关于WLAN覆盖的研究

乔 辉

(河北全通通信有限公司，河北石家庄050021)

0 引言

无线上网已渐成为趋势和潮流，可以使用各种终端在互联网的世界里畅游让人倍感惬意和自由。随着移动终端的普及，人们对移动IP接入的需求迅速增长，无线局域网(Wireless Local Area Network，WLAN)作为有线以太网的延伸，一定程度上满足了这种需求。然而，大多数WLAN都在使用2.4 GHz频率波段，由于穿透性和衍射能力一般，加上现代建筑质量越来越高，对室内形成较强的屏蔽，这就造成了无线局域网覆盖的面积十分有限，成为各运营商WLAN业务推广的瓶颈。如何达到理想的覆盖要求是摆在工程技术人员面前的一个重要问题。这里通过在不同场景下的链路预算分析，阐述了不同手段对WLAN覆盖的影响，提出了加强WALN覆盖的解决建议。

1 链路预算分析

在WLAN工程建设中，WLAN网络大体可以分为下面2种场景:

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。

不同覆盖方式产生的覆盖效果不同，通过链路预算或模拟测试来对各种覆盖方式进行分析。802.11g无线网卡的接收灵敏度与AP的接收灵敏度基本一样，不同的传输速率要求，对接受灵敏度的要求不同，如表 1［1］所示。

表1 设备的接收灵敏度

为了保证用户使用最高的传输速率，保证用户的感知度，WLAN设计覆盖信号强度为-75 dBm。目前市场上WLAN设备主要有2种，WLAN室内型AP发射功率为100 mW(20 dBm)，室外型AP发射功率为500 mW(27 dBm)，用户PC的自带无线网卡发射功率一般为50 mW(17 dBm)，无线网卡的接收灵敏度与AP的接收灵敏度基本一样，无线网卡无收发增益，AP室内型天线无增益，AP室外型天线有增益。因此WLAN系统为上行受限系统，即WLAN的覆盖范围取决于用户终端的无线网卡能力。

下面以50 mW的用户终端网卡来计算WLAN不同覆盖方式的覆盖范围。

1.1 2.4 GHz室内独立型AP覆盖范围

采用衰减因子模型计算:就电波空间传播损耗来说，2.4 GHz频段电磁波的路径传播损耗为:Pl=46+10×n×lgd，其中，Pl为路径损耗，d为传播路径，单位为m，n为衰减因子。不同场景下的n值［2］建议值如表2所示。

表2 不同场景下的n值

接收电平(Pr)估算公式［3］如下:

式中，Pr为最小接收电平;Pt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;

假设，以-75 dBm边缘场强为覆盖要求，AP的发射功率为100 mW，用户终端发射功率为50 mW，AP和用户终端天线无增益，可以对AP信号极限传播距离作如下理论计算:

终端传播距离:

46+10nlgd=17 dBm-(-75 dBm);

AP的传播距离:

46+10nlgd=20 dBm-(-75 dBm)。

衰减因子(n)与覆盖距离(d)的关系［4］如表3所示。

表3 衰减因子(n)与覆盖距离(d)的关系

从上述计算结果也可以看到用户终端的传播距离小于AP的覆盖距离，同时说明WLAN系统为用户终端网卡受限系统。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10～100 m之间。

1.2 2.4GHz室内分布型AP覆盖范围

目前室内分布系统天线出口功率一般按照10 dBm左右设计，那么下行的最大路径损耗为10 dBm-(-75 dBm)=85 dB。

那么当衰减因子n分别取值为不同时，覆盖距离如表4所示。

表4 不同衰决而不行因子下的覆盖距离

结合模拟测试经验，一个室内分布天线(出口功率10 dBm)的覆盖半径根据环境的不一样，在7～25 m之间。

1.3 2.4GHz室外AP覆盖范围

设发射机的输出功率为Pt，空间路径衰耗为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可用下式表示［5］:

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。2.4 GHz自由空间电磁波的传播路径损耗［6］符合:

式中，PL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。

2.4 GHz室外设备最大发射功率为27 dBm，而网卡发射功率50 mW(17 dBm)。同样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-75 dBm为边缘场强覆盖要求。天线增益为14 dBi，衰落余量为10 dB。则反向链路预算为:PL=17+14-10-(-75)=96。计算得d=630 m。室外AP对室外空旷环境的覆盖距离为600 m左右。

2 加强WLAN覆盖的措施

根据前文所述，无论是那种覆盖方式都受到用户终端无线网卡能力的限制，因此如何加强用户终端无线网卡能力是解决WLAN覆盖的所在。

目前主要是通过2种方式来解决覆盖问题:

第一，通过AP密集覆盖的方式;

第二，通过室外AP+室外高增益定向天线方式进行覆盖。

2.1 AP密集覆盖方式

采用共用室内分布系统的室内分布型覆盖方式，这种方式是WLAN和移动通信系统相结合的一种组网方式。这种方式是将WLAN无线信号通过合路器耦合到原有的2/3G室内分布系统，WLAN与2/3G系统之间共天馈线。这种方式可以减少布设的电缆、天线等器件，节省总建网成本，同时也可以避免重复施工，是一种短期见效的方法。

这种方式适合已有室分系统的写字楼、商务大厦和火车站等场景。

2.2 AP+室外高增益定向天线方式

第1种方式，对于建筑结构简单的场景可以考虑采用“室外型AP+定向天线”方式进行覆盖。

通过建筑结构的玻璃(2.4 GHz损耗约为10 dB)能有效地覆盖到室内，这种方式能有效地节约AP数量，从而减少投资，可以利用楼宇间的外墙面、路灯杆和物业管理处等小区建筑进行AP安装。

第2种方式，对于楼宇高度较低的开阔区域，如乡镇、村庄等区域，可采用室外AP+室外高增益定向天线方式进行覆盖。

采用大功率AP+室外高增益定向板状天线，安装在铁塔上，分别覆盖不同方向区域，AP通过室外防水网线接入到基站内传输和POE供电设备。天线增益为14 dBi，水平半功率角为60°。

在覆盖边缘或非视距范围，在用户外墙上安装CPE，户内安装POE供电模块，POE供电模块下行提供以太网口用于连接AP。

3 结束语

随着WLAN网络的日益普及，其网络覆盖的重要性将日益突出，WLAN网络的覆盖需要根据所覆盖的环境模型采用不同的覆盖方式进行覆盖，随着WLAN技术的进步发展，覆盖手段会愈来愈多，多种方式相互配合从而使WLAN向着高效、安全、运营级的网络目标不断迈进。

［1］ 金纯，陈林星.IEEE 802.11无线局域网［M］.北京:电子工业出版社，2004.

［2］ 刘乃安.WLAN原理技术与应用［M］.西安:西安电子科技大学出版社，2004.

［3］ 麻信洛，李晓中，董晓宁.无线局域网构建及应用［M］.北京:国防工业出版社，2006.

［4］ 麻信洛，李晓中，葛长涛.无线局域网原理与应用［M］.北京:国防工业出版社，2009.

［5］ GERIER Jim.无线局域网［M］.王群 译.北京:人民邮电出版社，2001.

［6］ 郭峰，曾兴雯.无线局域网［M］.北京:电子工业出版社，1997.