数字无线社区的建设探索

张建伟

(宝鸡文理学院 物理与光电技术学院，陕西 宝鸡 721016)

0 引 言

近五年来，“移动互联”技术的发展和迅速普及已经彻底改变了人们的生活，人们对无线网络服务的依赖与日俱增，“数字无线社区(城市)”的概念也被提出并加以实现。数字无线社区(城市)的建设，通常由当地政府牵头、移动通信运营商实施建设和各行业参与合作。

鉴于运营商投资建设数字无线社区的预期收益不大，其实施建设的热情不高，建议当地政府要正确引导，让运营商意识到数字无线社区的建设对自身发展起到非常积极的推动作用，比如推动数字无线网络的建设，可以有效弥补全业务运营短板，可以快速切入数字无线城市的行业市场，还能增加政府客户关系，竖立运营商的品牌形象，同时也能透过数字无线城市的大数据，进一步推动后续的精准化营销[1]。所以，数字无线社区的建设对于运营商来说，是一项具备经济效益和社会效益的系统工程。

陕西省咸阳市是我国西部中等城市，全市辖2区1市10县，总面积10 189.4平方公里，2015年末常住人口497.24万，中心城市人口91.5万。本文以咸阳市部分城区数字无线局域网规划为例作进一步分析，研究咸阳市“数字无线社区(城市)”的规划和部署方案。咸阳市拥有国内绝大多数城市所具有的各类场景，因此对其他中小城市数字无线局域网的规划建设具有重要的参考价值和意义。

1 覆盖场景

数字无线局域网的覆盖场景，应包含多个大型住宅小区、若干党政军机关、机场和火车站等交通枢纽以及高校、商业中心等。这些区域数据需求量大而且具有各自的特点，需根据这些区域的特点，进行分类，根据不同场景类型采用合理的覆盖方式进行有效覆盖，覆盖场景类型汇总表如表1所示。

根据城区多种覆盖场景进行覆盖方式分类，主要可以分为室外覆盖、室外覆盖室内和室内覆盖三类[2]。

以下根据这三类场景对覆盖目标进行分析、归类，最终确定各种场景采用的建设解决方案。

(1)室外覆盖场景：室外覆盖场景主要为商业街、公园、市民广场以及主干道路，该场景为开放式，采用室外型或者室外基站型AP覆盖。

(2)室外覆盖室内场景：对于大中型住宅小区、城中村等区域，由于楼宇相对密集，室内信号较差，采用室外型AP覆盖室内。

(3)室内覆盖场景：对于党政机关、交通枢纽、大型场馆、卖场、写字楼、宾馆等室内需求量较大的区域，采用室内覆盖方式满足室内覆盖需求。

表1 数字无线局域网覆盖场景类型汇总表

2 覆盖范围

咸阳市中心城市面积90平方公里，中心城区所辖范围：北至咸阳市文林路，南至渭阳路，西至咸通路,东至东风路。咸阳市主城区室外数字无线网络覆盖，主要依托主城区运营商的公用电话亭资源，在主城区充分发挥该资源的效用，以IC电话亭为主体，以街区沿线路灯杆为补充的方式。采用室外独立放装式AP来满足室外覆盖场景的需求，也兼顾部分室外覆盖室内的场景需求。而咸阳市主城区室内热点主要为大型体育场馆、车站、体育场馆、室内卖场、商用建筑以及学校等场区。

咸阳市主城区数字无线覆盖规模如表2所示。

商业街采用室外覆盖为主，对于部分区域室外覆盖兼顾室内覆盖。对于人流量比较大的主要道路、市民广场以及公园，采用室外覆盖方式解决驻足或者步行等较慢移动的数据接入服务需求。

数字无线网络建设初期，暂不考虑快速移动的覆盖需求，快速移动终端的接入以及频繁切换导致网络负荷较大，网络接入指标下降。后期可考虑对于城市公交车等公共系统提供如“16-WiFi”(北京某公司开发的支持交通工具内免费上网的应用服务[3])，即在公交车上部署AP热点，为公交车内的用户提供相对稳定的无线接入需求，避免车内较快移动的用户频繁发送接收室外信号。

3 覆盖方式

数字无线网络能够在覆盖目标区域提供数字无线宽带接入服务。根据覆盖目标的特点、数字无线网络的性能以及无线移动现有网络资源的基本情况，可将数字无线网络覆盖方式分为独立放装式、馈入分布式、混合覆盖式和Mesh型网络四种主要方式，其中室内覆盖方式主要包括独立放装式、馈入分布式以及混合覆盖式，室外覆盖方式主要包含独立放装式和Mesh型网络覆盖方式。

表2 咸阳市主城区数字无线热点统计表

独立放装式建设方式是指AP直接覆盖方式，是在热点区域或者热点附近安装AP设备，可通过自带天线进行覆盖，也可以通过外接不复杂的天馈系统进行覆盖的方式，其中不复杂的天馈系统仅限于距离不长的馈线和天线以及少量的功分器和耦合器[4]。独立放装式的覆盖方式，依据数字无线网络的覆盖和容量需求，在合适的位置布放热点AP设备，五类线长度应在规定长度范围内，链路预算只需要计算AP之后的空间损耗。

对于已有室内分布系统的覆盖目标，根据拟覆盖目标区域的覆盖需求和现有室内分布系统资源的现状，优先考虑采用馈入分布系统的方式对目标区域进行覆盖。根据拟覆盖物业点当前的网络现状，可以分为馈入新建分布系统方式和馈入已有分布系统方式。

混合覆盖方式的使用场景，是在传统馈入式分布系统仅能满足覆盖目标常规区域覆盖需求，对于室内分布系统覆盖区域之外的局部盲区，或者是需求容量不能满足需求的区域，采用独立放装式AP补充覆盖的建设方式。

Mesh型网络也叫无线网状网或者无线网格网，是一种多跳网络。网络中的每个节点都可以发送和接收信号，系统中无线AP呈网状分布，各AP之间通过无线中继链路进行点对点互联。Mesh型网络由若干无线接入点相互协作和相互协同的组网方式，具有自动动态组织、自动配置和自动维护的特点，相比传统无线局域网，该网络具有宽带高速、高频效率的优势，结构灵活，可快速部署[5]。

4 室内覆盖

根据工程施工特点和设备安装位置，可将室内覆盖建设方式分为室外辐射室内方式和室内覆盖系统两类。其中室外覆盖室内方式的覆盖系统主要在室外区域建设，室内覆盖方式的覆盖系统主要在室内区域建设。对于中大型住宅小区，例如多栋高层、多层住宅、城中村以及商业街等场景，通常室内覆盖系统不能有效覆盖或者室内覆盖系统不能进入不便施工时，可采用室外覆盖室内的方式。对于党政机关、交通枢纽、大型场馆、写字楼和宾馆酒店等场所，宜采用室内覆盖方式。室内覆盖方式主要分室内独立放装式和室内馈入分布式，部分区域可以采用混合覆盖方式。

4.1 室外覆盖室内方式

图1 室外覆盖室内方式示意图[6]

由于室外覆盖室内方式的覆盖系统主要在室外区域建设，通常会根据覆盖目标的结构，有选择地在附近找到符合安装条件的区域安装，以满足热点区域的数据需求。典型覆盖方式如图1所示。

对于20层以上的高层住宅楼，一般结构比较规则,建筑物接近方形,截面小,厚度大，穿透损耗较大。一般在附近30～50 m处选取4～5层左右的楼顶安装室外型AP，注意采用定向天线，将高层分区覆盖，例如将AP1覆盖1～10层，AP2覆盖11层以上区域。

4.2 室内覆盖方式

室内覆盖方式基本上分为分布式系统和独立式系统两种。

所谓分布系统是为了实现目标建筑各个室内区域均能获得合理的信号覆盖，从而借助分配器和馈线把信号源发射的无线信号功率均衡分布到目标室内建筑物的每个目标区域。此外，馈线会带来信号的损耗，无线信号频率越高，馈线带来的损耗越大，会造成不同区域出现信号功率差异。这种损耗可以通过提高线型来解决，线型越粗，每百米损耗越小，各频段的损耗差越小。所以在建设实施时，如果出现多系统共用分布系统时，为了减小馈线损耗带来的功率差情况，应尽量选用1/2”规格以上的粗馈线(1/2”规格馈线损耗是7 dB/100 M)。此外还要考虑连接接头(0.05 dB/个)和避雷器避雷器(0.5 dB/个)等其他设施带来的功率损耗[7]。独立式系统是在室内部署独立AP进行网络覆盖，主要针对用户比较集中(业务量比较大，信道资源需求量大)或室外AP距离较远的室内区域(无线信号功率较小，无法有效覆盖)。因为在室内可见区域安放和部署，在安装时，除了考虑信号有效覆盖之外，还要兼顾安全性和美观。一般施工倾向于使用全向天线，安装位置可以吸顶也可以放置于室内隐蔽位置，在保证覆盖效果的前提下视具体按安装环境而定。

1)室内体育馆覆盖方式

对于体育馆这样的热点，其数据流量具有突发性、高流量的特点，通常采用室内独立放装式进行覆盖。场馆在重大比赛时，体育馆看台上人流量较大，对数据需求较为突出，采用室内型AP进行覆盖。由于热点数量较多，为避免相互干扰，采用了2.4 GHz和5.8 GHz两个频段混合式组网方式进行覆盖，该方式可以满足较大容量需求。

2)高校学生公寓楼、企业职工宿舍覆盖方式

学生公寓楼或者企业职工宿舍是学生和职工课余生活最为集中的区域，人员密集，建筑物构造特殊，导致室内数字无线信号很差，容量也远远不能满足需求。针对宿舍楼的部署方案，主要采用室外覆盖室内和室内直接部署两种方式。

建筑物结构一般为中间走廊，两边宿舍的布局方式，其中走廊宽度约2 m，两边宿舍长度约5 m。根据每个宿舍人员数量以及宿舍的建筑物构造特性，在满足容量的同时，也要保证覆盖质量，可以按照单AP承载4间宿舍的方式进行规划。AP分布示意图如图2所示。

图2 公寓楼AP布放示意图[8]

由于公寓楼为用户数据需求密集区域，为确保网络质量，需要考虑楼层间信道干扰。信道分布需要立体考虑，不仅要考虑平层情况，还要兼顾上下层之间的同频干扰问题。公寓楼楼层之间信道分配示例表如表3所示。

表3 宿舍楼楼层间信道分配示例表

此外，对于宾馆、酒店这种场景，由于该区域通常会考虑语音和数据同时接入，一般在建设初期，业主就会要求运营商建设分布系统，对于这类热点的数据覆盖，只需要将WiFi信源馈入分布系统即可。由于WiFi信源设备AP的输出信号轻度较小，在建设馈入分布系统时，需要将AP的位置尽量靠近分布系统的天线侧，以满足天线口功率覆盖信号轻度的需求。

通常在设计时，对于WiFi系统的天线口功率应控制在8～12 dBm之间[9]。如果天线和覆盖目标之间有阻挡，建议天线口功率在11 dBm以上，可控制在11～15 dBm之间。馈入分布系统方式的热点AP数量相对较少，基本能满足覆盖需求，对于数据流量需求不是很大的场景，比较适合。

对于室内独立放装式和室内馈入分布系统，接入点AP供电方式要灵活且可靠。常用的供电方式为POE供电和本地就近独立供电方式。其中POE供电方式需要注意五类线或者超五类线的长度，理论上不要超过100 m，实际工程中建议控制在80 m以内为宜[10-11]。

5 室外覆盖

本次咸阳市部分城区数字无线网络覆盖解决方案以室外覆盖为主，主要涵盖商业街区、市民广场等数据需求较为集中、网络需求较为迫切的场所。咸阳市主城区室外WiFi网络的建设是以市区共用IC电话亭WiFi改造为基础，在人流量较大，没有IC电话亭，市政协调困难等原因导致不便再新建电话亭的区域，可将热点AP安装在路灯杆上，以实现对周边热点的覆盖。

图3 咸阳主城区IC电话亭WiFi改造效果图

咸阳主城区IC电话亭WiFi改造工程部署如图3所示，根据运营商提供的IC电话亭资源信息，每个电话亭根据覆盖需要，采用单亭、单/双AP+定向载波瓣天线的覆盖方式对主城区主要道路进行WiFi覆盖[12]。咸阳市主城区重点街区宽度一般为60 m左右，两边多为商铺，人流量较大或者人员聚集区域，需要对该区域部署WiFi热点，满足覆盖需求。

5.1 室外主要街区覆盖

图4 “嘉惠”购物广场WiFi覆盖示意图

嘉惠购物广场位于陕西省咸阳市人民路和乐于南路交叉口西南，该区域地理位置优越，经过多年的发展积淀，已经形成以新嘉惠购物广场为中心，周边众多人气商铺为一体的商业群，购物广场前道路就是一个人流量常年较为集中的区域。该街区主要道路的覆盖示意图如图4所示。

采用基于IC电话亭改造的热点，外接高增益窄波瓣定向天线，水平平面的半功率角为33°，有效覆盖半径约为100 m～150 m，覆盖宽度为30 m～50 m，能满足主城区主要道路人流量较大的街区覆盖需求。

5.2 室外市民广场覆盖

咸阳市市民休闲广场为凤凰广场、人民广场和中华广场等，以上区域人流量较为集中，尤其是在节假日，广场上人流量非常大，以下就凤凰广场作简单分析。咸阳市凤凰广场位于陕西省咸阳市北门口十字西北角，广场占地面积8 500余平方米，广场WiFi覆盖如图5所示。

图5 咸阳市凤凰广场WiFi覆盖示意图

对于咸阳市凤凰广场的WiFi覆盖，采用2个基于IC电话亭改造的热点，外接高增益窄波瓣定向天线的方式进行覆盖，能满足该广场市民的数字无线接入需求。通常广场流量高峰一般出现在晚上，尤其是在夏季，市民多在广场纳凉的时间段。

6 结束语

通过咸阳城市社区的数字无线化局域网的设计和建设，从覆盖场景、覆盖范围、室外覆盖和室内覆盖几个角度进行了研究，给出了具体的实施方案。此外，数字无线城市是一张运营级的企业网，数字无线局域网中的任何设备都必须具备企业级标准，所有设备都必须遵循国际统一标准，设备的稳定性、通用性和兼容性都必须达到企业运营级的要求。搭建中等城市数字无线局域网，设备选型需要满足当前容量需求，网络中各层级的设备也要具备一定的稳定性，同时还要考虑到扩容需求和经济可行性。