关于WLAN覆盖的研究

2012-01-14乔辉

无线电通信技术 2012年3期

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。