无线局域网网络规划

    无线局域网(WLAN)最初是作为有线局域网的补充手段引入的，在一个很小的区域内为便携或固定终端提供无线接入网络服务，用户数量和接入点(AP)数量都很少，网络结构也很简单，基本不需要额外的网络规划。然而，无线局域网在移动性、可扩展性、安全性以及传输速度方面的进展，已使其可以满足大容量、多用户、广覆盖的可管理无线网络的要求。其热点地区覆盖的扩大、网络结构的日益复杂，加上目前WLAN主设备所使用的2.4 GHz ISM频段的开放性，要求在可运营无线局域网的应用中必须进行科学的无线网络规划。
    网络规划包括对整个网络架构的选定、拓扑结构的设计以及对频率、站点、功率、干扰、容量、服务等级及切换等诸多方面的规划。限于篇幅，本文没有论述关于网络规划的所有问题，而着重分析2.4 GHz频段WLAN在热点地区应用时所特别涉及的无线网络规划问题，包括频率规划、覆盖范围、功率选择、干扰避免和小区复用等问题，以期得到一些具有工程指导意义的结论。

1 网络架构
    WLAN作为公众无线网络应用时，一般的网络结构如图1所示[1]。

2 频率规划
    依照国标GB 15629.11、GB 15629.1102和IEEE 802.11b Wi-Fi标准，WLAN的无线设备工作频段为：2.4~2.4835 GHz。工作频率带宽为83.5 MHz，划分为14个子频道，每个子频道带宽为22 MHz[2]。各子频道的分配情况如图2所示。

    多个频道同时工作的情况下，为保证频道之间不相互干扰，要求两个频道的中心频率间隔不能低于25 MHz。因此从图2可以看出，在一个蜂窝区内，直序扩频技术最多可以提供3个不重叠的频道同时工作，提供高达33 Mb/s的吞吐量。

3 覆盖规划
    单个无线接入点室外最大覆盖范围是150 ～300 m，室内50～100 m。
要覆盖较大或结构较复杂的区域，需要由多个AP组成的多个小区进行无缝覆盖，这涉及到电波传播、功率设置和天线类型等多个问题，需要统一规划。

3.1 无线链路计算
    设发射机的输出功率为Pt，空间路径衰耗PL(d)，电缆及电缆接头、避雷器的损耗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可用公式(1)表示：
Pr=Pt+Gt-PL(d)-Ls+Gr                                            (1)
    各速率级别的接收机灵敏度分别为-90 dBm (1 Mb/s)，-88 dBm (2 Mb/s)，-87 dBm (5.5 Mb/s)和-84 dBm (11 Mb/s)。其中IEEE 802.11b要求11 Mb/s的接收灵敏度为-76 dBm，这里列出的为目前设备一般可达值，优于标准要求。算出的Pr与接收机灵敏度比较可得出某速率级别的无线链路是否满足要求。

3.2 传播损耗
(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[3]。2.4 GHz自由空间电磁波的传播路径损耗符合：
L0(dB)=92.4+20lg(d)+20lg(f)     (2)
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。

(2) 室内环境
    选取衰减因子模型作为室内无线传播模型[3]，其表示式为：

其中PL(d0)=20lg(4πd0/λ)，一般取d0=1 m，当频率为2.45 GHz时，其值为40 dB；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。

3.3 功率设定
    无线局域网AP的发射功率根据小区半径设定，最大不超过100 mW。在实际运行中，根据接收信号强度，自动功率控制电路自动调节发射功率，对距离较远的用户使用较大功率连接，对距离较近的用户则使用较小功率连接。

3.4 覆盖范围
    设定最大发射功率，已知接收机灵敏度并选定天线类型后，就可以确定每个AP的覆盖范围，从而初步确定满足覆盖的AP数量和站点位置。设最大发射功率为15 dBm，接收网卡天线增益为0 dBi，则：

(1) 室内环境
    衰减因子模型，衰减因子取3.14，频率2.45 GHz，AP天线增益分别为0、2、4、6、8、10、12 dBi时，预留10 dB余量，覆盖范围的对应关系如图3所示。

(2) 室外环境
    自由空间模型，频率2.45 GHz，AP天线增益分别为0、2、4、6、8、10、12 dBi时，馈线较长，预留10 dB余量，覆盖范围的对应关系如图4所示。

4 频率复用和避免同频干扰
    同频干扰是无线网络规划中较难解决的问题，主要采取以下办法解决或改善同频干扰扩频接收：

4.1 采用扩频技术
    国标和IEEE规定的2.4 GHz WLAN收发信机主要采用直接序列扩频，接收机直接从扩频信号中根据伪随机的扩频码相关接收滤除非扩频窄带同频信号和非相同无线局域网扩频码的其他同频扩频信号(ISM频段这类信号很多)。

4.2 小区频率复用
    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。采用小区频率复用的办法可将应用相同频率信道或频率有重叠信道的小区分开。
    设终端位于小区A边缘，小区B为同频复用小区，终端至A、B接入点的距离分别为d1和d2，若射频保护比设为最小值8 dB[3]，即要求终端到两个接入点的传播损耗之差大于8 dB，则小区复用距离所满足的公式为：
d2/d1>108/31.4=1.8，即小区间的复用距离约为r >2.8 d1（室内损耗模型） (4)
d2/d1>108/20=2.5，即小区间的复用距离约为r >3.5 d1（室外损耗模型） (5)
    如要求更高的射频保护比，复用距离还要进一步增加。

4.3 应用扇区天线或智能天线
    如果一个蜂窝小区内无法避免使用3个以上的信道，可以将该小区分为多个扇区，用不同的扇区天线进行覆盖；或利用智能天线技术，自适应的将每个或每几个用户用一个方向性很强的针状波束覆盖，而不干扰别的用户。

5 其他问题
    在无线局域网网络规划中，高密度大流量的热点地区是设计的难点和重点。无线局域网可以采用减少发射功率缩小区半径、共用三个互不重叠信道以及扇区天线等技术提高覆盖区域的系统容量。智能天线技术也可扩大系统容量，同时减少无线信号干扰。对于特殊区域可以综合应用分布式天线和泄漏电缆等技术来进行解决。

6 总结
    总的来说，无线局域网的无线网络规划通过初步勘测，进行频率规划、覆盖规划、功率规划、干扰避免和容量规划，从而初步确定AP数量及位置以及实际测试、调整和优化，最终得出无线网络规划设计报告。

7 参考文献
[1] 郭峰,刘乃安. 无线局域网[M].北京: 国防工业出版社，1999.
[2] LAN/MAN Standards Committee of the IEEE Computer Society. IEEE Std 802.11b-1999 Wireless LAN Medium Access Control(MAC) and Physical Layer(PHY) Specifications: Higher-Speed Physical Layer Extension in the 2.4GHz Band[S].New York: the IEEE Inc., 2000.
[3] 郭梯云，邬国扬，李建东. 移动通信[M].西安:西安电子科技大学出版社，2000.

收稿日期：2004-02-13

[摘要] 无线局域网(WLAN)正从有线局域网的补充手段向可运营的公众无线局域网演变，布网区域的扩大、用户数量的增加以及网络容量的加大，使得无线网络规划成为公共无线局域网建设的突出问题。文章着重分析了2.4 GHz频段WLAN在热点地区应用时所特别涉及的无线网络规划问题，包括频率规划、覆盖范围、功率选择、干扰避免和小区复用等问题。

[关键词] 无线网络规划；网络架构；频率规划；覆盖规划

[Abstract] With the Public Wireless Local Area Network (WLAN) expanding its coverage and capacity, its wireless network planning has been playing a key role in the success of WLAN construction. This paper focuses on the wireless network planning of WLAN at 2.4 GHz at hot spots, and including frequency planning, coverage planning, power planning, interference avoidance and cell multiplexing.

[Keywords] wireless network planning; network architecture; frequency planning; coverage planning