无线设计规划

1、WLAN网络规划流程

    WLAN网络规划流程可以分为以下几个步骤：调研及勘查、覆盖设计、频率规划、容量规划、网络优化几个步骤。

    通过调研了解客户需求，明确网络覆盖目标、应用背景，分析用户对象群及数量、业务特征等；并对WLAN覆盖现场进行勘查，获得现场环境参数、传输及点位等资源情况。在此基础上制定合理的WLAN网络规划总体原则和策略。

    覆盖设计阶段首先确定WLAN网络的覆盖方式，即采用室内还是室外覆盖方式、单独建设还是与移动通信网络合路等。确定覆盖方式之后根据现场环境参数进行链路预算，在此基础上初步确定AP点位及数量。在有条件情况下，进行WLAN仿真，预测规划效果，并根据仿真结果进行调整，直到各项参数达到目标值。

    覆盖设计之后根据前面确定的AP点位及数量进行合理频率规划，规避频率干扰，力求将干扰降到最小。若频点始终无法合理规划，需重新调整AP的点位及数量。

    然后根据用户需求进行容量规划。容量规划与频率规划是相互关联又相互制约的，提升容量将增大干扰，降低干扰又会减少网络容量，容量规划的目的就是找到容量和干扰整体最优的结合点。

    最后，在WLAN网络建成之后，进行实际的测试，做相应的优化调整，使网络性能达到最优。

    当然，WLAN网络规划的这几个步骤之间是相互关联、不可分割的，进行实际规划设计时应综合考虑这几方面，这样才能减少网络规划往复次数，并使最终的WLAN网络性能接近最优。

    2、调研及勘查

    前期调研和规划是网络规划的基础，是获得规划输入参数的过程。调研阶段需与运营商进行良好沟通，以确定准确的覆盖目标、网络设计容量以及网络的预期质量。

    由于WLAN信号在空间衰减较快，且WLAN多应用于室内环境，建筑结构、房屋材质对WLAN信号的影响很大，需进行现场的勘查，为WLAN的规划、仿真 做好前期准备。另外，WLAN使用的是非授权频段，前期勘查的另一目的是确认附近是否有干扰源，是否需要与其他运营商或企业商议频率问题或采取其它干扰规 避措施。

    3、覆盖设计

    3.1覆盖方式

    WLAN网络大体可以分为下面两种场景、4类覆盖方式。

    （1）室内覆盖：单独建设方式、共用室内分布系统建设方式；

    （2）室外覆盖：室外型AP覆盖方式、Mesh型网络覆盖方式。

    3.1.1室内单独建设方式

    这是目前最简单、应用最广的WLAN建设方式。如图1为某办公楼WLAN网络点位图。

图1  某办公楼WLAN网络点位图

    采取单独建设方式时，主要根据WLAN的覆盖和容量需求在相应的位置布放，并将走线长度控制在允许范围内。随后的链路预算只需计算空间损耗即可。

    一般来说，单独布放点位选择比较灵活，基本可以使用适合WLAN覆盖的最佳点位；并且由于使用了较多的AP，可以获得较大的网络容量。

    3.1.2共用室内分布系统建设方式

    目前很多高档写字楼已经进行了移动通信的室内分布系统建设，在引入WLAN时可以考虑采用共用室分系统的建设方式；另外，没有室分系统的楼宇在规划建设室内分布系统时可以将WLAN信号一同考虑。

    如图2所示，将WLAN的无线射频信号通过合路器馈入室内分布系统，各频段信号共用天馈进行覆盖。

图1  某办公楼WLAN网络点位图

    采取单独建设方式时，主要根据WLAN的覆盖和容量需求在相应的位置布放，并将走线长度控制在允许范围内。随后的链路预算只需计算空间损耗即可。

    一般来说，单独布放点位选择比较灵活，基本可以使用适合WLAN覆盖的最佳点位；并且由于使用了较多的AP，可以获得较大的网络容量。

    3.1.2共用室内分布系统建设方式

    目前很多高档写字楼已经进行了移动通信的室内分布系统建设，在引入WLAN时可以考虑采用共用室分系统的建设方式；另外，没有室分系统的楼宇在规划建设室内分布系统时可以将WLAN信号一同考虑。

    如图2所示，将WLAN的无线射频信号通过合路器馈入室内分布系统，各频段信号共用天馈进行覆盖。

                                                               图2  室内型

    由于WLAN设备输出信号强度较小，一般采用后端合路，使AP尽量接近天线。

    共用室内分布系统的优点在于可以充分利用原有资源，工程量较小，经济快捷。另一方面，应注意WLAN使用与原有系统不同的频段，需更换支持2.4GHz的 元器件；需重新进行链路预算。共用室内分布系统时天线点位可能不是最优的；且由于使用的AP较少，网络容量较低。

    3.1.3室外型AP覆盖方式

    对于居民楼、校园等以覆盖需求为主的地区，可以使用室外型AP进行覆盖。如图3所示，AP置于建筑物顶端或外墙，使用室外型AP和高增益天线，对室内进行覆盖。

采用室外型覆盖方式建设速度快，网络维护简单，投资少见效快。但应注意下面几方面问题。

    （1）室外WLAN信号和室内WLAN信号之间的干扰；

    （2）WLAN为共享带宽，无法保障单个用户的带宽；

    （3）室内WLAN信号的覆盖效果。

    3.1.4Mesh型网络覆盖方式

    对于室外较大面积（如城市、校园等）的WLAN覆盖可以采用Mesh型网络覆盖。如图4所示，Mesh技术采用网状网结构，通过若干个基于无线互联的AP群对目标区域进行覆盖，并将数据回传至有线IP骨干网。

图4  Mesh型网络覆盖

    此种建设方式部署灵活、建设快捷，对传输等资源需求较少。部署时应注意频率规划及对周边WLAN网络的影响。

    3.2链路预算

    在确定WLAN网络部署方式之后，就要进行链路预算。

    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：

    Pr=Pt+Gt-PL(d)-Ls+Gr

    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。

    下面讨论在室外、室内的WLAN信号传播损耗。

    3.2.1室外环境

    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：

    L0(dB)=92.4+20lg(d)+20lg(f)

    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。

    3.2.2室内环境

    选取衰减因子模型作为室内无线传播模型，其表示式为：

    其中PL(d0)=20lg（4πd0/λ），一般取d0=1m，当频率为2.45GHz时，其值为40dB；NMF表示基于测试的多楼层路径损耗指数。典型建筑物的路径损耗指数如表1所示。

    表1  典型建筑物的路径损耗指数

经过链路预算，可以初步确定AP的点位。

    3.3仿真

    通过手工计算链路预算比较繁琐，目前有很多公司开发了针对WLAN规划的仿真软件，规划效率较高，方案修改方便，且链路预算更为准确、直观。图5是针对某办公楼WLAN的信号强度仿真。

    图5  针对某办公楼WLAN的信号强度仿真

    通过软件，可以将实际的环境中各项参数在仿真中体现出来，包括房屋构造、墙体材料、门窗位置、家具布局等，再现一个近乎实际的场景。仿真后可以得到信号强 度、信噪比等多项指标，通过结果可以对网络进行重新调整和仿真。部分仿真软件甚至能够根据客户需求自动进行WLAN规划。

    图6  频率规划

    4、频率规划

    IEEE802.11b/g设备使用2.4～2.4835GHz频段。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。（802.11a使用5.8GHz频段，目前应用较少，本文暂不做讨论。）

    与蜂窝网类似，3个互不干扰信道可以进行频率复用，但应确保使用同一信道的AP之间应有足够远的距离，避免干扰。理想的WLAN部署情形如图7所示。

    图7  理想的WLAN部署情形

    AP覆盖区域之间应有重叠区，以保证无缝覆盖和适应负载均衡。

    5、容量规划

    随着WLAN的普及，出现了一些用户密集的热点区域，这些区域是WLAN设计的难点和重点。下面讨论AP接入能力、干扰对WLAN速率的影响几个方面的问题。

    5.1单AP接入能力

    由于WLAN采用CSMA/CA机制，如果接入用户过多，那么同一时刻发生冲突的概率明显增大，也必定会延长每个用户等待的时间，而使得系统带宽闲置；如果用户超过一定的限度，会导致系统的瘫痪。工程设计上一般每AP接入用户数在20～30台左右应该比较合适。

    5.2信道干扰

    5.2.1其它设备的干扰

    经过测试，使用2.4GHz频段的设备中，蓝牙等小功率设备对WLAN网络的影响很小，可以忽略；微波炉等大功率设备对WLAN网络的影响较大，在网络设计时应注意远离此类设备。图8是微波炉对WLAN（802.11b）传输速率影响的曲线图。

    图8  微波炉对WLAN（802.11b）传输速率影响的曲线图

    从图中可以看出，WLAN设备靠近干扰源时，传输速率迅速下降。

    5.2.2同道干扰

    WLAN采用的直接序列扩频技术的扩频码是标准的，不同的设备使用相同的扩频码，因此相邻小区不能使用相同频率，否则将造成同频干扰。图9、10分别是相距40m的两个802.11b的AP使用1、6信道和1、1信道时的网络吞吐量。

在使用非干扰频段时，两AP总吞吐量可以接近11Mbit/s；在同频时总吞吐量不足6Mbit/s，此时2个AP与非干扰情况下1个AP的吞吐量接近。所以，在有限范围内单纯采用增加AP的办法是无法提高网络容量的。

    5.2.3邻道干扰

    两信道中心频率小于25MHz时，信道之间存在重叠区域，会有部分干扰。图11曲线是两AP信道间隔分别为0～5情况下的总吞吐量曲线。

    图11  两AP信道间隔分别为0～5情况下的总吞吐量曲线

    使用邻频可以增加可用频点数，但会引入干扰，工程上一般仍采用1、6、11三个完全不干扰的频段。对于使用邻频的能否使系统总容量得以及提升、提升效果还有待进一步的试验来验证。

    5.3干扰规避及容量提升

    通过规避干扰提升网络容量，尤其是在小范围提供大容量的无线局域网是WLAN设计的难点。针对干扰规避和容量提升，业内主要有如下几种建议：充分利用天然隔断（如建筑物、墙体等）、使用802.11a、降低AP发射功率、使用扇区天线或智能天线。

    利用隔断进行频率复用是WLAN网络规划的基本方法，802.11a的使用主要受限于用户发展，这里都不再赘述。下面针对后两种建议进行简单讨论。

    5.4降低AP发射功率

    降低AP发射功率可以减少AP的覆盖范围，从而增大频率复用度。降低AP发射功率，可以减少AP之间的相互干扰；但是，STA的发射功率一般为30mW， 部分STA设备的功率用户是无法控制的，所以AP与STA之间、STA与STA之间的干扰依然存在，所能带来的容量提升也有限。

    5.5扇区天线，智能天线

    此技术用于蜂窝网络，使容量得以提升。WLAN使用扇区天线或智能天线，可以减少AP之间以及STA与AP之间的干扰，在一定程度上能够提升容量。但是 STA均使用全向天线，功率不可调，STA之间的干扰依然无法避免；另一方面，WLAN覆盖半径一般不会大于200m，在室内或是地形、地物复杂的情景 下，折射、反射等因素使得在如此小范围内精确控制天线方向图比较困难，使用扇区天线或智能天线带来的容量提升就会大打折扣。所以，目前定向天线更多地应用 于信号回传和增大覆盖范围。

    6、网络优化

    在网络规划设计及建设完成之后，需要对实际网络质量进行测量，并根据测量结果对网络进行调整，以确保信号强度、干扰等指标达到目标值。

    7、总结

    随着WLAN网络的日益普及，其网络规划的重要性将日益突出，WLAN网络的规划需要在实际工作中不断完善，并随着WLAN技术的进步而进一步发展，使WLAN向着高效、安全、运营级的网络目标不断迈进。