徐超

【摘 要】由于室内外的环境有差异，WLAN室外网络建设不能照搬室内的建设方法。在对现有室外站点的覆盖效果进行大量测试后，得到WLAN信号覆盖电平及质量，并选取合适的传播模型，计算WLAN室外站点的覆盖距离。最后，针对不同室外场景提出了建设和优化意见。

【关键词】WLAN 室外覆盖 接收电平 链路预算 覆盖距离

中图分类号：TN929.5 文献标识码：A 文章编号：1006-1010（2014）-03-0097-05

1 引言

我国WLAN网络的建设从2008年起迅速蔓延，目前是传统电信运营商为运营主力，依托政府规划、主导和支持，把宽带无线接入技术与蜂窝移动通信技术以及固网相融合（2G+3G+Wi-Fi+LTE），统一提供服务、统一认证运营。新型运营商作为配角，致力于专业网、社区网的发展，面向不同行业差异化定制，针对不同需求制定不同的建设方案，与电信运营商形成互补局面。

之前由于自身技术不支持高速移动与终端的限制，WLAN网络主要建设在室内。但随着手机逐渐对WLAN网络兼容以及带Wi-Fi功能的平板电脑的普及，人们在室外时也产生了寻求无线网络服务的期望。

经过多年室内WLAN网络的建设，各运营商形成了各自的建设指导意见，其中对信号覆盖电平及质量的要求都差异不大。但建设WLAN室外网络，由于室内外的环境有差异，不能照搬室内的建设方法。本文将就室外信号的接收电平、链路预算和覆盖范围进行研究分析，为WLAN室外覆盖规划和优化提供依据。

2 WLAN信号覆盖电平及质量

WLAN室外规划中，最为基本的两项指标是接收电平和SNR（Signal to Noise Ratio，信噪比）。在过往的文献中往往从终端或AP（Access Point，访问接入点）的接收门限来计算接收电平，理论计算得到的覆盖范围往往大于实际情况。另外，有些室外区域信号强度的确有连不上的问题。基于此，笔者对室外的部分典型WLAN覆盖场所做了测试和分析。本次共进行17次室外站点测试，测试的项目除了包括RSSI（Received Signal Strength Indication，接收信号强度）、SNR、Ping包，还从用户的角度出发包含了协商速率和上下行速率测试等能体现无线网络质量的指标。测试结果如表1所示。

在RSSI≥-70dBm以及后台所测的信号强度≥20dBm情况下，与Ping包成功率和下行速率的关系如表2所示。

从以上数据初步分析可知，无线网络质量及用户体验与AP侧所取得的信号强度的关联性较强。为了保证网络质量，信号强度应至少大于20dBm。

信号强度是芯片在接收报文时能够获取该报文的能量。这个指标能够体现终端发送报文到达AP时的能量情况，在AC侧看到终端的信号强度越大越好。在AP设备芯片的定义中，信号强度、底噪及接收电平的关系如下：

信号强度=接收电平-底噪 （1）

其中，Signal Power为信号功率，值为 10^（RSST/10）；

Noise Power为噪声功率，值为 10^（底噪/10） ，则：

SNR=RSSI-底噪 （2）

根据式（1）和（2），SNR应该等同于上述的信号强度。而之所以SNR和信号强度的值不完全相等，经分析是因为软件测得的SNR是个平均值、信号强度是个瞬时值，且终端测得的底噪和AP测得的底噪有些微误差。

底噪不仅取决于所能获得的输入信号的大小，而且也与其内部噪声以及外部噪声和干扰的大小有关。噪声积累效应直接影响AP的覆盖和容量。不同覆盖区域类型，底噪也不同。WLAN信号在2.4G频段工作，这个频段目前是完全开放的，加上现在多家运营商在大力发展运营级的WLAN网络，使得之前还比较干净的2.4G频段现在已经拥挤不堪。由于室外场景的特性，同频、邻频干扰更是严重，令AP的底噪进一步抬升。

针对上述问题，笔者对现网室外AP的底噪值做了采样，室外AP的平均底噪在-86dBm左右，如图1所示。

根据目前室外场点底噪的采样值，笔者推论室外底噪的经验值为-90dBm，下面的链路预算和覆盖范围均在这个值下讨论。

综上所述，建议将室外站点的接收电平和SNR值进行如下取定：

室外信号接收电平≥-70dBm，SNR≥20dB。

3 WLAN室外链路预算及覆盖距离分析

WLAN无线链路预算是在保证覆盖质量的前提下，确定AP和终端之间的无线链路所能允许的最大路径损耗。

设发射机的输出功率为Pt，空间最大允许路径衰耗为L（d），发射天线增益为Gt，接收天线增益为Gr，馈线及插损为Ls，衰落余量为R，干扰余量为I，则接收机接收的功率电平Pr可表示为：

Pr=Pt+Gt+Gr-L（d）-R-Ls-I （3）

利用公式（3）可以计算得到最大允许路径损耗，进而确认AP覆盖范围，如表3所示。

当WLAN室外信号允许的最大路径损耗为73dB或82dB时，所覆盖的范围需要结合空间信号的传播模型来分析。无线信号在自由空间中传播的路径损耗可表示为：

Lfs=32.4+20lgf+20lgd （4）

式（4）只能应用于自由空间或者无线环境很好，无反射、无散射、无衍射的条件下，对于有密集建筑物的中心城区，其计算出的路径损耗大大偏小。在无线通信领域，目前得到广泛使用的传播模型有Okumura-Hata模型、COST-231 Hata模型等。前者在基站密集的地区使用会出现预测值明显偏高的问题；后者适用于半径为1～20km的密集市区。

在实际的工程中，WLAN室外站主要位于密集市区，站距只有数百米，WLAN信号的强度和质量会受到树木或建筑物阻挡的影响，适合在视距范围内传播。以上两种模型均不太合适，在此可采用欧洲研究委员会以COST-231传播模式提出的另一种建议：COST231 Walfish-Ikegami模型，主要用于针对密集住宅区区域内现网基站平均站距小于1km且建筑物高度近似一致的情况。COST231 Walfish-Ikegami模型区分视距（LOS）和非视距（NLOS）两种，即无线信号的传播路径是直射还是通过绕射、反射等。endprint

采用COST231 Walfish-Ikegami视距情况下的模型可表示为：

LLOS=Lfs+10.19+6lgd=42.6+26lgd+20lgf （5）

其中，Lfs为自由空间传播损耗。

根据COST231 Walfish-Ikegami模型算出的WLAN信号路径损耗如图2所示：

WLAN空间路径损耗在40m时达到73dB、90m时达到82dB，计算得到室外AP定向天线的覆盖距离为90m左右、室外AP全向天线的覆盖距离为40m左右。

4 总结

在规划室外站点时，需划分不同的覆盖区域类型，不同的室外场景有不同的环境噪声，底噪情况确定了覆盖距离，确定天线挂高、站高不能过高。WLAN信号的室外传播较易受到干扰，如广场、绿地的树木遮挡，在道路、电话亭场景下的过往车辆影响，造成信号严重衰减，适合在视距情况下传播。

对新建站点，一般覆盖场景可划分为道路、广场、绿地和电话亭等。如表4所示：

以上覆盖距离取定均为单站情况下的数据，如有连续覆盖及慢速切换需求的场景，为保证用户在低速移动中AP间的顺利切换，两个站点的站距需适当降低，覆盖区域应有小部分重叠，两个小区的边缘信号强度相差控制在4dB之内，如图3所示：

参考文献：

[1] IEEE Std 802.11g. High-speed Physical Layer Extension in the 2.4GHz Band[S]. 1999.

[2] IEEE Std 802.11g. Further Higher Data Rate Extension in the 2.4GHz Band[S]. 2003.

[3] IEEE Std 802.11n. Enhancements for Higher Throughput

[S]. 2009.

[4] 高峰，高泽华，文柳，等. 无线城市电信级Wi-Fi网络建设与运营[M]. 北京： 人民邮电出版社， 2011.

[5] 侯群，高立. 无线局域网室外覆盖路径损耗计算分析及规划布局建议[J]. 电讯技术， 2011，51（8）： 101-104.★endprint

采用COST231 Walfish-Ikegami视距情况下的模型可表示为：

LLOS=Lfs+10.19+6lgd=42.6+26lgd+20lgf （5）

其中，Lfs为自由空间传播损耗。

根据COST231 Walfish-Ikegami模型算出的WLAN信号路径损耗如图2所示：

WLAN空间路径损耗在40m时达到73dB、90m时达到82dB，计算得到室外AP定向天线的覆盖距离为90m左右、室外AP全向天线的覆盖距离为40m左右。

4 总结

在规划室外站点时，需划分不同的覆盖区域类型，不同的室外场景有不同的环境噪声，底噪情况确定了覆盖距离，确定天线挂高、站高不能过高。WLAN信号的室外传播较易受到干扰，如广场、绿地的树木遮挡，在道路、电话亭场景下的过往车辆影响，造成信号严重衰减，适合在视距情况下传播。

对新建站点，一般覆盖场景可划分为道路、广场、绿地和电话亭等。如表4所示：

以上覆盖距离取定均为单站情况下的数据，如有连续覆盖及慢速切换需求的场景，为保证用户在低速移动中AP间的顺利切换，两个站点的站距需适当降低，覆盖区域应有小部分重叠，两个小区的边缘信号强度相差控制在4dB之内，如图3所示：

参考文献：

[1] IEEE Std 802.11g. High-speed Physical Layer Extension in the 2.4GHz Band[S]. 1999.

[2] IEEE Std 802.11g. Further Higher Data Rate Extension in the 2.4GHz Band[S]. 2003.

[3] IEEE Std 802.11n. Enhancements for Higher Throughput

[S]. 2009.

[4] 高峰，高泽华，文柳，等. 无线城市电信级Wi-Fi网络建设与运营[M]. 北京： 人民邮电出版社， 2011.

[5] 侯群，高立. 无线局域网室外覆盖路径损耗计算分析及规划布局建议[J]. 电讯技术， 2011，51（8）： 101-104.★endprint

采用COST231 Walfish-Ikegami视距情况下的模型可表示为：

LLOS=Lfs+10.19+6lgd=42.6+26lgd+20lgf （5）

其中，Lfs为自由空间传播损耗。

根据COST231 Walfish-Ikegami模型算出的WLAN信号路径损耗如图2所示：

WLAN空间路径损耗在40m时达到73dB、90m时达到82dB，计算得到室外AP定向天线的覆盖距离为90m左右、室外AP全向天线的覆盖距离为40m左右。

4 总结

在规划室外站点时，需划分不同的覆盖区域类型，不同的室外场景有不同的环境噪声，底噪情况确定了覆盖距离，确定天线挂高、站高不能过高。WLAN信号的室外传播较易受到干扰，如广场、绿地的树木遮挡，在道路、电话亭场景下的过往车辆影响，造成信号严重衰减，适合在视距情况下传播。

对新建站点，一般覆盖场景可划分为道路、广场、绿地和电话亭等。如表4所示：

以上覆盖距离取定均为单站情况下的数据，如有连续覆盖及慢速切换需求的场景，为保证用户在低速移动中AP间的顺利切换，两个站点的站距需适当降低，覆盖区域应有小部分重叠，两个小区的边缘信号强度相差控制在4dB之内，如图3所示：

参考文献：

[1] IEEE Std 802.11g. High-speed Physical Layer Extension in the 2.4GHz Band[S]. 1999.

[2] IEEE Std 802.11g. Further Higher Data Rate Extension in the 2.4GHz Band[S]. 2003.

[3] IEEE Std 802.11n. Enhancements for Higher Throughput

[S]. 2009.

[4] 高峰，高泽华，文柳，等. 无线城市电信级Wi-Fi网络建设与运营[M]. 北京： 人民邮电出版社， 2011.

[5] 侯群，高立. 无线局域网室外覆盖路径损耗计算分析及规划布局建议[J]. 电讯技术， 2011，51（8）： 101-104.★endprint