Wi-Fi無線網(wǎng)絡覆蓋規(guī)劃

1、Wi-Fi無線網(wǎng)絡覆蓋規(guī)劃單個AP的覆蓋能力有限，要覆蓋面積較大或結構較復雜的區(qū)域，需要由多個AP組成的多個小區(qū)進行無縫覆蓋。這涉及到電波傳播、功率設置和天線類型等多個問題，需要統(tǒng)一規(guī)劃。在這個階段首先確定Wi-Fi網(wǎng)絡的覆蓋方式，即采用室內還是室外覆蓋方式、單獨建設還是與蜂窩移動通信系統(tǒng)合路。確定覆蓋方式之后根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境參數(shù)進行鏈路預算，在此基礎上初步確定數(shù)量AP及部署點位。在有條件的情況下，進行Wi-Fi仿真，預測規(guī)劃效果，并根據(jù)仿真結果進行調整，直到各項參數(shù)達到目標值。3.1 Wi-Fi的信道特性研究Wi-Fi信道特性和信道模型對其規(guī)劃、設計與部署有著十分重要的意義。根據(jù)信道特性和信道模

2、型，可以確定AP的覆蓋范圍，規(guī)劃AP的位置（即小區(qū)位置），盡量降低小區(qū)之間的干擾。3.1.1 無線信道特性在無線信道中，發(fā)射機和接收機之間的傳播路徑可能是兩點之間的直視射線，也可能存在山脈、建筑物和各種植被等多種障礙物。在實際環(huán)境中，對電波傳播起主要作用的各種反射、衍射和散射體可能是不斷運動的，因而這類無線信道與固定信道有著非常顯著的差別，它是隨機而不可預測的。無線信道對于系統(tǒng)性能有非常重要的影響，無線電在信道中的傳播特性直接影響著物理層和協(xié)議層的設計，以及對接收信號的處理方法。3.1.1.1無線電波傳播方式無線電波可通過多種方式從發(fā)射天線傳播到接收天線：自由空間波、地波、對流層反射波和電離層

3、反射波。就電波傳播而言，發(fā)射機同接收機間最簡單的方式是自由空間傳播。自由空間指該區(qū)域是各向同性（沿各個軸特性一樣）且同類（均勻結構）。第二種方式是地波。陸地無線通信系統(tǒng)中，無線電波主要是以地波的形式傳播。地波傳播可看作是三種情況的綜合，即直達波、反射波和表面波。從發(fā)射天線發(fā)出的一些能量通過直射路徑直接到達接收機，另外一些能量經(jīng)從地球表面反射后到達接收機，還有部分能量通過表面波方式到達接收機。表面波在地表面上傳播，由于地面不是理想的，有些能量被地面吸收。由于表面波隨著頻率的升高衰減增大，傳播距離很有限，所以在分析無線通信信道時，在距離較遠時主要考慮直達波和反射波的影響。而在距離較近時，如室內場景

4、，就要考慮表面波。第三種方式是對流層反射波。對流層反射波產生于對流層。對流層是異類介質，由于天氣情況而隨時間變化。它的反射系數(shù)隨高度增加而減少。第四種方式是電離層反射波。對于波長小于1m（頻率大于300MHz）的電磁波，電離層可看作反射體。從電離層反射的電波可能有一個或多個跳躍。這種傳播用于長距離通信。3.1.1.2電波傳播機制電磁波的傳輸機制非常復雜，通常有直射傳播、反射傳播、繞射傳播、散射傳播和透射傳播等幾種。（1）直射傳播直射傳播又稱視線（Line Of Sight，LOS）傳播，是指在視距范圍內無遮擋的傳播。它是超短波和微波的主要傳播方式。由于直射波是無遮擋的傳播，因此該方式傳播的信號

5、強度最強。（2）反射傳播電磁波在傳播過程中如果遇到比波長大得多的障礙物時，就會發(fā)生反射。反射通常發(fā)生在地球表面、墻面、天花板和地板以及其他物體的表面。反射是產生多徑效應的重要原因。在室外應用中，經(jīng)過多次反射后，信號強度已經(jīng)減弱了很多，有時甚至可以忽略。而在室內，由于距離較短，反射物較多，因此要特別重視。（3）繞射傳播移動信道中，電磁波在傳播時，如果遇到的障礙物有比較尖銳的斷面，那么電磁波還會發(fā)生衍射。由于衍射，電磁波會越過障礙物到達接收天線，即便在收發(fā)天線之間沒有視線路徑存在，接收天線仍然可以接收到電磁信號。這是因為，電磁波在障礙物的表面產生了二次波，其效果仿佛電磁波繞過了障礙物；障礙物前方的

6、各點可以作為新的波源產生球面波次級波，次級波在障礙物的后方形成了繞射場強，從而向后逐級傳播。在移動信道中（頻率較高），衍射的物理性質取決于障礙物的幾何形狀、衍射點電磁波的振幅、相位以及極化狀態(tài)。通常當障礙物大小與波長處于同一數(shù)量級時發(fā)生衍射，在該種情況下所引起的損耗稱為繞射損耗。設障礙物與發(fā)射點和接收點的相對位置如圖3-1所示。圖中，表示障礙物頂點到直射波的距離，稱之為菲涅爾余隙。當障礙物阻擋直射波時，；當障礙物未阻擋直射波時，。（a）負余隙 （b）正余隙圖3-1障礙物與余隙由障礙物引起的繞射損耗與菲涅爾余隙的關系如圖3-2所示。圖中，縱坐標為繞射所引起的繞射損耗，單位為dB；橫坐標為，其中是

7、第一菲涅爾區(qū)在點橫截面的半徑。根據(jù)天線理論知識，可由式（3-1）得到： （3-1）圖3-2繞射損耗與余隙關系由圖3-2可見，當時，繞射損耗約為0dB，即障礙物對直射波傳播基本上沒有影響。因此，在選擇天線高度時，應根據(jù)地形盡可能使服務區(qū)內各處的菲涅爾余隙；當時，繞射損耗急劇增加；當時，繞射損耗約為6dB。（4）散射傳播在實際的移動通信中，傳播介質中包含有大量幾何尺寸遠小于無線電波波長或者表面粗糙的顆粒，這些顆粒將會反射能量而使其散布于各個方向，即發(fā)生散射。散射的結果是造成接收信號的能量比上述反射模型和繞射模型預測的場強要大。在實際環(huán)境中，移動信道中不光滑的物體表面、樹葉、街頭的各種標志以及電線桿

8、等都可以發(fā)生散射。（5）透射傳播當電磁波射向障礙物時可能發(fā)生透射。透射產生的損耗與物體的厚薄和材質有關。電磁波的頻率也影響信號的穿透能力。采用IEEE 802.11b/g標準對目標區(qū)域進行Wi-Fi網(wǎng)絡覆蓋時，工作頻段為2.4GHz。AP發(fā)射的信號在遇到障礙物時，會產生穿透損耗。在Wi-Fi設計和建設過程中尤其需要對RF信號的穿透能力有充分的認識和估計。結合工程經(jīng)驗和實際測試數(shù)據(jù)，總結了Wi-Fi建設過程中常見的障礙場景下的穿透衰減情況，如表3-1所示。表3-1 Wi-Fi的RF信號穿透衰減一覽表序號RF障礙物相對衰減度范例穿透損耗1木材低辦公室分區(qū)約3-6dB2塑料低內墻約3-6dB3合成材

9、料低辦公室分區(qū)約3-6dB4石棉低天花板約3-6dB5玻璃低窗戶約8dB左右6水中濕木、養(yǎng)魚池約8-10dB7磚中內墻和外墻約8-12dB8大理石中內墻約10-12dB9紙高壁紙約12-15dB10混凝土高樓板和外墻約12-20dB11承重墻高澆筑水泥墻約20dB12防彈玻璃高安全隔間約20dB以上13混凝土樓板高樓層約30dB以上根據(jù)上述各種障礙場景的不同情況，在網(wǎng)絡設計過程中需要做出合理的穿透損耗估計，以保證覆蓋區(qū)域能有良好的覆蓋。在衡量墻壁等對于AP信號的穿透損耗時，需考慮AP信號入射角度。一面0.5m厚的墻壁，當AP信號和墻壁之間直線連接呈45°角入射時，相當于1m厚的墻壁；

10、在2°時相當于超過14m厚的墻壁。所以要獲取更好的接收效果應盡量使AP信號能夠垂直地（90°）穿過墻壁或天花板。3.1.1.3無線信道的傳播損耗和效應無線信道的隨機性與不確定性及其帶來的傳播上的特點，對接收點的信號將會產生如下三類不同的損耗和兩種效應：Ø 路徑傳播損耗指電波在空間傳播所產生的損耗，它反映了在宏觀大范圍空間內傳播的接收信號電平平均值的變化趨勢。它是距離和障礙物的函數(shù)。自由空間的傳播損耗為： （3-2）其中，為頻率（），為距離（）?？梢酝ㄟ^增大發(fā)射和接收天線的增益來補償這些損耗。與自由空間的路徑損耗相比平坦地面?zhèn)鞑サ穆窂綋p耗為： （3-3）式中。

11、16; 慢衰落損耗典型的慢衰落即陰影衰落，是指由于電波傳播路徑上受到建筑物及山丘等的阻擋而產生的陰影效應所造成的損耗。它反映了中等范圍內（數(shù)百波長量級）的接收電平的均值起伏變化的趨勢，一般遵從對數(shù)正態(tài)分布。Ø 快衰落損耗大量傳播路徑的存在就產生了所謂的多徑現(xiàn)象，其合成波的幅度和相位隨移動臺的運動產生很大的起伏變化，從而造成快衰落損耗。它反映了微觀小范圍內（數(shù)十波長以下量級）接收電平的均值起伏變化的趨勢，一般遵從瑞利分布或萊斯分布。慢衰落與快衰落的比較，如圖3-3所示。圖3-3快衰落和慢衰落Ø 陰影效應當用戶在覆蓋區(qū)內移動，可能會經(jīng)過建筑物或其它阻擋物的后面，這就會導致信號惡

12、化后又變好的現(xiàn)象。Ø 遠近效應即使各用戶站發(fā)射功率相同，到達相同基站的信號強弱也可能不同，離基站近信號強，離基站遠信號弱。通信系統(tǒng)的非線性則進一步加重它們的強弱關系，出現(xiàn)強者更強、弱者更弱和以強壓弱的現(xiàn)象。3.1.2 Wi-Fi室外信道及其特征室外部署Wi-Fi網(wǎng)絡，服務于室內外用戶，無線連接通過空氣傳輸數(shù)據(jù)，避免了道路使用權問題。而且，Wi-Fi網(wǎng)絡的擴容性很好，不易受到地理位置的限制。由于無線傳輸提供的僅僅是一個完全透明的鏈路（符合IEEE 802.11），所以符合并支持所有的網(wǎng)絡協(xié)議（如TCP/IP），兼容各種網(wǎng)絡接口標準，滿足了各種操作系統(tǒng)的需要。設立室外Wi-Fi需要考慮很

13、多因素：需要連接的建筑物必須要能保持明確的視線，像高大的樹木和建筑物等障礙物都會直接影響無線電波的傳輸。在降低標稱速率的情況下，可以增加建筑物之間的傳輸距離，進行遠距離傳輸。由于Wi-Fi連網(wǎng)設備大都要求“視距”傳輸，因此天線高度的設定很重要。如果天線的高度不夠，靠增加功率放大或增大天線增益的方法得到的效果將非常有限。在無線覆蓋區(qū)域內，要規(guī)劃并選擇一個不會與其他無線通信干擾的信道。通過Wi-Fi跨路連接建筑物時，天線可以安裝在屋頂上，利用小型天線保持電波的集中，并避免來自其他企業(yè)的干擾。盡管無線網(wǎng)絡利用了跳頻技術，使得頻率載波很難被檢測到，但是，還可以在AP設置網(wǎng)絡ID號，這樣只有當雙方設置了

14、同樣的ID號，用戶才能和AP同步并接到網(wǎng)絡中。此外，將傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進行加密是進一步提高安全性的手段。Wi-Fi在室外主要有以下幾種結構：點對點型、點對多點型、多點對點型和混合型。（1）點對點型常用于固定的要聯(lián)網(wǎng)的兩個位置之間，是無線聯(lián)網(wǎng)的常用方式，使用這種聯(lián)網(wǎng)方式建成的網(wǎng)絡，優(yōu)點是傳輸距離遠，傳輸速率高，受外界環(huán)境影響較小。（2）點對多點型常用于有一個中心點，多個遠端點的情況下。其最大優(yōu)點是組建網(wǎng)絡成本低、維護簡單；其次，由于中心使用了全向天線，設備調試相對容易。該種網(wǎng)絡的缺點也是因為使用了全向天線，波束的全向擴散使得功率大大衰減，網(wǎng)絡傳輸速率低，對于距離較遠的遠端點，網(wǎng)絡的可靠性不能得到保證；

15、其次，由于多個遠端站共用一臺設備，網(wǎng)絡延遲增加，導致傳輸速率進一步降低，且中心設備損壞后，整個網(wǎng)絡就會停止工作；此外，所有的遠端站和中心站使用的頻率相同，在有一個遠端站受到干擾的情況下，其他站都要更換相同的頻率，如果有多個遠端站都受到干擾，頻率更換將更加麻煩，且不能相互兼顧。（3）多點對點型實際上是多個點對點型的組合，在有一個中心點多個遠端點的網(wǎng)絡中經(jīng)常使用，每一個遠端點在中心點都有各自對應的設備。這種方式組成的網(wǎng)絡由于每個點采用的都是點對點方式，所以，中心點的一臺設備損壞后，只會影響相關的一個點，不會使整個網(wǎng)絡受到影響。但在組建一個較大的網(wǎng)絡時，如果每個點都使用點對點方式，將增加網(wǎng)絡成本。此

16、外，由于點對點方式在兩個方向上都使用了定向天線，在設備安裝調試過程中會有一些困難。但是，考慮到網(wǎng)絡建成后使用上的穩(wěn)定性以及可靠性，建議使用點對點方式組網(wǎng)。（4）混合類型適用于所建網(wǎng)絡中有遠距離的點，近距離的點，還有建筑物或山脈阻擋的點的情況。在組建這種網(wǎng)絡時，綜合使用上述幾種類型的組網(wǎng)方式，對于遠距離的點使用點對點方式，近距離的多個點采用點對多點方式，有阻擋的點采用中繼方式。對于室外環(huán)境，因為一般Wi-Fi小區(qū)的覆蓋范圍較小，因此采用自由空間傳播模型。（1）自由空間傳播損耗自由空間是指一種充滿均勻且各向同性的理想介質的無限大的空間。自由空間傳播則是指電磁波在該種環(huán)境中的傳播，這是一種理想的傳播

17、條件。當電磁波在自由空間中進行傳播時，其能量沒有介質損耗，也不會發(fā)生反射、繞射或散射等現(xiàn)象，只有能量進行球面擴散時所引起的損耗。在實際情況中，只要地面上空的大氣層是各向同性的均勻介質，其相對介電常數(shù)和相對磁導率都等于1，發(fā)射點與接收點之間沒有障礙物的阻擋，并且到達接收天線的地面反射信號的強度可以忽略，在這種情況下，電波可視為在自由空間傳播。根據(jù)電磁場與電磁波理論，在自由空間中，若發(fā)射點采用全向天線，且發(fā)射天線和接收天線增益分別為、（單位dB），則距離發(fā)射點處的接收點的單位面積電波功率密度為： （3-4）式中，為接收點電波功率密度，單位為；為接收點的電場強度，單位為；為接收點的磁場強度，單位為；

18、為發(fā)射點的發(fā)射功率，單位為W；為接收點到發(fā)射點之間的距離，單位為m。根據(jù)天線理論，可得接收點的電波功率為： （3-5）式中，為接收點的電波功率，單位為W；為接收天線的有效面積，單位為；為電磁波波長，單位為m；其他變量的意義同式（3-4）。由式（3-5）不難看出，接收點的電波功率與電波工作頻率的平方成反比、與收發(fā)天線間距離的平方成反比，與發(fā)送點的電波功率成正比。自由空間的傳播損耗定義為有效發(fā)射功率和接收功率的比值，可表示為： （3-6）其中，的單位為dB。當、均為1時，將式（3-5）帶入式（3-6）可得： （3-7）或者 （3-8）式（3-7）中，的單位為m，的單位為Hz；式（3-8）中，的單位

19、為km，的單位為MHz。由式（3-7）和式（3-8）可知，自由空間的傳播損耗僅與傳播距離和工作頻率有關，并且與及均成正比；并且當或增加一倍時，增加6dB。在2.4GHz頻段的自由空間電磁波的傳播路徑損耗符合式（3-9）： （3-9）需要說明的是，前面的關系式不能用于任意小的路徑長度，這是因為接收天線必須位于發(fā)射天線的遠場中。對于物理尺寸超過幾個波長的天線，通用的遠場準則是。其中，為天線主尺寸。（2）平坦反射表面（地面）的雙線傳播模型除了衛(wèi)星通信及個別情況外，自由空間傳播損耗模型并不適用于陸地等實際環(huán)境，而比較適合的模型為平坦反射表面的雙線傳播模型。假設收發(fā)信機的天線都位于地球海拔高度之上，兩天

20、線之間是平坦的地面，到達接收天線的電波是直射波和反射波之和，如圖3-4所示。設發(fā)射天線和接收天線的高度分別為和，收發(fā)天線之間距離為，且，。圖3-4 反射波與直射波通常，在考慮地面對電波的反射時，按平面波進行處理，即電波在反射點的反射角等于入射角。不同界面的反射特性可用反射系數(shù)表示，它定義為反射波場強與入射波場強的比值，其表達式為： （3-10）式中，為反射波場強與入射波場強的振幅比，為反射波相對于入射波的相移。在圖3-4中，由發(fā)射天線發(fā)出的電磁波分別經(jīng)直射波和反射波到達接收天線，由于兩者之間的傳播路徑不同，從而會在接收天線處產生附加相移。直射波與反射波之間的路徑差為： （3-11）式中，。在實

21、際情況下，一般，則式（3-11）根據(jù)二項式定理可以展開為（只取展開式的前兩項）： （3-12）將式（3-12）帶入式（3-11）并化簡可得： （3-13）因此，由路徑差引起的附加相移： （3-14）式中，為傳播相移常數(shù)。它影響發(fā)射波和直射波之間的相位。在接收天線處的接收功率近似為： （3-15）用對數(shù)表示為： （3-16）上述兩式表明，當天線高度加倍時，接收功率增加6dB；收發(fā)天線之間的距離加倍時，接收功率下降12dB。接收信號功率近似按收發(fā)天線之間的距離的4次冪的規(guī)律衰減。實際傳播環(huán)境更為復雜，但基本上都按照冪定律規(guī)律傳播，即。其中n為距離功率斜率。因此，確定n非常重要。通常的做法是對大量實

22、際測量的數(shù)值進行線性回歸處理，用突變點（Break Point，BP）將雙線模型的傳播路徑分成兩個本質截然不同的區(qū)域，分別有不同的冪定律路徑損耗，或者說有不同的距離功率斜率。在信道情況比較復雜時，也可以將此種方法推廣至多個突變點。理論上可以通過菲涅耳區(qū)來確定突變點的位置。突變點的位置實際上就是當?shù)孛骈_始阻擋第一個菲涅耳區(qū)時收發(fā)天線之間的距離。突變點離波源的距離為： （3-17）式中，。當頻率非常高時，上式可簡化為。在突變點之前的近區(qū)（在微蜂窩測量中約為150m），接收信號電平變化緩慢，距離功率斜率，并且會發(fā)生在介于最大值和最小值之間的劇烈震蕩，振蕩頻率約為。在突變點之后的遠區(qū)，接收信號電平以（

23、通常在28之間）的冪定律衰減。通過大量實驗測量，總結得到的距離功率斜率如表3-2所示。表3-2不同環(huán)境下距離功率斜率環(huán)境距離功率斜率n自由空間2郊區(qū)宏小區(qū)2.73.5有遮擋的郊區(qū)宏小區(qū)35市區(qū)宏小區(qū)34，接近4市區(qū)微小區(qū)3.59建筑物或工廠內有LOS條件1.62室內開放環(huán)境，障礙物可見24室內有障礙物46總結冪定律的傳播特性可得路徑損耗為： （3-18）式中，為第1m的路徑損耗（為第1m處的接收功率），等式右邊第二項為相對于第1m的接收功率損耗。實際的接收功率（dB）等于發(fā)射功率減去總路徑損耗。3.1.3 Wi-Fi室內信道及其特征在室內環(huán)境中，雖然AP覆蓋范圍很小，但周圍環(huán)境卻可能變動很大。

24、建筑物內信號的傳播受到建筑物的布局、建筑物所使用的材料、建筑物的類型以及各種干擾等因素共同作用的影響。無線信號在室內傳播也同樣有四種方式：直射、反射、繞射和散射。但是，在室內環(huán)境中對無線電磁波傳播的影響因素更多。例如，建筑物內部的門是否開著，收發(fā)機之間是否有人走動；同時，天線的安裝位置也很重要，天線安裝在桌面還是房頂對接收信號的強度有較大影響。在同一樓層中，從900MHz到4GHz頻段的無線信道衰落特性沒有太大區(qū)別；但隨著頻率的變化和樓層的不同，就會有顯著的差異。對于5GHz頻段、17GHz頻段和60GHz頻段，其室內無線信道特性則會有更大的不同。與室外信道相比，室內信道的信號在平均強度上表現(xiàn)

25、為快變化和深度衰落。在室內環(huán)境中不存在高速移動的用戶，因此，多普勒頻移可以忽略。此外，室內無線信道不論是在時間還是在空間位置上都是非平穩(wěn)的。在建筑物內或室內，還要考慮波導效應對電波傳播的附加影響。波導可以看作是在隧道中發(fā)生的特殊傳播現(xiàn)象。在這種環(huán)境下，功率損耗比自由空間要小，可看作是波導增益。隨著頻率的增加，功率損耗減小。對于室內環(huán)境，宜選取衰減因子模型或辦公室內路徑損耗模型作為室內無線傳播模型，下面分別予以詳細介紹。（1）衰減因子模型衰減因子模型適用于建筑物內的傳播預測，它包含了建筑物類型影響以及阻擋物引起的變化。這一模型靈活性很強，預測路徑損耗與測量值的標準偏差約為4dB，而對數(shù)距離模型的

26、偏差可達13dB。衰減因子模型為： （3-19）式中，表示參考距離，一般取經(jīng)驗值1m；表示發(fā)射機與接收機之間的距離；表示信道衰減指數(shù)，單位為dB/m，典型辦公環(huán)境取值為0.2；表示同層測試的指數(shù)值（同層指同一建筑樓層），對于不同類型覆蓋區(qū)域有所不同，見表3-3。FAF（Floor Attenuation Factor）表示附加樓層衰減因子，在遇到障礙物時，可根據(jù)障礙物的類型折算相應的損耗，典型障礙物的FAF參考值見表3-4。表3-3 在各種不同區(qū)域下的取值覆蓋區(qū)域類型開闊區(qū)域半開闊半封閉區(qū)域全封閉區(qū)域路徑損耗的指數(shù)值2.533.5表3-4 典型障礙物的FAF參考值玻璃墻( dB)普通磚墻( d

27、B)鋼筋混凝土墻( dB)金屬、隔音墻23810151825以上或者在式（3-19）中，F(xiàn)AF由考慮多樓層影響的指數(shù)所代替，也即： （3-20）式（3-20）中，表示基于測試的多樓層路徑損耗指數(shù)，典型建筑物的路徑損耗指數(shù)如表3-5所示：表3-5 各種建筑物的路徑損耗指數(shù)各種建筑物所有地點同層穿過1層穿過2層穿過3層路徑損耗指數(shù)3.142.764.195.045.22一般取，代入式（3-9）有： （3-21）根據(jù)實際工程經(jīng)驗，寫字樓的樓層之間基本采用鋼結構或混凝土結構，屏蔽信號的能力非常強，如果只考慮信號對同層的覆蓋，可忽略FAF的影響，因此衰減因子模型表達式（3-19）可簡化為： （3-22）

28、對于室內環(huán)境中的傳播損耗預測，可以采用經(jīng)驗公式法，即通過多組實際測試數(shù)據(jù)對上述理論傳播模型進行校正，獲得接近室內實際使用環(huán)境下的Wi-Fi無線信號傳播模型。下面以某寫字樓單層樓面為例，介紹基于衰減因子模型的模型校正方法。在模型公式基礎上，對某寫字樓單層樓面，選取多個典型位置進行測量，通過模型校正得出特定環(huán)境的同層衰減指數(shù)。傳播損耗測試記錄如表3-6所示。表3-6傳播損耗測試記錄距離的對數(shù)lg（d）去掉FAF后的損耗值距離的對數(shù)lg（d）去掉FAF后的損耗值0.933 234 12974.200.918 659 29383.040.947 335 67669.200.960 993 70967.

29、200.714 245 91160.200.871 748 01970.201.057 095 29076.700.933 234 12981.701.046 182 89172.701.224 843 71779.001.202 297 55679.700.933 234 12971.000.759 290 03371.701.088 277 87674.000.714 245 91168.701.135 736 74474.000.854 913 02275.701.107 888 02574.000.780 173 24466.700.999 565 48880.000.987 085

30、03076.700.999 565 48883.000.689 841 40966.290.887 954 70467.000.837 339 02465.041.339 96791587.000.837 339 02471.041.153 357 47182.000.759 290 03375.040.999 565 48883.000.947 335 67671.701.232 106 29390.000.837 399 02466.040.854 913 02269.000.933 234 12976.041.088 277 87679.000.947 335 67673.041.011

31、 697 28871.000.780 173 24470.040.987 085 03071.000.759 290 03361.041.034 989 21673.00線性模型校正如圖3-5所示。圖3-5線性模型校正經(jīng)過線性模型校正，得到式（3-23）： （3-23）通過對理論傳播模型進行線性校正確定了類似于這樣的辦公環(huán)境的傳播模型： （3-24）即同層衰減指數(shù)為3.5188。結果顯示其功率衰落要遠大于自由空間的傳播公式所得出的結果。在自由空間模型中，功率衰落同收發(fā)信機的距離的平方成反比。本例得出的模型公式顯示在室內環(huán)境中的功率衰落同距離的34次方成反比，這是因為通過不同路徑到達接收天線的電

32、磁波產生的多徑效應對主信號會產生嚴重干擾。（2）辦公室內路徑損耗模型參考UMTS（Universal Mobile Telecommunications System，通用移動通訊系統(tǒng)）的路徑損耗模型，終端天線高度為1.5m，室內（辦公室）路徑損耗基于COST 231-Hata模型，定義如下： （3-25）式（3-25）中，為收發(fā)信機之間的自由空間損耗；為固定損耗,一般取37dB；為類型的透射墻數(shù)，墻的類型一般根據(jù)墻的厚度、材料等來劃分；為被穿透樓層數(shù)，室內辦公環(huán)境的平均值為4，計算容量時通常取3；為類型的墻的損耗；為相鄰層之間的損耗；為經(jīng)驗參數(shù)。表3-7為損耗類型的加權平均值。表3-7 損耗

33、類型的加權平均值損耗類型描述因子/dB典型地板結構（如辦公室）l 空心磚l 鋼筋混凝土（Reinforced concrete）l 厚度 < 30 cm18.3輕型內墻l 灰泥板（Plasterboard）l 帶許多洞的墻（如窗戶）3.4內墻l 混凝土，磚l 很少的洞6.9在辦公室環(huán)境下，室內路徑損耗模型為： （3-26）式（3-26）中，為收發(fā)天線之間的距離，單位為m；為在傳播路徑中樓層數(shù)。在任何情況下，在數(shù)值上應大于自由空間的損耗，對數(shù)正態(tài)陰影衰落標準偏差為12dB。如果只考慮在房間內的覆蓋，則可不考慮穿墻的透射損耗。模型可簡化為： （3-27）2.0GHz的UMTS和2.4GHz的

34、Wi-Fi，兩者的室內辦公化環(huán)境下的路徑損耗只相差約1.5dB。與一般無線信道一樣，Wi-Fi室內路徑損耗模型也可用對數(shù)-距離路徑損耗模型來描述，即： （3-28）式（3-28）中，為路徑損耗指數(shù)，為參考距離（如1m）上的路徑損耗。使用環(huán)境和對應的路徑損耗指數(shù)見表3-2。在室內辦公環(huán)境中，路徑損耗參考值為37dB，路徑損耗指數(shù)取3。3.2 Wi-Fi網(wǎng)絡覆蓋方式Wi-Fi網(wǎng)絡大體可以分為下面兩種覆蓋場景，五類覆蓋方式。（1）室內覆蓋場景：主要有單獨建設、綜合分布系統(tǒng)建設、混合建設三種不同的覆蓋方式。由于Wi-Fi系統(tǒng)工作頻段較高，信號反射和繞射損耗較大，同時接收機靈敏度低（與移動基站/手機相比

35、），因而規(guī)劃人員需要跟據(jù)現(xiàn)場勘察的實際情況進行覆蓋方式選擇。在具體方案設計中，如果需要對現(xiàn)場勘察所擬定的方案進行修改，則需要在方案修改后對站點現(xiàn)場進行第二次勘察。（2）室外覆蓋場景：室外型AP覆蓋方式、Mesh型網(wǎng)絡覆蓋方式。3.2.1 室內單獨建設方式室內單獨建設方式是目前最簡單，應用最廣的Wi-Fi網(wǎng)絡建設方式。圖3-6為某辦公樓Wi-Fi網(wǎng)絡點位圖。圖3-6 某辦公樓Wi-Fi網(wǎng)絡點位圖3.2.1.1覆蓋方式原理及結構室內單獨建設方式采用AP直接覆蓋或AP掛接獨立室內天線的覆蓋方式，直接布放AP，不依托室內分布系統(tǒng)。該方式主要根據(jù)Wi-Fi網(wǎng)絡的覆蓋和容量需求在相應的位置布放AP，并將走

36、線長度控制在允許范圍內，隨后的鏈路預算只需計算空間損耗即可。Wi-Fi室內單獨建設方式結構如圖3-7所示。圖3-7 Wi-Fi室內單獨建設方式結構圖3.2.1.2覆蓋方式要求1）室內單獨建設方式中，AP需要支持遠端管理和遠端供電功能，建議采用遠端饋入供電模塊供電；2）綜合考慮覆蓋和容量兩方面因素，確定該網(wǎng)絡所需AP數(shù)量及其擺放位置；3）根據(jù)AP的擺放位置，確定其占用的頻點，盡量降低同鄰頻干擾造成的影響；4）對于AP外接天線建議滿足表3-8所示指標。 表3-8 AP外接天線指標天線類型吸頂式全向天線壁掛式定向天線增益25dBi710dBi駐波比1.41.4互調特性<-110dBm<-

37、110dBm水平波瓣寬360°垂直波瓣寬65°水平面半功率波束寬度60° 120°輸入阻抗5050功率容量50W50W極化方式垂直極化垂直極化一般來說，室內單獨建設方式布放AP點位選擇比較靈活，基本可以使用適合Wi-Fi覆蓋的最佳點位；并且由于使用了較多的AP，可以獲得較大的網(wǎng)絡容量。但由于需布設大量AP，設計及安裝所需的人力和物力成本很高。3.2.2 Wi-Fi綜合分布系統(tǒng)建設方式隨著信息化的高速發(fā)展，用戶對通信服務的要求也不斷提高。傳統(tǒng)的移動網(wǎng)絡覆蓋方式下，室內信號質量差，容量不足；單天線覆蓋的范圍有限，已經(jīng)不能滿足用戶的需求。在這種情況下，迫切需要

38、在熱點地區(qū)建設共用室內分布系統(tǒng)，以滿足不同層面用戶對移動通信服務的要求。Wi-Fi綜合分布系統(tǒng)就是指使用同一套室內分布系統(tǒng)，實現(xiàn)GSM、TD-SCDMA和Wi-Fi三種信號的覆蓋。室內分布系統(tǒng)主要由信號源和分布系統(tǒng)兩部分組成。目前很多高檔寫字樓已經(jīng)進行了移動通信的室內分布系統(tǒng)建設，在引入Wi-Fi時可以考慮采用饋入原室內分布系統(tǒng)的建設方式；另外，沒有室內分布系統(tǒng)的樓宇在規(guī)劃建設室內分布系統(tǒng)時可以將Wi-Fi信號一同考慮。下面按新建和饋入原分布系統(tǒng)兩種情況分別對Wi-Fi綜合室內分布系統(tǒng)建設進行分析。3.2.2.1新建Wi-Fi綜合分布系統(tǒng)在城市化進程中，新大樓不斷涌現(xiàn)，新建筑物室內覆蓋需求日益

39、增強，如何新建一個Wi-Fi綜合分布系統(tǒng)是不可回避的話題。下面首先介紹多系統(tǒng)合路方案，然后對覆蓋方式要求進行分析。（1）覆蓋方式原理及結構對于面積較小、話務密度比較低的建筑物，GSM網(wǎng)絡一般采用微蜂窩、直放站等作為信號源，通過無源同軸電纜分布式系統(tǒng)進行室內覆蓋。當對這些建筑進行Wi-Fi和TD-SCDMA信號覆蓋時，可將Wi-Fi和TD-SCDMA信號直接與GSM信號源耦合輸入系統(tǒng)，實現(xiàn)分布系統(tǒng)共享。但在實際建設過程中，由于TD-SCDMA和Wi-Fi輸出功率遠小于GSM系統(tǒng)的輸出功率，這種簡單的前端合路方式會造成TD-SCDMA與Wi-Fi網(wǎng)絡覆蓋范圍小、信號強度弱的情況，有時甚至造成盲區(qū)的

40、出現(xiàn)。所以一般采用Wi-Fi信號源后端合路的方式。TD-SCDMA信號源采用小功率、多通道的輸出方式，多通道輸出方式可以通過連接多個RRU實現(xiàn)。GSM信號源采用大功率、單功放的輸出方式。Wi-Fi信號源輸出功率有限，在數(shù)據(jù)業(yè)務需求的很小區(qū)域（如地下室、電梯、車庫等），沒有必要進行Wi-Fi網(wǎng)絡的覆蓋，所以按不同的數(shù)據(jù)業(yè)務需求選取Wi-Fi覆蓋樓層。如圖3-8所示，在支路1和支路i上合路了Wi-Fi信號，在支路j上沒有Wi-Fi信號?？梢愿鶕?jù)輸出功率的情況在適當?shù)奈恢锰砑酉到y(tǒng)干放，以滿足覆蓋的需求，對不能達到覆蓋要求的區(qū)域可以適當?shù)卦黾覹i-Fi AP設備。圖3-8 TD-SCDMA+GSM+W

41、LAN共用室內分布結構圖（方式一）除了圖3-8所示的合路方式外，還可以采用將TD-SCDMA+GSM信號源一級合路，再將Wi-Fi二級合路的方式，如圖3-9所示。圖3-9 TD-SCDMA+GSM+WLAN共用室內分布結構圖（方式二）對比圖3-8和圖3-9可以看出，第一種合路方式適合于TD-SCDMA采用多通道輸出的信源，而第二種方式更適合于TD-SCDMA單通道與GSM直接合路的情況。（2）覆蓋方式要求分析為了多系統(tǒng)能夠共用室內分布系統(tǒng)，需要綜合考慮設備兼容性、系統(tǒng)間干擾和功率匹配等方面的因素。Ø 設備兼容性要求設備兼容主要考慮天線、功分器、耦合器等無源設備的工作頻段，為了確保多系

42、統(tǒng)都可以正常工作，所有無源設備都必須是寬頻的。新建室內分布系統(tǒng)的功分器、耦合器及天線的工作頻率范圍至少要保證為8852483.5MHz。Ø 系統(tǒng)間干擾由于TD-SCDMA、GSM和Wi-Fi三種信號共用分布系統(tǒng)，其中任意一種信號的諧波、泄漏、雜散等干擾信號都會不同程度的影響另外兩套系統(tǒng)的正常工作。因此，需要選用隔離度好的合路器，通常要求濾波合路器的端口隔離指標達到80dB。同時通過選擇不同的合路方式，也可以實現(xiàn)不同系統(tǒng)間干擾的有效隔離。Ø 功率匹配功率匹配是多系統(tǒng)共用一套分布系統(tǒng)時必須考慮的問題。功率匹配需要綜合考慮信號源輸出功率的差異、不同頻段的信號在分布系統(tǒng)中的傳輸產生

43、的損耗差異、邊緣覆蓋場強的不同要求、不同頻段的無線電波空中損耗差異等。當多個系統(tǒng)共用室內分布系統(tǒng)時，不同系統(tǒng)的信號源最大輸出功率是不同的。Wi-Fi信號源最大輸出功率為15dBm。無源器件（如功分器、耦合器等）對各種不同工作頻段的插入損耗以及耦合損耗基本一致，而電纜對信號的損耗差別較大。頻率越高，相同線型的百米損耗越大；線徑越粗，各頻段的損耗差越小。因此多系統(tǒng)共用分布系統(tǒng)時，為了減小饋線損耗引起的天線端輸出功率差異，應盡量選用1/2以上規(guī)格的粗饋線。在室內分布系統(tǒng)建設中，無線信號傳播比較簡單，信號在空中傳輸時的損耗與工作頻率、傳播距離及實際環(huán)境有關。由于各頻段間距較大，會導致同一分布天線到同一

44、信號接收點各系統(tǒng)的空間損耗存在較大差異。因此，為了能夠共用室內分布系統(tǒng)，需要綜合考慮信號源部分、分布系統(tǒng)和空間傳輸三部分的損耗。為了便于比較分析，選取典型分布系統(tǒng)的樓宇結構，分布器件損耗差異主要由50m 1/2支路損耗和30m 7/8干路損耗引起。表3-9所示是綜合考慮以上因素得到的各通信系統(tǒng)典型數(shù)值。表3-9 三種不同系統(tǒng)比較系統(tǒng)類型GSMTD-SCDMAWi-Fi上行/下行頻段（MHz）885915/9309602010202524002483.5發(fā)射功率（dBm）372015邊緣信號電平（dBm）-85-85-75最大允許路徑損耗（dB）1221059050m 1/2支路損耗（dB）3.

45、385.656.7530m 7/8干路損耗（dB）1.141.892.0120m空間傳播損耗（dB）71.684.689.3剩余允許損耗（dB）45.8912.86-8.06由表3-9可以看出，在同一個分布系統(tǒng)中，把多個系統(tǒng)信號源直接耦合，不同系統(tǒng)得到的剩余允許損耗差異很大。Ø Wi-Fi干放要求在室內分布系統(tǒng)中，可以通過引入Wi-Fi干放設備將Wi-Fi信號放大，以便Wi-Fi信號源與其他系統(tǒng)信號源合路時進行功率匹配，滿足多系統(tǒng)室內分布系統(tǒng)的有效覆蓋。但干放引入的同時會引起噪聲疊加，抬升Wi-Fi系統(tǒng)噪聲。因此，在使用Wi-Fi干放時，應注意以下問題：1）Wi-Fi干放不得級聯(lián)使用

46、，盡量減少每個AP所帶干放的數(shù)量；2）共用室內分布系統(tǒng)時，需要根據(jù)其他系統(tǒng)的信號強度選擇合適的Wi-Fi干放，一般選擇0.5W或1W干放；3）Wi-Fi干放的引入會帶來上行噪聲疊加，降低接收信噪比，從而采用低階調制方式，降低用戶接入速率；4）Wi-Fi干放一般應滿足下列指標要求，如表3-10所示。表3-10 Wi-Fi干放指標要求工作頻段24002500MHz 增 益30dB工作帶寬100MHz帶內平坦度1.5dB增益上行增益范圍：1530dB下行增益范圍：1530dB帶外雜散-36dBm/100kHz(30MHz1GHz)-30dBm/1MHz(1GHz12.75GHz)信號輸入動態(tài)范圍下行

47、：-1020dBm上行：-970dBm輸入端口駐波比1.4傳輸時延5s工作電源180260VAC/50Hz±5Hz工作溫度-25+55相對濕度0% 95%3.2.2.2饋入原分布系統(tǒng)（1）覆蓋方式原理饋入原分布系統(tǒng)的建設方式是指首先將來自不同系統(tǒng)的信號合路，合路后的信號饋入原分布系統(tǒng)，然后通過低損耗電纜、耦合器、功分器等到達終端天線進行室內覆蓋。通過選用不同耦合度的耦合器以及根據(jù)每層所需要的終端天線數(shù)量確定功率分配，形成一定區(qū)域的Wi-Fi無線信號覆蓋，對于狹長形狀地區(qū)，也可以使用泄漏電纜替代室內小天線進行覆蓋。將Wi-Fi信號源饋入原分布系統(tǒng)中，可以按以下步驟進行。1）收集現(xiàn)有分布

48、系統(tǒng)設計圖，包括拓撲結構、功率配置及線纜種類、長度等信息。2）現(xiàn)有無源器件核查，部分器件需要更換，以支持Wi-Fi頻段。3）重新核算各個分布天線口的輸出功率。4）選擇典型樓層，計算每個天線的覆蓋距離和阻擋情況。5）根據(jù)每個天線口輸出功率和典型樓層的拓撲圖，核實該樓層的信號覆蓋情況。6）根據(jù)各樓層信號輸出功率和典型樓層的拓撲結構，找出有源設備的節(jié)點架設位置。7）確定主干路由及Wi-Fi信號源位置。（2）覆蓋方式要求Wi-Fi饋入原分布系統(tǒng)的建設中，可以按照前面介紹的新建Wi-Fi綜合分布系統(tǒng)的組網(wǎng)方式對原有分布系統(tǒng)進行改造。在改造時，為了多系統(tǒng)能夠共用室內分布系統(tǒng)，同樣需要綜合考慮設備兼容性、系

49、統(tǒng)間干擾和功率匹配等方面的因素。具體內容如下：1）如果原有覆蓋系統(tǒng)所用無源器件的工作頻段包括了Wi-Fi系統(tǒng)的工作頻段，則可以采用直接合路的方法，充分利用原有網(wǎng)絡資源，以便經(jīng)濟、快速地完成Wi-Fi網(wǎng)絡建設。如果原有覆蓋系統(tǒng)不能滿足Wi-Fi系統(tǒng)的工作頻段要求，則需要更換其中的窄帶設備和器件，再進行合路。2）當Wi-Fi與其他系統(tǒng)合路時，引入合路器至少會帶來3dB的功率損耗，設計中應充分考慮對原有室內分布系統(tǒng)的影響。3）對于不同通信系統(tǒng)，單個分布天線的覆蓋范圍是不一樣的，需要根據(jù)室內空間傳播損耗，檢查原有分布天線密度是否足夠。如果不夠，就需要增加分布天線數(shù)量。對于原分布系統(tǒng)而言，提高天線密度增

50、加了覆蓋，但融入多系統(tǒng)合路器會增加插入損耗。因此要綜合分析情況，合理設置原有信號源輸出功率，以保證原系統(tǒng)天線口輸出功率不變。若不增加分布天線數(shù)量，則由于引入了合路器，帶來了插入損耗，因此應該略微提高原系統(tǒng)信源設備的輸出功率，以保證原系統(tǒng)天線口輸出功率不變。4）饋入原分布系統(tǒng)時，為了減小饋線損耗引起的天線端輸出功率差異，應盡量改用1/2以上規(guī)格的粗饋線。更換饋線減少了線纜損耗，但多系統(tǒng)合路器帶來了額外的插入損耗，因此需要綜合判斷兩者的差異，合理設置原有信號源輸出功率，以確保原系統(tǒng)的室內覆蓋要求。5）AP需要支持遠端管理功能。6）饋入原分布系統(tǒng)方案中新增的AP與放大器均使用原有的交流供電。3.2.

51、2.3 Wi-Fi綜合分布系統(tǒng)的特點Wi-Fi綜合分布系統(tǒng)的優(yōu)點在于利用室內分布系統(tǒng)減少了網(wǎng)絡覆蓋所需的AP數(shù)量，節(jié)省網(wǎng)絡建設投資，很多情況下可以實現(xiàn)一個AP覆蓋一個樓層，工程量小，不會破壞大樓原有裝修，避免在施工時影響業(yè)主的正常營業(yè)，經(jīng)濟快捷，容易為使用單位接受。另一方面，應注意Wi-Fi與原有系統(tǒng)使用不同的頻段，故需要更換支持2.4GHz的元器件和重新進行鏈路預算。同時，采用Wi-Fi綜合分布系統(tǒng)時天線點位對于Wi-Fi網(wǎng)絡來說可能不是最優(yōu)的；且由于使用的AP數(shù)較少，網(wǎng)絡容量較低。下面以一個普通的Wi-Fi熱點建設為例進行分析。表3-11 不采用合路形式進行Wi-Fi信號覆蓋所需的設備和費

52、用名稱單位數(shù)量單價（元）合計（元）交換機臺175007500AP個7300021000五類線m4002800水晶頭個20120表3-12 采用合路形式進行Wi-Fi信號覆蓋所需的設備和費用名稱單位數(shù)量單價（元）合計（元）耦合器只1950950干線放大器（可選）臺175007500合路器只222504500AP個130003000交換機臺175007500五類線m20240水晶頭個818由上面的數(shù)據(jù)可知，合路形式比不合路形式少用了6個AP，可能會導致接入帶寬的降低，但是需要時可以通過在弱電井處臨時增加12個AP解決。利用室內覆蓋系統(tǒng)承載Wi-Fi業(yè)務，整體投資呈下降趨勢，而且樓宇面積越大，下降幅

53、度越明顯。同時，根據(jù)不同的建筑結構，采用不同的建設模式，將會取得更好的效果。3.2.3 室內混合覆蓋方式室內混合覆蓋方式整體上采用Wi-Fi信號源接入室內分布系統(tǒng)，對出現(xiàn)的盲點、熱點采取獨立AP覆蓋方案加以輔助建設，進行適度的空間交疊覆蓋，滿足目標區(qū)域內的覆蓋需求，緩解熱點地區(qū)的容量需求。3.2.4 不同室內覆蓋方式對比在進行室內分布方式選擇時應該根據(jù)站點具體情況以及三種覆蓋方式的特點合理選擇，參見表3-13所示。表3-13 分布方式選擇一覽表分布方式系統(tǒng)結構目標區(qū)域規(guī)模用戶密度典型區(qū)域備注單獨AP覆蓋簡單小較大酒吧、咖啡廳、高檔寫字樓、旅游景點、大學校園適用于局部熱點覆蓋、高業(yè)務量覆蓋、室外

54、廣闊覆蓋等應用場景Wi-Fi綜合分布系統(tǒng)覆蓋較復雜中、大較小賓館、酒店、機場、會議中心不適于重點保障區(qū)域及高容量需求區(qū)域混合覆蓋復雜中、大中寫字樓、商場、展館、交通樞紐3.2.5 室外型AP覆蓋方式對于居民樓、校園等以覆蓋需求為主的地區(qū)，可以使用室外型AP進行覆蓋。如圖3-10所示，AP置于建筑物頂端或外墻，使用室外型AP和高增益天線，對室內進行覆蓋。圖3-10 室外型AP覆蓋采用室外型覆蓋方式建設速度快，網(wǎng)絡維護簡單，投資少見效快。3.2.6 Mesh型網(wǎng)絡覆蓋方式對于室外較大面積（如城市、校園等）的Wi-Fi覆蓋可以采用Mesh型網(wǎng)絡覆蓋。如圖3-11所示，Mesh技術采用網(wǎng)狀網(wǎng)結構，由包括一組呈網(wǎng)狀分布的無線AP構成，AP均采用點對點方式通過無線中繼鏈路互聯(lián)，將傳統(tǒng)Wi-Fi中的無線“熱點”擴展為真正大面積覆蓋的無線“熱區(qū)”，并將數(shù)據(jù)回傳至有線IP骨干網(wǎng)。在傳統(tǒng)的Wi-Fi中，每個客戶端