基于80211n的WLAN网络频率配置研究

[摘要]移动互联网的发展使802.11n进入了部署期，而频率资源成为制约其发展的重要因素。文章在分析国际和国内WLAN频率分配的基础上，明确我国已分配的2.4GHz和5GHz频率不足以支持部署采用40MHz信道802.11n网络，并提出解决的思路。

[关键词]移动互联网WLAN频率802.11a/b/g/n

1前言

从移动互联网的风生水起，无线城市的方兴未艾，到物联网的炙手可热，都使以WLAN为代表的宽带无线接入进入了爆炸式增长的年代。尤其是可实现百兆比特以上速率的802.11n的问世和逐渐成熟，更使其成为各大电信运营商趋之若骛的追逐对象。但是，支撑802.11n的频率资源却处于紧缺状态，其频率的配置需要深入研究。

2WLAN大爆发为802.11n部署铺路

今年年初。在巴塞罗那世界移动通信大会上，中国移动高调宣布未来三年实现百万WLAN热点建设的目标，无疑为中国本已快速发展的WLAN又注入了强劲动力。目前，三大运营商都将WLAN定位为2G/3G网络的补充，旨在通过WLAN网络的高带宽特点来分流2G/3G网络的数据流量，缓解移动互联网高速发展带来的流量压力。WLAN无疑已经成为运营商的重要战略资源，三家运营商对WLAN建设都投入了相当大的力度。2010年，WLAN设备采购量中国移动为37万台，中国电信为4万台，而中国联通为20万台。

进入2011年，802.11n已经成为一个正式标准；同时，网络端及用户端的产品已经非常普及，用户需求更加高涨。而在产品价格急速下调的情况下，运营商部署802.11n的趋势更为明显。首先，在运营商的集采中，一些新的指标被明确写入招标规范中，如中国联通于近日启动了新一轮WLAN设备招标工作，首次对802.11a/b/g与802.11n设备的采购分别提出要求。同时，中国移动对802.11n设备明确了比例要求，中国联通和中国电信更将802.11n设备单独招标。预计2011年三大运营商都会加大802.11n的设备采购量。

在国际上，根据Gartner刚刚发布的趋势预测报告，到2014年，全球移动装置将达到2亿，90％的企业用户将采用无线装置进行办公，2016年如iPad等智能终端存储容量将达到100G，移动宽带浪潮已经势不可挡，而以802.11n为代表的新一代WLAN无疑将成为下一个应用重点。因此，802.11n将很快进入部署的爆发期。对于中国市场而言，WLAN向802.11n的过渡已经启动，2011年将是一个重要的转折点。

但是，部署802.11n网络时，如何配置频率资源是一项非常重要的基础课题。

3WLAN所用2.4GHz与5GHz的信道配置特点

IEEE802.11b/g标准中明确规定，WLAN的无线设备工作频段为2400MHz-2483.5MHz，工作频率带宽为83.5MHz，划分为14个子信道，每个子信道带宽为22MHz，频道间隔为5MHz。2400MHz-2483.5MHz频段在国际上是开放频段，与蓝牙技术设备、无线电定位以及工、科、医等非无线电通信设备共用频段。我国对802.11b，g的频率规划与国际上是一致的，见表1。

802.11b/g在多个信道同时工作的情况下，为保证信道之间不互相干扰，要求两个信道中心频率的间隔不能小于25MHz。从图1可以看出，最多可以提供3个不重叠的信道同时工作，各接入点的信道至少要隔开5个信道的距离。

这些信道在一个特定的国家根据不同法规有不同的使用。在美国，FCC仅允许使用1～11信道；在欧盟国家1～13信道被允许用在802.11b操作中(1、5、9和13经常被配置)；在日本，所有的14信道都可使用。根据我国的规定，由于上限频率为2483.5MHz，所以只能使用1～13信道。

IEEE802.11a标准中明确WLAN的无线设备工作频段为5.15GHz～5.25GHz，5.25GHz～5.35GHz和5.725GHz～5.825GHz频段，工作频率带宽共计300MHz，信道带宽20MHz，彼此不重叠。该频段在国际上是高速无线局域网、宽带无线接入、蓝牙技术设备、点对点或点对多点扩频通信以及车辆自动识别系统等各类无线电台站共用频段，也是符合技术要求的无线电定位以及工、科、医等非无线电通信设备共用频段。

802.11a在5GHz频段中的信道配置在各国有所区别，见表2。

从表3可见，美国为802.11a在5170MHz～5330MHz频段和5735MHz～5815MHz频段内分配了13个20MHz带宽的信道，共有频率260MHz；欧洲国家为802.11a在5170MHz～5230MHz频段和5490MHz一5710MHz频段内分配了20个20MHz带宽的信道，共有频率400MHz；日本在5160MHz一5240MHz频段内分配了4个信道，共有频率80MHz；我国在5735MHz～5835MHz频段内分配了5个信道，共有频率100MHz。

由上可见，对于802.11b/g而言，应用的2.4GHz频段，其信道间相隔5MHz进行重叠式分配，在14个22MHz的信道中只有相距5个信道间隔(即25MHz)的三个独立信道(即1、6、11信道)，可以组成蜂窝网络。而802.11a应用的5GHz频段，20MHz信道的划分是独立的，因此任意三个独立信道都可组成蜂窝网络。4部署802.11n的信道配置及iEi临的挑战

802.11n采用了OFDM调制解调技术，该技术将一个射频信道分割成大量的子信道，每个子信道采用各自的子载波信号(见图2)，每个载波信号都可以独立承载信息，再将一组独立的射频集中在一起同时进行传输。802.11n将每个20MHz信道的子载波数量从48个增加到52个，每个子载波传输速率为1.25Mbps，20MHz信道数据速率最大可达到65Mbps；而使用40MHz信道时，802.11n把子载波的数量提高到108个，数据速率最大可达到135Mbps。由于802.11n同时采用了MIMO技术，当4×4复用时，20MHz信道数据速率最大可达到260Mbps，40MHz信道数据速率最大可达到540Mbps。可见，802.11n若想获得高传输速率应该使用40MHz信道。

802.11n的40MHz信道获得分为两种途径，一是两个绑定在一起的20MHz信道。当使用20MHz绑定信道时，802.11n利用每个20MHz在顶端及底端保留的少量信道，可以降低相邻信道的干扰和高效使用两个20MHz信道；二是使用单独的40MHz信道时，低信道的顶部及高信道的底部不必保留以避免干扰。

但是，若在2.4GHz频段获得充足的40MHz信道存在

困难。首先，802.11b/g的14个20MHz信道是重叠配置的，非重叠信道只有3个，这意味着只能配置一个40MHz信道，无法实现蜂窝组网应用；其次，2.4GHz频段的WLAN应用已非常拥挤，干扰严重。因此，在2.4GHz频段，建议不使用40MHz信道模式，在5GHz使用40MHz信道模式是比较合理的选择。

从802.11a在5GHz频段的20MHz信道配置可见，美国分配了13个20MHz带宽的非重叠信道，欧洲国家分配了20个20MHz带宽的非重叠信道，日本分配了4个20MHz带宽的非重叠信道。在此基础上，一些国家分配了802.11n的40MHz信道，见表3。

从表3可见，美国在5170MHz～5330MHz频段和5735MHz～5815MHz频段为802.11n分配了6个独立的40MHz信道，共有频率260MHz，已将分配给802.11a的频率全部用于802.11n；欧洲国家在5490MHz～5690MHz频段分配了5个独立的40MHz信道，共有频率200MHz，在低端的5GHz和高端的200MHz频率仍留由802.11a使用；日本在5170MHz～5290MHz频段分配了3个独立的40MHz信道，共有频率120MHz.不但占用了分配给802.11a的全部频率，还增加740MHz频率以满足802.11n的组网需求。

我国为802.11a在5GHz频段规划了5个20MHz信道频率，见表4。

如果全部用于802.11n，仅能规划出2个非重叠的40MHz信道，剩余的20MHz频率也可以应用于802.11n或802.11a，但无法满足802.11n的40MHz信道组网需求。

因此，我国部署802.11n网络，其频率资源配置面临两个挑战。其一，若满足802.11n网络40MHz信道基本组网需求，就需要3个独立的40MHz信道，而现分配的5GHz频段仅可规划出2个非重叠的40MHz信道。其二，即使增加到3个非重叠的40MHz信道，也难以满足未来宽带无线接入的业务需求。依预测，我国到2020年，在设定的小区内150人同时使用WLAN，其速率为200kbit/s.上下行共需251.6MHz频率。而在802.11n网络中仅宽带视频应用的速率需求就远远高于200kbit/s，另外在设定的小区内多于150人同时使用的场景也会屡见不鲜，所以其频率总需求还要大于上述预测值。现实情况是，我国至今在非授权的2.4GHz和5GHz频段为WLAN仅分配了208.5MHz频率，与到2020年WLAN所需频率相比存在巨大缺口。

为缓解WLAN用频矛盾，在2003年召开的世界无线电通信大会(WRC-03)上，以无线局域网为主要应用的移动业务新增加了5150MHz～5350MHZ和5470MHz～5725MHz共计455MHz的频率资源。但我国至今尚未进行具体规划。因为我国已将这几段频率分别规划了其他无线电业务。航空无线电导航业务在5000MHZN5250MHz作为主要业务，将长期使用；5350MHz～5725MHz作为气象雷达的频率使用，用频需求还将长期持续；5460MHz一5650MHz用于水上导航雷达，也将长期使用。这些频率的调整以及已有业务的退出，涉及了非常复杂的因素。

5结语

当前，以美国为代表的一些发达国家，已在802.11a的5GHz频段为802.11n分配了不同数量的40MHz信道，但都能满足802.11n蜂窝组网3个独立信道的基本要求。我国至今为WLAN分配的5GHz频段仅能规划2个独立的40MHz信道，无法支持802.11n的蜂窝组网，急需相关部门为802.11n的部署开辟新的频率资源。

作者简介

何廷润：高级工程师，国家无线电频谱管理研究所高级顾问，长期从事无线通信技术开发研究和技术、计划、工程、经营等管理工作，参与和组织多项通信项目的开发、生产、工程的具体实施，在无线电频谱管理和监测及无线通信技术和市场发展领域发表数十篇文章。