医院无线宽带部署及工程优化方案

张俨

（荆州市中心医院，湖北 荆州 434020）

医院无线宽带部署及工程优化方案

张俨

（荆州市中心医院，湖北 荆州 434020）

本文讨论在开通无线宽带及部署AP时的相关技术，讨论了室内外天馈线的布放，就某中心医院无线宽带的部署和工程优化进行分析，探讨医院内不同场景下布放AP的规则和方式，对同类型工程有较为专业的指导意义。

AP；天线；功率；衰耗

当前随着手持式通信设备的广泛应用，国际电工电子工程学会（IEEE）制定的标准无线局域网协议 802.11 系列协议已渐渐成为原有固定宽带的有效延伸，通常采用 AP（Access Point）作为宽带接入，在具体的工程中，信号质量受到环境影响较大。本文不考虑网络层技术，仅就AP的物理部署方案和位置予以讨论。

1 无线信号的空间传输特性

1.1 自由空间

无 线 宽 带 一 般 使 用 的 是 WiFi（Wireless Fidelity，无线保真）技术，目前手机、平板电脑等通常都能够支持 IEEE802.11n，它兼容 802.11a/b/ g，可工作于 2.4GHz 或 5GHz 频段。在这些频段下，用户终端到AP为都是直线方式传输，计算功率的方式也是指的两点之间的直线距离。按照无线信号在自由空间中传输时的损耗计算公式：

Los=32.44+20lg d(km)+20lg f(MHz)

式中：Los——传输损耗，dB；

d——距离，km；

f——工作频率，MHz。

2.4GHz信号在空气传播衰减计算值大约如表1。

表1

1.2 障碍物

如果AP和用户终端之间有面积较大的障碍物，例如钢筋混凝土墙壁、金属吊牌等，信号将受到极大衰耗。这里，我们给出了 2.4GHz 电磁波在穿透常规建筑材料时衰减的经验数值（表2）。

表2

相较 2.4GHz 来说，使用 5GHz 频段信号传输距离短，传输过程衰耗更大，信号穿透、绕射能力较弱，更容易被物体遮挡。

障碍物除了遮挡吸收信号外，还会对信号进行反射，使得信号在特定区域内由于不同路径到达的波形叠加，导致信号在不同位置可能加强或者减弱，特别是波峰波谷如果叠加到一起，对信号衰减会非常显著，我们在设计时，一般需要考虑第一菲涅耳区，即直线路径与折线路径的行程差为λ/2 的位置处。如果在距离反射面（x=0）的 0.3 米处安装 AP，其菲涅尔区如图1所示。

图1 光滑平面反射波的干涉区

由于墙面和障碍物的反射和吸收都不是规则的，因此对信号的影响更加复杂，需要根据实际情况进行计算测量。

2013年，广东全省各地水政执法人员开展河道巡查2329次，联合执法169次，出动执法人员34877人次，出动车辆5555辆次，出动船只1122艘次，查处非法堆砂场110处，河道清障170处，查获非法采（运）砂船（设备）230艘（辆、台）次，查处水事违法行为2218宗，有效地遏制了河道水事违法行为蔓延的势头。

1.3 软件仿真

仿真软件可用来模拟无线信号的空间传输，在规划时，可通过仿真设计来选择合适的天线和布放位置，例如 HFSS 和 XFDTD 软件都采用基于自适应网格剖分技术，能较好模拟三维电磁场，可以帮助分析无线信号在具体空间中的传输效果，但仿真软件并不能完全模拟真实材质全部特性，且对使用者的专业技术水平有一定要求，因此实际工程中应用并不广泛。

2 AP的安装使用

在部署无线宽带时，最重要的就是选择合适AP布放在合适的位置上，在不同的应用场景，应当选择不同的布放方法。

2.1 室内使用

室内 AP通常安装在三种位置：将 AP直接安装在桌面上或墙壁、天花板角落；将AP装在较为隐蔽的位置，通过馈线和吸顶天线将信号发射点部署到特定位置；在吊顶或夹层内安装 AP。这三种位置安装各有优缺点。

直接使用 AP，部署时不需要专业知识，甚至可以通过在使用中调整AP的位置和天线方向角，选择较好接入效果的位置，但由于其不够美观，而且在大多数场合下，都存在取电、有线连接问题，因此一般在作为临时接入或连接小范围密集用户使用。

吸顶天线一般用于会议室、公共休息区等地方，部署时需提前规划，可以将天线布置在需要的地方，室内整体效果较美观，但存在造成信号衰减的菲涅尔区域，在该区域使用时会有一定影响，而且如果不统一考虑整体装修，无线信号很可能会被临时增加的吊牌、屏风、隔断、风扇扇叶等阻隔，达不到预期效果。

在吊顶或隔热层内安装，美观性非常好，但信号受到铝合金扣板等阻隔，平层内覆盖范围小。且存在取电和有线网络连接的困难，一旦出现故障，几乎无法维护。

2.2 室外使用

在室外使用AP，通常将 AP布放在较高的建筑物的一侧，使用扇面天线覆盖某个特定区域；或在使用区域的中央架设电杆安装 AP，并使用全向天线覆盖；如果距离较远，也有使用定向天线覆盖的情况。一般会选用功率较大的 AP，增加覆盖面积。

3 医院各场景下 AP 部署和优化方案

根据实际情况和业务需求，AP的部署方案各有不同，如下是医院中几个有代表性场所的AP部署和优化示例。

3.1 门诊大厅

门诊大厅面积约 600m2，中间是导诊台，周围是挂号、缴费、交单取药窗口，如图2所示。

图2 门诊大厅平面示意图

在靠近大门角落的休息区，人员上网的可能性较大，因此在该处布置一个信号源点，但由于楼梯阻隔，该AP无法全部覆盖整个大厅，且距离较远时信号并不好，因此在靠近大厅中部安装另一个信号源点。由于这两个点的位置取电和网络连接都不方便，如果直接布放AP，后期会非常难以维护，因此将AP放在房间一角方便安装维护和取电的地方，然后通过射频电缆把信号引到大厅中部区域的吸顶天线上。目前已达到整个大厅的全覆盖，将来如果需要增加电子导诊等应用时，可以通过增加AP数量来提升业务体验，部署方式可与已部署的AP相同。

3.2 影像医学中心

在“影像医学中心”，医疗设备有限，诊疗处理时间较长。为满足病人或家属在等候时的上网需求，医院增加了无线宽带接入。大厅结构如图3所示，等候区在大厅一角，宽带引入接口在另一面墙壁上，大厅中部有一承重柱。

图3 影像医学中心等待区平面示意图

最初安装无线网络时，为了方便连接将AP直接固定在靠近网口的位置的角落上，但使用一段时间后，总有人反馈上网慢，网页打不开等问题，增加了出口带宽仍然没有明显改善，夜间维护测试，发现除承重柱后的少数（3～5个）座位外，信号功率尚可（大约 -50dBm）。在观察实际用户使用情况，发现由于AP安装位置靠近人员经常流动的通道，上网终端和AP之间经常被来往人群阻隔，且X光机工作时对AP有干扰，导致用户接收到的信号时强时弱，上网速度受到明显影响。

为了优化该工程，我们增加 PoE供电模块，将AP直接放装到等候区顶部，并更换了全向天线。改造后，信号盲区消失，且在有人员走动时，不会形成遮挡，用户信号质量相对稳定，后续再没有收到反馈说仍然上网困难的情况。

在这种类型的场景下，使用网络的人员位置基本固定，只需要在此位置进行覆盖即可。类似的情况还包括，候机/候车厅的等候区，室内体育馆的观众席，图书的馆中阅读区等，并不需要将信号完整的均匀覆盖到室内每一个位置，而是选择人员集中停留的地方处放装AP或安装天线重点覆盖。

3.3 住院大楼

在病房区，由于病房墙壁厚实，信号穿墙衰减大，在每间病房内单独安装AP，实现该病房内的覆盖；同时另外安装AP覆盖过道区域和护士站。这样，未来发展业务时，如果查房医生有需要，可以随时调用患者的病历增加医嘱，在护士站和病房之间频繁漫游，业务也不会因此中断。另外由于各AP的位置确定，利用信号衰减模型可以估算出移动设备距离各个AP的距离，这样就部署了无线定位功能，如果病人（如儿童、老人）有特殊看护需要，也可根据其携带的无线终迅速端识别其所在区域。

3.4 住院部活动区

住院部的活动区是一个面积约 5000m2草坪，草坪上有一些供人休憩的长椅，由于不方便在活动区内安装设备，因此采用扇面天线覆盖，如图4所示。在需覆盖的区域内无树木等遮挡，距离可部署AP 的建筑物最远距离大约 120m，选用大约 7dBi增益的天线，部署在约三层楼高处，安装时做防水防雷处理。实测 2.4GHz 接收功率大约 -60dB，完全满足其功率要求。

图4 住院部活动区信号覆盖示意图

4 结语

由于无线网络应用比较特殊，安装时需要根据实际情况，注意各种环境因素，特别是在医院干扰源较多和应用需求相对复杂的情况下，需要综合造价、效果、环境、未来发展等多方面考虑，在本文中，也仅仅选取了几个最典型的场景做初步探讨，对其中更多考虑因素还需要更加深入的研究。

[1]Std802.11[DB/OL].http://www.ieee802.org/11/index.shtml

[2]孟小超 .钢筋混凝土墙结构对通信信号影响的研究 [D].郑州大学 ,2014.

[3]Std802.11n-2009[G].https://standards.ieee.org/findstds/ standard/802.11n-2009.html

[4]中华人民共和国工业和信息化部 .移动用户终端无线局域网技术指标和测试方法 [G].YDC079-2009.

[5]王召召 ,邹澎 ,王瑶 .建筑物对通信信号衰减的定量研究 [J].通信技术 ,2010,43(5):61-63.

TN925

A

1671-0711（2017）03（下）-0055-03