WLAN基站在“无线城市”建设中应用测试及设备优化建议

2012-02-08李腾蛟舒培炼张敏

湖南邮电职业技术学院学报 2012年2期

李腾蛟，舒培炼，张敏

（1.湖南省邮电规划设计院有限公司，湖南长沙 410126；2.长沙通信职业技术学院，湖南长沙 410015）

建设“无线城市”已成为全球信息通信领域的大趋势，对发展经济、推动民生意义深远。中国移动将全面推动国内“无线城市”建设。WLAN网络作为2G、3G网络的有益补充，是构建“无线城市”的重要技术实现手段。随着全业务竞争越来越激烈，发展WLAN业务对于城市移动发展宽带战略，构建“无线城市”，保持在移动领域的业务领先具有重要意义。WLAN基站作为新型WiFi覆盖设备，受到越来越多的重视，采用WLAN基站对WiFi热点进行覆盖的试点和测试工作也处于积极的开展中。本文正是基于WLAN基站的试点和测试工作，验证WLAN基站及其与CPE设备结合对各类典型热点场景的覆盖效果，从而得出WLAN基站的适应场景，同时给出了若干设备优化建议。

1 WLAN基站概述

随着WLAN网络的较大规模发展和建设，常规的室内型AP和室外型AP设备暴露出覆盖范围有限、容量不足等缺点，使其应用场景受到很大的限制。在选用WLAN设备进行热点布控环节中，WLAN基站因其覆盖范围广、容量大、易安装等特点和优势受到业界的广泛关注，并逐步规模化应用到无线宽带业务发展中。WLAN基站采用了多收发机、智能天线、波束赋形、先进的信号处理算法等技术，大幅提升了单基站的覆盖能力，尤其是非视距环境下覆盖能力的提升。同时，通过提高链路性能和采用SDMA等技术，单基站系统的容量得到了极大提升，使得同一基站下并发用户数大大提高。通过CPE设备中继，可以有效延伸覆盖距离，加大建筑物覆盖深度，从而实现室内用户的良好覆盖。目前，WLAN基站主要有单扇区基站、多扇区基站、全向基站等几种应用类型。

2 WLAN基站应用及测试情况

根据WLAN基站的特点，选取高档小区、城中村、厂区/宿舍区等典型热点环境进行WLAN基站的覆盖及容量试验，从而验证WLAN基站及其与CPE中继设备结合对各类典型场景的覆盖效果。

2.1 高档小区

方案选取某高档小区连排建筑作为试点，WLAN基站安装于小区中庭保安亭上，采用4扇区基站对两侧楼宇进行覆盖。设备安装及环境如图1所示。

2.2 城中村

方案选取某密集城中村环境，通过利用城中村内宏基站塔桅、视频监控杆体、建筑物楼顶等条件，共安装6个4扇区基站和1个单扇区基站对目标区域进行覆盖。

2.3 厂区/宿舍区

方案选取某大型工厂宿舍区及生活区域作为试点，其中运动场和生活长廊选用单扇区基站进行覆盖，宿舍楼通过多扇区基站在对面宿舍楼顶进行楼间对打的方式进行覆盖。

2.4 测试情况及分析

针对以上三个典型场景的试点情况，进行了系统的测试，主要测试结果如表1所示。

表1 各典型场景WLAN性能测试情况

天俞药店距离天线124米沿街门面 -68dBm 2% 108KB/s金湾路29号某卧室距离天线105米，建筑物内部 -83dBm 5% 9KB/s城中村创康药店距离天线123米，沿街门面 -73dBm 3% 65KB/s月弯路5巷23号距离天线150米，沿街门面 -71dBm 2% 80KB/s金湾路27号距离天线120米，室外 -66dBm 1% 135KB/s厂区/宿舍运动路树木阻挡，距离180米 -69dBm 2% 400KB/s宿舍楼A栋二楼，视距20米 -43dBm 1% 510KB/s宿舍楼B栋一楼，墙体阻挡，距离35米 -71dBm 2% 370KB/s

同时，针对CPE设备对WLAN信号的中继能力进行了对比测试，测试结果如表2所示。

表2 CPE设备高档小区场景中继能力测试情况

测试结果表明：在小区场景中，WLAN基站能完成靠近基站侧楼宇的室内良好覆盖，而背向基站侧的部分房间，覆盖效果较差，未能达到既定的覆盖要求；对于城中村环境，在室外环境及沿街店铺测试结果表明，WLAN基站能有效覆盖沿街店铺及室外街道环境，但建筑物内部由于城中村建筑物密集，无法实现有效的深度覆盖；对于厂区/宿舍场景，WLAN基站表现出优异的覆盖性能，在室外空旷环境下，200米外接收电平仍维持在-70dBm以上，在宿舍过道（信号经过宿舍后再穿透一堵墙）测试，仍能达到良好的覆盖效果和下载速率。

针对CPE设备中继能力的测试表明：将CPE设备安放于靠近WLAN基站的窗口位置，对WLAN基站信号进行转发后，笔记本电脑连接CPE设备转发的信号再进行上网接续，原本信号质量较差的位置得到了很大的改善，系统连接速率和下载速率有了明显的提升，从而验证了CPE设备在延伸WLAN基站的覆盖距离和覆盖深度方面的作用。

3 WLAN基站应用场景分析

通过典型环境的试点和测试工作以及WLAN基站自身技术特点，可以得出结论：WLAN基站较为适合应用在道路、商业街区、公园广场、城中村等覆盖型为主的场景。同时，对于无法或较难采用传统方式（新建室内分布系统、AP直接放装、室外型AP覆盖）覆盖的住宅小区等场景，也可以考虑采用WLAN基站覆盖。而对于容量需求大的热点，因WLAN基站本质上未增加系统吞吐率，故不建议采用WLAN基站覆盖方案。

4 WLAN基站设备优化建议

试点方案验证了WLAN基站在典型场景中的应用效果，通过CPE中继技术能有效延伸覆盖距离，加大建筑物覆盖深度，可实现室内用户WLAN的良好覆盖。但同时也发现了以下两个较为严重的问题：

1）WLAN基站基于802.11b/g模式，单AP吞吐量只能达到25Mbps左右，严重影响了覆盖区域内用户数量和用户良好感知度的提升。

2）CPE中继设备采用透传模式，上下行采用相同频率，造成了较为严重的上下行相互干扰。

针对以上问题，笔者展开积极思考，对WLAN基站和CPE设备提出若干建议，着手通过设备层面的改进解决以上问题。

4.1 支持802.11n的基站型AP设备

目前，基于802.11n的AP设备已实现2*3MIMO，最大吞吐率达到300Mbps。积极研发支持802.11n的WLAN基站，利用WLAN基站在延伸覆盖距离的同时，极大地突破传统AP设备吞吐率低的瓶颈，从而使得单AP设备支持的用户数及带宽得到根本的保障。

4.2 增强型CPE设备

传统CPE设备采用同频收发，且都处在2.4GHz频段，在转发信号时，会造成较为严重的上下行干扰，从而影响WLAN基站的整体性能。开发双频CPE中继设备可有效解决这一矛盾。双频CPE设备采用2.4GHz作为与笔记本电脑终端接口频率，5.8GHz作为信号回传频段。由于5.8GHz频段相对较为纯净，信号回传质量可以得到充分的保证；同时，可有效避免上下行相互干扰的产生。

传统CPE设备由于不具备信道自适应选择功能，当多个CPE设备同时工作时，如果距离较近将引起非常严重的CPE设备之间的干扰问题，从而限制了用户数的发展。增强型CPE设备应具备信道自适应功能，在感知到周围信道环境后，能自动选择较为纯净的信道进行信号的转发，从而有效避免相互干扰的发生。同时，CPE设备应具备功率自调整功能，设备自动调整至满足通信需求的最小功率，从而最大限度的降低发射功率，减小干扰。增强型CPE设备信道自适应功能如图4所示。

5 结语

本文基于“无线城市”建设背景，介绍了实现“无线城市”WiFi覆盖的新型的设备：WLAN基站；通过选取高档小区、城中村、厂区/宿舍区等典型热点环境进行覆盖及容量试验，验证了WLAN基站对各类典型场景的覆盖能力；通过CPE设备对比测试，进一步验证了CPE设备对WLAN信号的中继能力；同时，通过系统研究，指出了当前WLAN基站及CPE设备存在的不足之处，并给出了有效的解决方案。