的覆盖距离需通过链路预算或模拟测试来确定。根据AP和终端网卡设备接收灵敏度，以-75dBm为边缘场强覆盖要求。
（1）2.4GHz室内AP覆盖的链路预算
室内AP分为20dBm放装型AP和27dBm分布型AP。
采用衰减因子模型计算：就电波空间传播损耗来说，2.4GHz频段的电磁波有近似的路径传播损耗。公式为：
其中，d为传播路径,单位为m，n为衰减因子。针对不同的无线环境，衰减因子n的取值有所不同。在自由空间中，路径衰减与距离的平方成正比，即衰减因子为2。在建筑物内，距离对路径损耗的影响将明显大于自由空间。一般来说，对于全开放环境下n的取值为2.0～2.5；对于半开放环境下n的取值为2.5～3.0；对于较封闭环境下n的取值为3.0～3.5;穿过一层建筑物n取值4.2。
接收电平估算公式如下：
其中：Pr[dB]为最小接收电平，以-75dBm为边缘场强为覆盖要求；
Pt[dB]为最大发射功率；
Gt[dB]为发射天线增益；
Gr[dB]为接收天线增益；
Pl[dB]为路径损耗；
我们可以对AP信号极限传播距离作如下理论计算：
对于放装型AP，假设天线发射和接收增益为零，AP发射功率为20dBm时，网卡发射功率50mW 17dBm，室内放装覆盖为反向覆盖受限，理论室内传播最大距离计算值如下表：
46+10nlogd=17 dBm-(-75dBm)
当n分别取值为2.5，3.0，3.5，4.2；覆盖距离为69m,33 m,20 m，12 m.结合模拟测试经验，一个室内放装型AP的覆盖半径根据环境的不一样，在10 m到35 m之间。
而室内分布型AP的室内分布系统设计按照天线出口功率10dBm左右设计，下行的最大路径损耗为10dBm-（-75 dBm）=85 dB；而反向链路，为保证AP的接收电平大于-75 dBm，天线口接收功率需大于-65 dBm，上行的最大路径损耗为17dBm-（-65 dBm）=82 dB。可见，WLAN室内分布系统也是反向受限系统。
46+10nlogd=17 dBm-(-65dBm)=82
当n分别取值为2.5，3.0，3.5，4.2；覆盖距离为27m,15 m,10 m，7.2 m.结合模拟测试经验，一个室内分布天线（出口功率10dBm）的覆盖半径根据环境的不一样，在7 m到25 m之间。
（2）2.4GHz室外AP覆盖的链路预算
设发射机的输出功率为Pt，空间路径衰耗PL（d），电缆及各类器件的损耗Ls，发射天线增益为Gt，接收天线增益Gr，则接收机接收的功率电平Pr可用下面公式表示：
根据此公式可以计算得到各处的接收电平，进而确认AP覆盖范围。
在室外环境下，无线局域网小区的覆盖范围较小，因此采用自由空间传播模型。2.4GHz自由空间电磁波的传播路径损耗符合：
其中L0为自由空间损耗；d为传输距离，单位是km；f为工作频率，单位是GHz。
2.4GHz室外设备最大发射功率为27dBm，而网卡发射功率50mW 17dBm。无线网卡的接收灵敏度与AP的接收灵敏度基本一样，为反向覆盖受限。根据设备接收灵敏度，以-75dBm为边缘场强覆盖要求。天线增益为15dBi，衰落余量为10dB,人体、地物损耗为4dB。则反向链路预算为：
计算得d=448 m。室外AP对室外环境的覆盖距离为400米左右。
如用室外AP对室内进行覆盖，现阶段可提供的2.4GHz电磁波对于各种建筑材质的穿透损耗的经验值：
隔墙的阻挡（砖墙厚度100mm ~300mm）：20-40dB；
楼层的阻挡：30dB以上；
木制家具、门和其他木板隔墙阻挡2-15dB；
厚玻璃（12mm）：10dB（2450MHz） 。
以厚玻璃（12mm）：10dB（2450MHz）来计算。
代入可计算得d=140 m。
5.8 GHz室外AP覆盖链路预算，基本一样。经计算5.8 GHz室外AP覆盖室外环境的覆盖距离都为166 m，覆盖室内的覆盖距离为52 m。
可见，通过室外AP来覆盖室内环境，应采用2.4 GHz室外AP覆盖，且覆盖目标点距离AP的距离要控制在140 m以内。
3、容量设计
目前应用的AP主要以支持11b/g，或支持11a/b/g的AP为主。每个AP的最大连接速率为54Mbps；
每位用户得到的速率＝（每AP最大连接速率×效率）/（2×用户数量×用户使用率）
其中：
每AP最大连接速率：对于802.11g或802.11a来说，每个AP的最大连接速率为54Mbps；每AP最大连接速率×效率为实际吞吐量，802.11g的实际吞吐率大于20Mbps；因此效率为40%左右。
用户数量×用户使用率为同时使用AP的实际用户数量；因802.11空口上下行共用同一信道，在计算每用户的双向速率时，应为单向用户速率再除以2。
以保证每用户以不低于300Kbps的速度上网为要求。最大支持的在线用户数=20Mbps／（2*0.3 Mbps） = 33.3
由于WLAN AP采用了CSMA(冲突检测载波侦听多路存取)协议，所以原则上一个WLAN AP可以接入很多用户，但如果接入用户数目过多，信道利用率会大大下降，导致每个用户的性能下降，一般每个AP同时接入用户数不高于20个用户为宜。
与移动通信不一样，如果需要在小范围提供大容量的无线局域网，不能在同一覆盖区通过同一频段内的不同信道使用来提高容量，否则，将导致多AP多信道的干扰问题。
4. 多AP情况下的干扰的规避
以802.11b/g而言，理论上工作频率带宽为83.5MHz，划分为14个子频道，每个子频道带宽为22MHz；互不干扰的子信道有3个。
如图：
图：三AP的非重叠覆盖示意图
分别设置1．6．11三个子信道的AP覆盖不重叠，每个AP可以达到各自的最高传输速率，11b为5M bps左右，11g为20Mbps左右。而当重叠覆盖时候，尽管AP所使用的信道互不干扰，但由于WLAN 的杂散发射为-9.6 dBm/22MHz，相互间也存在一定的影响。
如下图：在实际工程测试中，设置1．6两个子信道的11g 的AP重叠覆盖，每个AP可以最高传输速率只能达到13M bps左右，总速率只有26Mbps，比非重叠覆盖的总速率40Mbps下降了不少。
图：两AP的重叠覆盖示意图
因此，多AP情况下，首先相邻AP所使用的信道要相隔5个以上，保证中心频率相隔25MHz。同时，相邻AP的覆盖重叠要较少，避免总体容量的下降。
同样在室内分布系统建设中，当两11b模式AP合路时，1、6信道间因杂散干扰速率只能达到7Mbit/S；而对于11g模式，单个AP可以提供20 Mbit/S速率，而合路AP只能提供26Mbit/S，可见AP合路对速率的提高贡献并不大。所以在实际工程中，一般不建议通过AP合路方式来解决容量问题。
要在小范围提供大容量的无线局域网，必须通过干扰规避来提升网络容量。
干扰规避的方法有：
（1）充分利用天然隔断（如建筑物、墙体等）；
（2）使用802.11a；
（3）降低AP发射功率；
（4）使用扇区天线或智能天线；
（5）采用“多天线、小功率”的覆盖方式。
作者联系方式
彭四斌：虹信WLAN IPD 工程师 电话 13307159786 电子信箱 psb7116@sina.com
罗航建：虹信WLAN IPD 经理 电子信箱 hjluo@hxct.com
