WLAN网络中AP设备的覆盖能力分析

田艳中

（湖南省邮电规划设计院有限公司 长沙 410001）

1 引言

目前，WLAN（本文仅讨论WiFi标准）凭借较低的建设成本与高速的数据速率成为全球电信运营商亲睐的无线宽带技术，2009年9月发布的802.11n更是支持高达300Mbit/s的数据速率。中国电信和中国移动把WLAN网络作为3G网络的有效补充，布放在众多的热点地区，能有效地分流3G网络的数据流量，并将与3G网络一起实现无线城市的覆盖。

而目前的WLAN网络有多种覆盖方式，不同覆盖方式有不同的覆盖特点。为了给网络建设相关技术人员提供一些更明确的工程参数与指标，本论文在网络建设经验和实地测试的基础上，运用链路预算，修正相应参数因子，对不同覆盖方式AP设备的覆盖能力进行分析。

2 覆盖方式及数据速率

根据需覆盖热点地区的特点和电信运营商已有网络的特点，有如下3种覆盖方式：室外型AP覆盖室内或室外区域、室内型AP直接覆盖及室内型AP接入室内分布系统覆盖。AP设备类型主要包括室外型500mW、室内型500mW和室内型100mW，其中室外型500mW用于覆盖室内或室外区域；室内型100mW用于室内直接覆盖；室内型500mW用于接入室内分布系统覆盖。

目前商用的AP设备能根据无线信道的好坏，自动选择相应的速率。当信道特性变化时，可以自动实现动态速率切换，即当信号射频情况变差或出现严重干扰时，速率将回落，反之速率将会自动提高。目前商用的AP设备（本文只讨论802.11b/g产品）能支持54Mbit/s、48Mbit/s、36Mbit/s、24Mbit/s、18Mbit/s、12Mbit/s、9Mbit/s、6Mbit/s、11Mbit/s、5.5Mbit/s、2Mbit/s、1Mbit/s共12个等级的数据速率。

3 链路预算公式及相应参数

（1）COST231-Hata无线传播模型：

注：Ahm＝(1.1lgfc－0.7)hm－(1.56lgfc－0.8)为终端天线高度修正因子；

Cm＝0dB为中等城市和郊区中心区；

Cm＝3dB为大城市。

（2）上行链路预算公式（即计算上行链路的最大允许损耗Lp）：

室内Lp＝终端发射功率＋终端天线增益＋AP天线增益－AP接收灵敏度－阴影储备－穿透损耗

（3）下行链路预算公式（即计算下行链路的最大允许损耗Lp）：

室内Lp＝AP发射功率＋AP天线增益＋终端天线增益－终端接收灵敏度－阴影储备－穿透损耗

（4）中兴公司室外型500mW（型号为W660）与室内型500mW（型号为W815）AP不同等级数据速率对应的接收机灵敏度见表1所示。

表1 中兴公司室外型500mW与室内型500mW AP不同等级数据速率对应的接收机灵敏度

中兴公司室内型100mW（型号为W812）AP不同等级数据速率对应的接收机灵敏度比室外型500mW AP低1dB。

目前笔记本电脑自带网卡不同等级数据速率对应的接收机灵敏度比AP设备低2dB。

（5）2.4GHz电磁波对于各种建筑材质的穿透损耗的经验值如下：

隔墙的阻挡（砖墙厚度100～300mm）：20～40dB；楼层的阻挡：30dB以上；木制家具、门和其他木板隔墙的阻挡：2～15dB；厚玻璃（12mm）：10dB；普通玻璃窗（3～5mm）：5～7dB。

4 链路预算分析

利用厂家提供的AP设备性能指标（主要参考中兴公司W660、W812和W815），在2.4GHz频段上，通过COST231-Hata无线传播模型分3种情况进行了链路预算：室外型500mW AP+自带网卡链路预算、室内型100mW AP+自带网卡链路预算和室内型500mW AP+自带网卡链路预算。由于目前WLAN网络主要在城区建设与使用，因此下面的链路预算只考虑市区传播模型。

4.1 室外型500mW AP链路预算

（1）当室外型500mW AP和单台笔记本自带网卡工作在数据速率为54Mbit/s时，即AP接收机灵敏度为-72dBm、自带网卡接收机灵敏度为-70dBm，得出链路预算见表2所示。

（2）当室外型500mW AP和单台笔记本自带网卡工作在数据速率为1Mbit/s时，即AP接收机灵敏度为-92dBm、自带网卡接收机灵敏度为-90dBm，在表2中修改接收机灵敏度即得出链路预算结果见表3。

（3）根据中国电信运营商“设计规范”规定：目标覆盖区域内95%以上的位置，接收信号电平不小于-75dBm，即这时自带网卡的接收机灵敏度取-75dBm，得出两种情况下的链路预算结果如下：

当室外型500mW AP和单台笔记本自带网卡工作在数据速率为36Mbit/s时，即AP接收机灵敏度为-77dBm、自带网卡接收机灵敏度为-75dBm，在表2中修改接收机灵敏度即得出链路预算结果见表3。

由于数据业务具有不对称特性，即对上行速率要求不高。当单台笔记本自带网卡工作在下行数据速率为36Mbit/s、上行数据速率为12Mbit/s时，即AP接收机灵敏度为-86dBm、自带网卡接收机灵敏度为-75dBm，在表2中修改接收机灵敏度即得出链路预算结果见表3。

表2 室外型500mW AP链路预算表（工作在54Mbit/s时）

（4）从链路预算表可以看出，WLAN系统属于上行受限系统，即覆盖距离取上行值。因此，得出室外型500mW AP+自带网卡情况下链路预算的结果对比以及推荐的工程规划设计取值见表3。

4.2 室内型100mW AP链路预算

由于室内型100mW AP和用户在同一楼层，所以AP天线高度考虑为3m；由于室内型100mW AP只覆盖同楼层小范围区域，所以没有考虑阴影储备。

表3 室外型500mW AP工程规划设计取值

（1）当室内型100mW AP和单台笔记本自带网卡工作在数据速率为54Mbit/s时，即AP接收机灵敏度为-72dBm、自带网卡接收机灵敏度为-70dBm，得出链路预算见表4。

表4 室内型100mW AP链路预算表（工作在54Mbit/s时）

（2）当室内型100mW AP和单台笔记本自带网卡工作在数据速率为1Mbit/s时，即AP接收机灵敏度为-91dBm、自带网卡接收机灵敏度为-89dBm，在表4中修改接收机灵敏度即得出链路预算结果见表5。

（3）根据中国电信运营商“设计规范”规定：目标覆盖区域内95%以上的位置，接收信号电平不小于-75dBm，即这时自带网卡的接收机灵敏度取-75dBm，得出两种情况下的链路预算结果如下：

当室内型100mW AP和单台笔记本自带网卡工作在数据速率为36Mbit/s时，即AP接收机灵敏度为-77dBm、自带网卡接收机灵敏度为-75dBm，在表4中修改接收机灵敏度即得出链路预算结果见表5。

由于数据业务具有不对称特性，即对上行速率要求不高。当单台笔记本自带网卡工作在下行数据速率为36Mbit/s、上行数据速率为24Mbit/s时，即AP接收机灵敏度为-79dBm、自带网卡接收机灵敏度为-75dBm，在表4中修改接收机灵敏度即得出链路预算结果见表5。

（4）从链路预算表可以看出，WLAN系统属于上行受限系统，即覆盖距离取上行值。因此，室内型100mW AP+自带网卡情况下链路预算的结果对比以及推荐的工程规划设计取值见表5。

4.3 室内型500mW AP链路预算

由于GB9175-88《环境电磁波卫生标准》的要求：各个室内天线EIRP应不大于20dBm，因此室内型500mW必须接入室内分布系统。一般室内型500mW AP都安装在大楼机房或者弱电井内，WLAN信号的好坏取决于室内天线的布放位置及天线之间的距离。

根据中国电信运营商“设计规范”规定：目标覆盖区域内95%以上的位置，接收信号电平不小于-75dBm，即这时自带网卡的接收机灵敏度取-75dBm。当室内型500mW AP和单台笔记本自带网卡工作在数据速率为36Mbit/s时，即AP接收机灵敏度为-77dBm、自带网卡接收机灵敏度为-75dBm。所经过的器件数和馈线类型长度取定为一些典型值，得出链路预算见表6。

表5 室内型100mW AP工程规划设计取值

从表6可以看出，走廊上的天线输出口功率（EIRP）要求：13dBm≤EIRP≤20dBm，天线与天线之间的距离严格要求在10～15m；进入需覆盖房间的天线输出口功率（EIRP）要求：8dBm≤EIRP，可以比走廊上的天线输出口功率小一些，天线与天线之间的距离可以放宽到20～25m。

5 结论

本论文通过合理的链路预算，得出AP设备的实际覆盖能力和相应的工程参数，尤其对墙壁穿透的损耗很大，因此室外型AP站址需选在门、窗的一侧，且与被覆盖区域尽可能直视；室内型AP安装位置应使信号在目标覆盖区内尽可能少穿透隔断、穿透时与隔断垂直。上述结论为WLAN网络的规划与建设提供一种借鉴。

表6 室内型500mW AP接入室内分布系统后的链路预算表（工作在36Mbit/s时）

续表

[1] 潘毅明等. 无线城市的覆盖策略研究. 电信科学，2008,（5）

[2] 李浩琳等. AP技术发展与组网应用的研究. 电信科学，2008,（5）

[3] 朱东照. 3G网络与WLAN协同规划之探讨. 邮电设计技术，2009,（9）