WLAN与PHS室外基站共址研究

周利辉

（湖南省邮电规划设计院有限公司，湖南长沙 410001）

随着大规模3G网络建设的初步完成和三网融合的推进，我国通信业已经进入了数据业务高速发展的移动互联网时代，移动数据业务对运营商整个ARPU值的拉动效应十分明显，但其爆炸式增长的流量使得现有3G网络不堪重负。摆在运营商面前有两个选择：其一是3G技术升级和扩容，增加下行传输速率；其二，利用无线宽带接入技术WLAN为3G分流。3G网络覆盖广，以提供语音和普通数据业务为主，WLAN网络吞吐量大，以提供高速数据业务为主。目前，各大运营商正引入WLAN技术以3G+WLAN混合组网的方式解决热点3G网络容量不足和高速数据业务体验的问题。

根据AP安装位置及覆盖热点区域的特点，WLAN有室内热点和室外热点之分，室内热点主要通过室内放装型AP及室内分布型AP的进行覆盖，目前WLAN在重点地区的室内覆盖率已经非常高，现网有超过80%的热点为室内热点。热点地区的室外覆盖成为下阶段的重点之一，对中国电信而言，数量众多的PHS基站站址，为迅速扩大WLAN室外覆盖提供了有利条件，本文仅针对WLAN的室外基站与PHS共址进行研究分析。

1 WLAN技术概述

WLAN是Wireless Local Area Network的缩写，指应用无线通信技术将计算机设备互联起来，构成可以互相通信和实现资源共享的网络体系。无线局域网本质是不再使用通信电缆将计算机与网络连接起来，而是通过无线的方式连接，从而使网络的构建和终端的移动更加灵活。WLAN主要提供无线宽带上网业务。

目前，WLAN主要有 Wi-Fi与HiperLAN/x（欧洲无线局域网）系列两种标准，另外WAPI是我国在WLAN领域自主创新并拥有知识产权的安全接入技术标准。Wi-Fi（即Wi-Fi，无线保真）是目前无线局域网的主流标准，Wi-Fi的技术基础是802.11x协议。Wi-Fi是一种应用于802.11x协议产品的标准，是由Wi-Fi联盟提出的。802.11协议标准如下（见表1）：

表1 802.11协议标准

WLAN网络有如下三种部署方式：室外型AP覆盖室内或室外区域、室内型AP直接覆盖、室内型AP接入室内分布系统覆盖。AP设备类型主要包括室外型500mW、室内型500mW、室内型100mW，其中室外型500mW用于覆盖室内或室外区域；室内型100mW用于室内直接覆盖；室内型500mW用于接入室内分布系统覆盖。本文将针对室外型500mWAP与PHS基站的共址进行研究讨论。

2 PHS技术概述

PHS（Personal Handy-phone System）个人手持式电话系统是固定电话的延伸和补充，也被称为无线市话，俗称“小灵通”，PHS网络除了提供语音业务、预付费等传统的电信业务外，还可以提供诸如短消息、彩铃等增值业务。

PHS技术实际上是数字移动通信技术，采用微蜂窝组网，属于第二代的移动通信技术，其多址方式为TDMA，采用时分双工（TDD）和32kADPCM的语音编码，我国的PHS占用频段为1900－1920MHz。

PHS基站分为室内型、室外型两种，室内型基站有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小基站安装在商场、饭店、政府办公楼、银行、居民楼等公共场所的墙上和天花板上，提供建筑物内的手机、电话和数据终端服务。500mW、200mW室外型基站因功率较大，有较大的覆盖范围，主要安装在建筑物楼顶等地方。该类型基站均具有防水外壳，使用四分支或八分支外接天线，天线与基站间用50欧姆射频电缆连接，基站通过接线盒进行本地供电，从空中无线接口获取同步时钟。

目前，中国电信PHS网络已基本覆盖市区、县城、郊区及发达乡镇，由于PHS基站覆盖距离有限，因此PHS基站数量众多，站间距约为50～500米。

2009年，工信部印发了《关于1900-1920MHz频段无线接入系统相关事宜的通知》（工信部无[2009]11号），文件主要要求：“1900-1920MHz频段无线接入系统应在2011年底前完成清频退网工作，其所用频率无条件收回”、“中国电信集团公司和中国联合网络通信集团有限公司须制定相关的退网方案”。

作为小灵通网络运营商的中国电信，在积极稳妥的进行用户转网的同时，需要考虑资源的再利用问题，小灵通退市后，其站址及其电源、传输等依然是宝贵的资源。本文主要讨论PHS室外站址的再利用。

3 WLAN与PHS室外基站共址关键点分析

3.1 覆盖距离

PHS系统工作频段为1.9GHz，WLAN工作频段为2.4GHz～2.4835GHz，其在覆盖距离上差别主要从以下几个方面进行对比：

1）自由空间传播损耗

表2 WLAN与PHS自由空间传播损耗对比

由表2可以看出，在相同空间距离条件下，2.4GHz信号的空间损耗比PHS1900约大2dB。

2） 馈线衰减损耗

表3 WLAN与PHS馈线衰减损耗对比

由表3可以看出，1/2”普通电缆在2.4GHz频率下每100米损耗比1.9GHz约大0.7dB。因WLAN室外基站的馈线长度一般小于10米，此处馈线衰减损耗可以忽略不计。

3） 穿墙损耗

表4 WLAN与PHS穿墙损耗对比

表5 WLAN与PHS设备灵敏度对比

由表5可以看出，WLAN和PHS设备的灵敏度指标相对值相差不大。

综上考虑以上各种因素的情况下，WLAN与PHS在空间损耗、馈线衰减、穿透损耗、接收灵敏度等值均较接近，WLAN信号从基站（AP）到客户端（STA）的信号衰减比PHS系统要大约3~4dBm，在基站功率相同的情况下WLAN的覆盖范围要比PHS系统小。

因此在建成的PHS信号覆盖网络的基础上，需要针对目标覆盖范围进行合理设计，使WLAN的覆盖达到理想效果。若覆盖距离有要求，共址建设的WLAN网络可通过高增益定向天线、智能天线来提高信号的覆盖距离。由于WLAN系统在弱信号情况下表现为速率明显下降，建议采用定向天线、智能天线的WLAN站间距不超过300米。

3.2 网络容量

802.11协议采用载波侦听多路访问/冲突避免（CSMA/CA）机制。这是一种通过竞争来使用无线信道的方式，WLAN可以接入很多用户，但是它们必须共享有限带宽，并且由于设备会同时侦听无线电频率并发送RTS信号，因此用户越多，可能出现的冲突也会增加，每个用户的质量越差（如下载速率降低），从而导致AP设备的吞吐量降低，计算如下：

1） 802.11g工作模式下每个AP的理论最大数据吞吐率为54Mbps；

2）传输效率：表示总开销效率因子，包括MAC效率和纠错开销，取50%；

3）在计算每用户的双向速率时，应将计算得到的用户速率再除以2。

根据上述参数，得出：

每用户速率=（每AP理论吞吐率×传输效率）/（2×并发用户数）

图1 单AP接入用户数与每用户速率关系图

由表4可以看出，WLAN的穿墙能力比PHS系统约大1～2dB。

4）设备灵敏度

单个AP的用户数达到30以上后，竞争效应急剧上升，最终的结果是不可用。为保证用户体验，在WLAN网络规划时，建议按照每个AP的并发15个用户进行设计。当覆盖范围内终端接入密度过高，需多个AP才能保证容量需求时，建议采用多个室内或室外基站相结合方式部署WLAN网络，但要注意避免室内外的相互干扰。

WLAN与PHS共址目的是实现WLAN网络的快速部署和WLAN无线宽带业务的开展，终端带宽保证是可用性的重要标志。PHS＆WLAN共址方案建议在终端接入密度不高的场景下使用。

3．3 共址干扰

WLAN与PHS之间主要有三类干扰：杂散干扰、阻塞干扰以及互调干扰。

1）杂散干扰是发信机在进行变频处理过程中引起的互调、倍频、寄生辐射等现象，并由此造成的信道标称带宽外的信号发射，对其他系统产生干扰。

WLAN系统带外杂散指标：≤－36dbm/100kHz。PHS系统带外杂散指标：≤－36dbm/MHz。

2）阻塞干扰是指一个系统的接收机在接收端口接收到非本接收机频带的强信号，引起接收机线性指标恶化，导致接收信号能力的弱化。PHS对WLAN系统的阻塞隔离度要求＞25dB，WLAN对PHS系统的阻塞隔离度要求＞17dB。

3）互调干扰是多发信机共同工作时，其多路信号间互相调制导致信号落在其他系统接收机带内引起干扰。三阶互调干扰频点为2f1－f2与2f2－f1，则：

PHS的三阶互调干扰在1880～1940MHz范围之内；

WLAN 的三阶互调干扰在 2316．5～2567MHz范围之内。

故PHS与WLAN两个系统之间不存在三阶互调干扰，在共址中无需考虑互调干扰。

在实际共址建设中，WLAN与PHS之间保证50cm物理隔离度就能较好的规避各种干扰，WLAN与PHS共站具备可操作性。

3．4 资源利用

PHS基站典型的安装方式包括抱杆和挂墙，天线通常采用单层4天线或双层8天线，室外PHS基站主要以楼顶屋面最多，约占70%以上，另外在一些繁华路段的公话亭、电线杆上也布放有PHS基站。最大限度地利用现有的PHS基站站址和配套设施，开展WLAN无线宽带业务，是实现原有投资保护和盘活固网资源的重要手段。

1） 站址资源

在建设WLAN覆盖时，考虑到室外站址协调的难度及投资成本，优先选择满足要求的PHS基站作为WLAN覆盖的站址。选用共站的PHS基站从如下几方面考虑：

①PHS基站在室外WLAN覆盖的区域内，且站址的位置适合建WLAN站址；

②WLAN站址选择需考虑PHS站址的高度，对于高层（8层以上）楼宇不适合与PHS共址建设；

③对走廊两边的房间全覆盖（如某些高校宿舍），热点能够做室内覆盖的均以室内覆盖方式优先；需做室外覆盖的，建议在建筑物的双向分别寻找一个合适站址同时覆盖，或从区域外选择恰当的PHS基站作为WLAN站址，向区域内进行WLAN覆盖。

2） 支架资源

WLAN可直接共用PHS相应支架。

3） 天馈资源

PHS天线的工作频率为1．9GHz，WLAN天线的工作频率为2．4GHz，虽然可将PHS天线（或部分天线）更换为双频天线以支持WLAN接入，但改造成本高，建议WLAN基本不考虑共用PHS天馈系统。

4） 电源资源

WLAN AP设备功耗一般都小于50W，所以可配置POE模块利用PHS基站的220V交流供电系统。

5） 防雷接地

WLAN可直接共用PHS基站的防雷系统。

6） 回传资源

PHS基站一般通过双绞线（音频电话线）承载ISDN信号，WLAN网络回传可利旧PHS网络的双绞线实现ADSL2＋、VDSL2等接入方式，此方案工程量小，部署快速，但缺点也很明显，上下行不对称，普通DSL猫不支持多VLAN划分，不利于管理等。建议WLAN回传采用LAN、EPON回传。

4 总结

本文结合WLAN与PHS室外基站共址的关键影响因素，提出了WLAN与PHS共址的问题及建议，PHS＆WLAN室外基站共址方案建议在干扰小、覆盖范围适当、终端接入密度不高的场景下使用。具体方案设计需要针对不同的覆盖需求进行合理的方案设计，选择合适的天线、AP及改造方式，使WLAN的覆盖达到理想效果。

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