209编号WLAN网络规划设计

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1、目前，我国的 WLAN 网络在企业和家庭应用日益广泛；而运营级的 WLAN 热点主要分布在机场、星巴克等热 点地区，业务量较少，分布较为分散，所以 WLAN 网络规划相对简单，并未引起足够重视。 据相关机构预测，随着 WLAN 技术的日益普及、市场的不断发展，运营商的 WLAN 网络将与企业结合， 热点不断扩展，用户不断增多，在局部地区将出现用户大量集中的现象，如大型写字楼，会议室；另外， 多个运营商可能在同一地区共存。 若 WLAN 网络规划不合理， 容易造成网络之间的相互干扰， 降低用户体验。 本文针对运营级的 WLAN 网络规划做一简单介绍，为 WLAN 网络的部署提供参考。 1、WLA

2、N 网络规划流程 WLAN 网络规划流程可以分为以下几个步骤 ： 调研及勘查、覆盖设计、频率规划、容量规划、网络优化 几个步骤。 通过调研了解客户需求， 明确网络覆盖目标、 应用背景， 分析用户对象群及数量、 业务特征等 ； 并对 WLAN 覆盖现场进行勘查，获得现场环境参数、传输及点位等资源情况。在此基础上制定合理的 WLAN 网络规划 总体原则和策略。 覆盖设计阶段首先确定 WLAN 网络的覆盖方式，即采用室内还是室外覆盖方式、单独建设还是与移动通 信网络合路等。确定覆盖方式之后根据现场环境参数进行链路预算，在此基础上初步确定 AP 点位及数量。 在有条件情况下，进行 WLAN 仿真，预测

3、规划效果，并根据仿真结果进行调整，直到各项参数达到目标值。 覆盖设计之后根据前面确定的AP点位及数量进行合理频率规划， 规避频率干扰， 力求将干扰降到最小。 若频点始终无法合理规划，需重新调整 AP 的点位及数量。 然后根据用户需求进行容量规划。容量规划与频率规划是相互关联又相互制约的，提升容量将增大干 扰，降低干扰又会减少网络容量，容量规划的目的就是找到容量和干扰整体最优的结合点。 最后，在 WLAN 网络建成之后，进行实际的测试，做相应的优化调整，使网络性能达到最优。 当然，WLAN 网络规划的这几个步骤之间是相互关联、不可分割的，进行实际规划设计时应综合考虑这 几方面，这样才能减少网络规

4、划往复次数，并使最终的 WLAN 网络性能接近最优。 2、调研及勘查 前期调研和规划是网络规划的基础， 是获得规划输入参数的过程。 调研阶段需与运营商进行良好沟通， 以确定准确的覆盖目标、网络设计容量以及网络的预期质量。 由于 WLAN 信号在空间衰减较快，且 WLAN 多应用于室内环境，建筑结构、房屋材质对 WLAN 信号的影响 很大，需进行现场的勘查，为 WLAN 的规划、仿真做好前期准备。另外，WLAN 使用的是非授权频段，前期 勘查的另一目的是确认附近是否有干扰源，是否需要与其他运营商或企业商议频率问题或采取其它干扰规 避措施。 3、覆盖设计 3.1 覆盖方式 WLAN 网络大体可以分

5、为下面两种场景、4 类覆盖方式。 （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、Mesh 型网络覆盖方式。 3.1.1 室内单独建设方式 这是目前最简单、应用最广的 WLAN 建设方式。如图 1 为某办公楼 WLAN 网络点位图。 图 1 某办公楼 WLAN 网络点位图 采取单独建设方式时，主要根据 WLAN 的覆盖和容量需求在相应的位置布放，并将走线长度控制在允许 范围内。随后的链路预算只需计算空间损耗即可。 一般来说，单独布放点位选择比较灵活，基本可以使用适合 WLAN 覆盖的最佳点位；并且由于使用了较 多的 AP，可以获得较大的网络容量

6、。 3.1.2 共用室内分布系统建设方式 目前很多高档写字楼已经进行了移动通信的室内分布系统建设， 在引入 WLAN 时可以考虑采用共用室分 系统的建设方式；另外，没有室分系统的楼宇在规划建设室内分布系统时可以将 WLAN 信号一同考虑。 如图 2 所示，将 WLAN 的无线射频信号通过合路器馈入室内分布系统，各频段信号共用天馈进行覆盖。 图 2 室内型 由于 WLAN 设备输出信号强度较小，一般采用后端合路，使 AP 尽量接近天线。 共用室内分布系统的优点在于可以充分利用原有资源， 工程量较小， 经济快捷。 另一方面， 应注意 WLAN 使用与原有系统不同的频段，需更换支持 2.4GHz 的

7、元器件；需重新进行链路预算。共用室内分布系 统时天线点位可能不是最优的；且由于使用的 AP 较少，网络容量较低。 3.1.3 室外型 AP 覆盖方式 对于居民楼、校园等以覆盖需求为主的地区，可以使用室外型 AP 进行覆盖。如图 3 所示，AP 置于建 筑物顶端或外墙，使用室外型 AP 和高增益天线，对室内进行覆盖。 图 3 室外型 采用室外型覆盖方式建设速度快，网络维护简单，投资少见效快。但应注意下面几方面问题。 （1）室外 WLAN 信号和室内 WLAN 信号之间的干扰； （2）WLAN 为共享带宽，无法保障单个用户的带宽； （3）室内 WLAN 信号的覆盖效果。 3.1.4Mesh 型网络

8、覆盖方式 对于室外较大面积（如城市、校园等）的 WLAN 覆盖可以采用 Mesh 型网络覆盖。如图 4 所示，Mesh 技 术采用网状网结构，通过若干个基于无线互联的 AP 群对目标区域进行覆盖，并将数据回传至有线 IP 骨干 网。 图 4Mesh 型网络覆盖 此种建设方式部署灵活、建设快捷，对传输等资源需求较少。部署时应注意频率规划及对周边 WLAN 网 络的影响。 3.2 链路预算 在确定 WLAN 网络部署方式之后，就要进行链路预算。 设发射机的输出功率为 Pt，空间路径衰耗 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

9、 可用下面公式表示： Pr=Pt+Gt-PL(d)-Ls+Gr 根据此公式可以计算得到各处的接收电平，进而确认 AP 覆盖范围。 下面讨论在室外、室内的 WLAN 信号传播损耗。 3.2.1 室外环境 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。 2.4GHz 自由空间电磁波的传播路径损 耗符合： L0(dB)=92.4+20lg(d)+20lg(f) 其中 L0 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。 3.2.2 室内环境 选取衰减因子模型作为室内无线传播模型，其表示式为： 其中 PL(d0)=20lg（4d0/），一般取 d0=1m，当

10、频率为 2.45GHz 时，其值为 40dB； NMF 表示基于测 试的多楼层路径损耗指数。典型建筑物的路径损耗指数如表 1 所示。 表 1 典型建筑物的路径损耗指数 经过链路预算，可以初步确定 AP 的点位。 3.3 仿真 通过手工计算链路预算比较繁琐，目前有很多公司开发了针对 WLAN 规划的仿真软件，规划效率较高， 方案修改方便，且链路预算更为准确、直观。图 5 是针对某办公楼 WLAN 的信号强度仿真。 图 5 针对某办公楼 WLAN 的信号强度仿真 通过软件，可以将实际的环境中各项参数在仿真中体现出来，包括房屋构造、墙体材料、门窗位置、 家具布局等，再现一个近乎实际的场景。仿真后可以

11、得到信号强度、信噪比等多项指标，通过结果可以对 网络进行重新调整和仿真。部分仿真软件甚至能够根据客户需求自动进行 WLAN 规划。 图 6 频率规划 4、频率规划 IEEE802.11b/g 设备使用 2.42.4835GHz 频段。工作频率带宽为 83.5MHz，划分为 14 个子频道，每个 子频道带宽为 22MHz；互不干扰的子信道有 3 个。（802.11a 使用 5.8GHz 频段，目前应用较少，本文暂不 做讨论。） 与蜂窝网类似， 3 个互不干扰信道可以进行频率复用， 但应确保使用同一信道的 AP 之间应有足够远的 距离，避免干扰。理想的 WLAN 部署情形如图 7 所示。 图 7

12、理想的 WLAN 部署情形 AP 覆盖区域之间应有重叠区，以保证无缝覆盖和适应负载均衡。 5、容量规划 随着 WLAN 的普及， 出现了一些用户密集的热点区域， 这些区域是 WLAN 设计的难点和重点。 下面讨论 AP 接入能力、干扰对 WLAN 速率的影响几个方面的问题。 5.1 单 AP 接入能力 由于 WLAN 采用 CSMA/CA 机制，如果接入用户过多，那么同一时刻发生冲突的概率明显增大，也必定会 延长每个用户等待的时间，而使得系统带宽闲置；如果用户超过一定的限度，会导致系统的瘫痪。工程设 计上一般每 AP 接入用户数在 2030 台左右应该比较合适。 5.2 信道干扰 5.2.1

13、其它设备的干扰 经过测试，使用 2.4GHz 频段的设备中，蓝牙等小功率设备对 WLAN 网络的影响很小，可以忽略；微波 炉等大功率设备对 WLAN 网络的影响较大，在网络设计时应注意远离此类设备。图 8 是微波炉对 WLAN （802.11b）传输速率影响的曲线图。 图 8 微波炉对 WLAN（802.11b）传输速率影响的曲线图 从图中可以看出，WLAN 设备靠近干扰源时，传输速率迅速下降。 5.2.2 同道干扰 WLAN 采用的直接序列扩频技术的扩频码是标准的， 不同的设备使用相同的扩频码， 因此相邻小区不能 使用相同频率， 否则将造成同频干扰。 图 9、 10 分别是相距 40m 的两

14、个 802.11b 的 AP 使用 1、 6 信道和 1、 1 信道时的网络吞吐量。 图 9 两 AP 分别使用 1、6 信道 图 10 两 AP 均使用 1 信道 在使用非干扰频段时，两 AP 总吞吐量可以接近 11Mbit/s；在同频时总吞吐量不足 6Mbit/s，此时 2 个 AP 与非干扰情况下 1 个 AP 的吞吐量接近。所以，在有限范围内单纯采用增加 AP 的办法是无法提高网 络容量的。 5.2.3 邻道干扰 两信道中心频率小于 25MHz 时，信道之间存在重叠区域，会有部分干扰。图 11 曲线是两 AP 信道间隔 分别为 05 情况下的总吞吐量曲线。 图 11 两 AP 信道间隔

15、分别为 05 情况下的总吞吐量曲线 使用邻频可以增加可用频点数，但会引入干扰，工程上一般仍采用 1、6、11 三个完全不干扰的频段。 对于使用邻频的能否使系统总容量得以及提升、提升效果还有待进一步的试验来验证。 5.3 干扰规避及容量提升 通过规避干扰提升网络容量，尤其是在小范围提供大容量的无线局域网是 WLAN 设计的难点。针对干扰 规避和容量提升，业内主要有如下几种建议：充分利用天然隔断（如建筑物、墙体等）、使用 802.11a、 降低 AP 发射功率、使用扇区天线或智能天线。 利用隔断进行频率复用是 WLAN 网络规划的基本方法， 802.11a 的使用主要受限于用户发展， 这里都不 再

16、赘述。下面针对后两种建议进行简单讨论。 5.4 降低 AP 发射功率 降低 AP 发射功率可以减少 AP 的覆盖范围，从而增大频率复用度。降低 AP 发射功率，可以减少 AP 之 间的相互干扰 ； 但是， STA 的发射功率一般为 30mW， 部分 STA 设备的功率用户是无法控制的， 所以 AP 与 STA 之间、STA 与 STA 之间的干扰依然存在，所能带来的容量提升也有限。 5.5 扇区天线，智能天线 此技术用于蜂窝网络，使容量得以提升。WLAN 使用扇区天线或智能天线，可以减少 AP 之间以及 STA 与 AP 之间的干扰，在一定程度上能够提升容量。但是 STA 均使用全向天线，功率不可调，STA 之间的干扰 依然无法避免 ；