WLAN无线网络规划78p

1、WLAN 无线网络规划课程内容nWLAN 规划基本概念规划基本概念nWLAN 网络规划总体流程nWLAN 网络规划过程无线局域网 (Wireless Local Area Network)是以射频无线电波通信技术构建的局域网，虽不采用缆线，但也能提供传统有线局域网的所有功能。无线数据通信不仅可以作为有线数据通信的补充及延伸，而且还可以与有线网络环境互为备份。这种无线建网与高速网络接入技术近几年来受到广泛的关注并发展为网络技术市场上一个耀眼的亮点。 什么是无线局域网（WLAN）技术？ 所谓 Wi-Fi，其实就是 IEEE 802.11b的别称，是由一个名为“无线以太网相容联盟”（Wireless

2、 Ethernet Compatibility Alliance, WECA）的组织所发布的业界术语，中文译为“无线相容认证”。它是一种无线传输技术。是在1997年6月由大量的局域网以及计算机专家审定通过的标准，该标准定义物理层和媒体访问控制(MAC)规范。物理层定义了数据传输的信号特征和调制，定义了两个RF传输方法和一个红外线传输方法。随著技术的发展，以及IEEE 802.11a 及IEEE 802.11g等标准的出现，现在IEEE 802.11 这个标准已被统称作Wi-Fi，从而保证了各个厂家产品的兼容性。从应用层面来说，要使用Wi-Fi，用户首先要有 Wi-Fi 兼容的用户端装置。WI-

3、FI是什么？802.11协议的发展进程802.11802.11b802.11a802.11g标准发布时间July 1997Sept 1999Sept 1999June 2003合法频宽83.5MHz83.5MHz325MHz83.5MHz频率范围 2.400-2.483GHz2.400-2.483GHz5.150-5.350GHz 5.725-5.850GHz2.400-2.483GHz非重叠信道 33123调制技术FHSS/DSSSCCK/ DSSSOFDMCCK/OFDM物理发送速率1, 21,2,5.5, 116, 9, 12, 18,24, 36, 48, 541,2,5.5,6, 9

4、,11, 12, 18,24, 36, 48, 54无线覆盖范围N/A100M50M100M理论上的最大UDP吞吐量 (1500 byte)1.7 Mbps7.1 Mbps30.9 Mbps30.9 Mbps理论上的TCP/IP吞吐量 (1500 byte)1.6 Mbps5.9 Mbps24.4 Mbps24.4 Mbps兼容性N/A与与11g产品可互通产品可互通与与11b/g不能互通不能互通与与11b产品可互通产品可互通主要无线技术指标n无线电工作频率(Hz)n发射天线增益(dBi)n天线极化方向n波束宽度n天线方向图功率计算单位: dB, dBm, dBwndB是用来衡量被测量功率与某一

5、基准功率的比值。n计算公式：被测量功率（dB）= 10lg（测量功率 / 基准功率）l被测量功率（dB）的数值等于被测量功率与基准功率的比值取以10为底的对数，再乘以10。当基准功率取为1mw时，此dB值以dBm表示；当基准功率取为1w时，此dB值以dBw表示。天线的工作频率n天线的工作频率范围： 无论是发射天线还是接收天线，它们总是在一定的频率范围内工作的，通常，工作在中心频率时天线所能输送的功率最大，偏离中心频率时它所输送的功率都将减小。天线的方向性 全向天线n发射天线的基本功能之一是把从AP取得的能量向周围空间辐射出去，基本功能之二是把大部分能量朝所需的方向辐射。 水平面上各向能量辐射相

6、等的天线称为全向天线。水平面上各向能量辐射相等的天线称为全向天线。图 c 水平面方向图图b 垂直面方向图各向同性点状天线能量辐射形状全向天线能量辐射形状图a 天线能量辐射形状图天线的方向性 定向天线 水平面上各向能量辐射不等的天线称为定向天线。水平面上各向能量辐射不等的天线称为定向天线。全向阵全向阵 （垂直阵列（垂直阵列 不带平面反射板）不带平面反射板）扇形区覆盖扇形区覆盖 （垂直阵列（垂直阵列 带平面反射板）带平面反射板）平面反射板平面反射板天线增益10dBm20dBm13dBm一个各向同性的天线在所有方向一个各向同性的天线在所有方向具有相同的辐射能量具有相同的辐射能量一个具有一定增益的天线

7、只在一个具有一定增益的天线只在某个特定方向才具有辐射能量某个特定方向才具有辐射能量一个一个3dBi增益的天线，辐射增益的天线，辐射能量的范围在能量的范围在50% 的空间的空间点状天线天线的极化n天线向周围空间辐射电磁波。电磁波由电场和磁场构成。人们规定：电场的方向就是天线极化方向。一般使用的天线为单极化的。下图示出了两种基本的单极化的情况：垂直极化是最常用的；水平极化也是要被用到的。 垂直极化垂直极化水平极化水平极化EE波束宽度 60峰值峰值 - 3dB点点 - 3dB点点3dB 波束宽度波束宽度15峰值峰值 - 3dB点点 - 3dB点点旁瓣旁瓣主瓣主瓣无线传输的干扰因素 多径干扰Direc

8、tSignalReflectedSignalsPC CardAccess Point (AP)无线传输的干扰因素 障碍物功率在穿过障碍物后衰减墙，门，等等。墙，门，等等。信号穿透损耗估测障碍物衰减程度举例开阔地开阔地无无自助餐厅、庭院自助餐厅、庭院木制品木制品少少内墙、办公室隔断、门、地板内墙、办公室隔断、门、地板石膏石膏少少内墙（新的石膏比老的石膏对无线信号的影响大）内墙（新的石膏比老的石膏对无线信号的影响大）合成材料合成材料少少办公室隔断办公室隔断煤渣砖块煤渣砖块少少内墙、外墙内墙、外墙石棉石棉少少天花板天花板玻璃玻璃少少没有色彩的窗户没有色彩的窗户玻璃中的金属网玻璃中的金属网中等中等门、

9、隔断门、隔断金属色彩的玻璃金属色彩的玻璃少少带有色彩的窗户带有色彩的窗户人的身体人的身体中等中等大群的人大群的人水水中等中等潮湿的木头、玻璃缸、有机体潮湿的木头、玻璃缸、有机体砖块砖块中等中等内墙、外墙、地面内墙、外墙、地面大理石大理石中等中等内墙、外墙、地面内墙、外墙、地面陶瓷制品陶瓷制品高高陶瓷瓦片、天花板、地面陶瓷瓦片、天花板、地面纸纸高高一卷或者一堆纸一卷或者一堆纸混凝土混凝土高高地面、外墙、承重梁地面、外墙、承重梁防弹玻璃防弹玻璃高高安全棚安全棚镀银镀银非常高非常高镜子镜子金属金属非常高非常高办公桌、办公隔断、混凝土、电梯、文件柜、通风设备办公桌、办公隔断、混凝土、电梯、文件柜、通风

10、设备无线传输的干扰因素 电磁干扰n2.4GHz为为ISM频段，不需授权即可使用。频段，不需授权即可使用。n同一区域内同一区域内AP之间的互相干扰。之间的互相干扰。n其他工业设备的干扰其他工业设备的干扰l 微波炉l 双向寻呼系统l蓝牙l无绳电话l 等等WLAN设备的实际工作性能 吞吐率n802.11g标准描述的速率为54 Mbps，此为物理层传输速率。实际可获得的速率为一半 (20-24Mbps max)l其他用于协议封装或冲突避免开销n干扰实际吞吐率的因素l不稳定是无线通讯的本性l无线环境不停的保持变化l物理建筑的构成lAP的位置l共享介质：用户数n 数据量 WLAN设备的实际工作性能 覆盖距

11、离n输出功率为100mW的802.11b/g产品覆盖距离理论值: 100mn而在实际中，覆盖距离更依赖于实际环境。n影响覆盖范围的因素 建筑结构 电磁设备 在一般办公室大楼内，覆盖距离为15-30m。室内分布系统的组网类型 常用器件介绍(功分器耦合器)功分器耦合器功分器的选择 n功分器是将功率信号平均地分成几份，给不同的覆盖区使用。从结构上一般分为微带和腔体两种，腔体功分器内部是一条直径由粗到细成多个阶梯递减的铜杆构成实现阻抗的变换，微带功分器是由几条微带线和几个电阻组成实现阻抗的变换。 耦合器 n耦合器的作用是将信号不均匀地分成两路(称为主干端和耦合端或直通端和耦合端)，耦合器型号较多如5

12、dB、10 dB、15 dB、20 dB、25 dB、30 dB等。从结构上一般分为微带和腔体两种，腔体耦合器内部是2条金属杆组成的一级耦合；微带耦合器内部是2条微带线组成的一个类似于多级耦合的网络。 合路器 n合路器是将多个端口信号的输出功率馈送到同一输出端口,同时避免各个端口信号之间的相互影响 常用器件介绍(室内天线)常用器件介绍(室内天线) 室内分布系统主要应用的天线种类有全向吸顶天线、定向壁挂天线等。n全向吸顶天线主要安装在天花板上，增益一般为3dB，主要用于常规区域的覆盖，n壁挂天线主要用于电梯以及长廊的覆盖，和全向天线的区别是波束集中、前后比高、增益高（一般为7dB左右），有时用于

13、控制信号室外泄漏；常用器件介绍(馈线)馈线的选择 n室内覆盖用的同轴馈线主要有三种：7/8英寸（普通）、1/2英寸（普通）和1/2英寸(超柔)， 同轴电缆的作用是在发射设备和天线之间充分地传输信号功率，所有电磁波都在封闭的外导体内沿轴向传输而不能和电缆外部环境中的电磁波发生耦合 常用器件介绍（馈线接头）N-50KKN-50JKWN-50JKN-50JJ常用器件介绍(室分器件损耗)课程内容nWLAN 规划基本概念nWLAN 网络规划总体流程网络规划总体流程nWLAN 网络规划过程WLAN 规划流程基础数据调研覆盖方式选择需求分析确定覆盖目标组网方式及设备选用设备配置频率规划链路预算容量规划编号计

14、划投资估算规划输出调研及需求确定方案设计规划输出网络规划原则n前瞻性网络的设计要有一定的前瞻性，采用先进的设备和技术手段，保证在一段时间内不会随着技术的发展而变更网络的核心架构和关键技术，并能满足后期新技术扩展的应用。n实用性网络的设计应结合用户的实际需求，考虑与现网兼容，尽可能利用现网资源，节省投资。n可靠性网络结构的设计是否合理？的选型是否妥当？工程施工的质量是否规范等都会影响到网络运行的可靠性，因此保证网络的可靠性是网络设计的重要原则，要求重要的设备要有一定冗余备份。网络规划原则n可管理性n网络的可管理性是保证网络开通、后续维护以及运营的重要指标。一方面包括WLAN网络设备的统一管理和控

15、制，另一方面包括用户的统一管理，如无线用户和有线用户的统一认证、统一计费；IP地址的统一规划和分配等。n可扩展性n网络只有具备良好的可扩展性，才能满足后续的发展。可扩展性包括网络组网可扩展、用户容量可扩展以及业务可扩展等。网络规划原则n安全性系统应具有从无线侧到网络侧的安全保证。WLAN网络支持多种认证和加密方式，保障了WLAN接入网络的安全和无线通信中用户数据的安全。通过对非法AP的检测和定位以及防DoS攻击等手段，可以进一步保证无线网络的安全。 在网络侧应安装网络防火墙等，防止黑客入侵等；同时对数据库采取网络隔离，保证了系统数据库的安全。 课程内容nWLAN 规划基本概念nWLAN 网络规

16、划总体流程nWLAN 网络规划过程网络规划过程课程内容nWLAN 网络规划过程网络规划过程l调研和需求确定调研和需求确定l覆盖方式选择l组网方式 l频率规划l链路预算 l容量规划 l设备选用及配置 lIP地址规划 基础数据调研 需求分析 确定覆盖目标 n满足市场提出的热点需求，保证市场开拓和业务竞争的需要；n满足网优部门提出的热点需求；n满足TD已具备或规划建设室内分布系统的热点；n满足高业务需求区域的热点需求；n满足城市规划建设的大型场馆、交通枢纽、体育中心的热点需求；n满足中业务需求区域的热点需求；n在同等业务需求的热点中，优先选择用户数量多，规模大，具备社会或市场效应、经济较发达区域的热

17、点；课程内容nWLAN 网络规划过程网络规划过程l调研和需求确定l覆盖方式选择覆盖方式选择l组网方式 l频率规划l链路预算 l容量规划 l设备选用及配置 lIP地址规划 覆盖方式选择 n目标：在满足覆盖指标的前提下，结合规划区域实际环境，选择合适的覆盖方式nWLAN主要在公共数据业务热点区域提供无线宽带接入服务，根据目标区域的特点、WLAN的性能以及已有网络资源，主要有以下两种覆盖场景、四类覆盖方式：l室内覆盖：共用室内分布系统建设方式、单独建设分布系统方式、AP直接覆盖；l室外覆盖：室外型AP覆盖方式。 共用室内分布系统建设方式 n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

18、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。n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。n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。 GSM/TD /wlan公用分布系统需要了解GSM/TD 相关知识,链路预算和容量估算分别进行共用室内分布系统建设方式45系系 统统频率划分频率划分

19、(MHz)(MHz)TX(TX(下行下行DL)DL)RX(RX(上行上行UL)UL)1 1TrunkTrunk851.00-866.00851.00-866.00806.00-821.00806.00-821.002 2CDMA2000CDMA2000870.00-880.00870.00-880.00825.00-835.00825.00-835.003 3GSM900GSM900935.00-960.00935.00-960.00890.00-915.00890.00-915.004 4GSM1800GSM18001805.00-1850.001805.00-1850.001710.00-

20、1755.001710.00-1755.005 5PHSPHS1900.00-1920.001900.00-1920.006 6CDMA2000CDMA2000、WCDMAWCDMA2110.00-2170.002110.00-2170.001920-1980.001920-1980.007 7TD-SCDMATD-SCDMA1880-19201880-1920；2010-20252010-2025； 2300-24002300-24008 8SCDMASCDMA1785-1805 1785-1805 农话频段农话频段406.5406.5409.5409.5八种制式频率分配n根据目前发展情况，

21、主要涉及以下通信系统：共用室内分布系统建设方式单独建设分布系统方式： n这是目前最简单、应用最广的WLAN建设方式。当热点区域需求量较小，而且未建设室内分布系统，可新建WLAN室内分布系统。n在这类建设方式中，每个AP通过新建的分布系统进行覆盖。WLAN室内分布系统每个天线端口功率控制在10dBm以上，每个天线端覆盖面积为450m2左右。覆盖区域较大时，可以新建多个WLAN专用室内分布系统解决。AP设备和交换机可考虑放置在各楼层弱电井或者楼梯间相对隐蔽且安全的地方。nAP数量可根据楼层或不同区域分别放置；原则上考虑每1500 m2设置1个AP和新建1套室内分布系统。 AP直接覆盖方式 n对于热

22、点区域需求量很大的特殊地区，可采用单独新建AP的方式进行覆盖：在热点区域单独放置AP，采用全向吸顶天线来实现重点区域的覆盖。AP布放的位置要利于维护和防盗。n覆盖区域大时，可以布置多个AP实现覆盖要求，各AP间通过以太网线同交换机相连，走线长度控制在100m以内，超过100m可设置多个交换机互连。n覆盖区域不大，可以考虑单个AP完成无线覆盖，AP采用小功率设备。在较空旷的办公环境下，每个AP覆盖半径约为12M，覆盖面积450m2左右。nAP数量应约等于覆盖热点区域的数量，当热点面积超过450平米，可适当增加AP数量。一般来说，单独布放点位选择比较灵活，可以选择适合WLAN覆盖的最佳位置；并且由

23、于使用了较多的AP，可以获得较大的网络容量。 室外型AP覆盖方式： n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。 课程内容nWLAN 网络规划过程网络规划过程l调研和需求确定l覆盖方式选择l组网方式组网方式 l频率规划l链路预算 l容量规划 l设备选用及配置 lIP地址规划 组网方式 n“胖”和“瘦”工作模式（针对AP） “胖”AP可以分别单独部署，无统一化配置管理能力，它所组成的网络自康复能力较弱，信息收集处理较慢。“胖”AP组网模式的主要特点是：la) AP通过边缘L2交换机接入有线

24、网络， AP或L3交换机(AC)作为认证终结点； lb) 小规模WLAN网络应用，组网简单，成本低廉；lc) AP作为边缘接入设备，类似有线网络接入层交换机，管理简单；n“瘦”AP是零配置管理的，它统一由无线控制器集中配置，所组成网络无需人工干扰，具有自康复能力。“瘦”AP组网模式的主要特点是：la) 增加无线控制器作为中央控制管理单元、认证终结点，适合大规模WLAN组网；lb) 无线控制器与AP之间跨越L2、L3、广域网，灵活组网；lc) 可实现快速漫游切换、基于用户的权限管理、无线射频环境监控、语音视频等； 集中式和分布式工作模式（针对AC） n集中模式是指多个服务区的流量通过IP城域网汇

25、聚到AC。其优点是统一管理，成本低，在用户规模不大时较为经济。缺点是用户发展到一定的规模时容易造成拥塞，且容易产生单点故障，所以采用集中模式时建议对关键设备进行备份。采用集中模式设置时，AC可以集中部署，其控制区域内的AP都可以连接到集中AC上。n分布模式是指在服务区部署AC，将用户的第三层（IP层）就近终结。其优点是用户流量在最近的地方进入IP核心网络，线路使用效率高，网络扩展性较好，并可以针对不同节点的用户提供特色服务，其缺点是每个节点IP接入分散，需要分别在接入点增加业务功能来提供统一的服务，同时对所有设备进行管理工作量大，增加了AC设备的数量，成本比较高。 课程内容nWLAN 网络规划

26、过程网络规划过程l调研和需求确定l覆盖方式选择l组网方式 l频率规划频率规划l链路预算 l容量规划 l设备选用及配置 lIP地址规划 2.4GHz频段划分nWLAN 2.4GHz(2.4 GHz -2.4835GHz )频段的划分；2.4GHz频段划分n2.4GHz频段可用带宽为83.5MHz，划分为13个信道，每个信道间隔为5MHz，每个信道占用的带宽为22MHz。n在实际建网进行频率规划时，相邻小区应尽量使用互不交迭的信道以减小干扰，一般选用1、6、11号频点。实际组网中相邻AP的信道分配原则 n 7个AP的覆盖图2.4GHz频段划分5.8GHz频段划分n WLAN 在5.8GHz频段，频

27、率范围为5725 5850MHz.5.8GHz频段划分n5.8GHz频段可用带宽为125MHz，划分为5个信道，每个信道带宽为20MHz。在实际建网进行频率规划时，相邻小区应尽量使用互不交迭的信道以减小干扰。5.8GHz频段划分各频段的特性分析 技术技术频段频段干扰干扰能耗能耗距离距离穿透性能穿透性能802.11a5.8G少较大较短较差802.11b2.4G多较小较远较强802.11g2.4G多中中中同频载干比与邻频载干比n任何一个无线链路都在一个与其他链路或系统共存的环境中工作，链路的接收端除了接收到自己的信号外，还会接收到来自其他链路的信号。lCCI：定义为同频道干扰灵敏度；lACI：定义

28、为邻频道干扰灵敏度。 定义的内容是：在某个比特误码率条件下，门限S/N恶化1dB或3dB时所对应的S/I。 显然，CCI和ACI数值越小说明设备抗干扰能力越好。频率规划原则：n对于未建未建WLAN的热点，的热点，建议使用2.4GHz频段，每个AP可使用1、6、11任意一个子信道；n对于业主已建已建WLAN的热点，的热点，建议首先选用2.4GHz频段，但须避免信号强度相近的AP信号的频点重复；n对于2.4GHz频段存在严重外部干扰的热点，建议使用5.8GHz频段；n对于用户速率需求较大的热点，建议使用5.8GHz频段； 课程内容nWLAN 网络规划过程网络规划过程l调研和需求确定l覆盖方式选择l

29、组网方式 l频率规划l链路预算链路预算 l容量规划 l设备选用及配置 lIP地址规划 链路预算 n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可用下面公式表示：n其中，Pt：发射机功率； Gt：发射天线增益；Gr ：接收天线增益；LD(d)：空间路径损耗； Ls：电缆及各类器件的损耗。 LsdLDGrGtPt)(Pr室外环境下路径损耗： n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。n2.4 GHz自由空间电磁波的传播路径损耗符合：n其中LD为自由空间损耗；d为传输距离，单位是km；f为

30、工作频率，单位是MHz。 )lg(20)lg(2045.32)(fddBdLD室内环境下路径损耗 n 选取衰减因子模型作为室内无线传播模型，其表示式为：l其中PL(d0)=20lg(4d0/)，一般取d0=1 m，当频率为2.45 GHz时，其值为46 dB；NMF表示基于测试的多楼层路径损耗指数。 )lg(*10)0()(dNMFdPLdBdLD建筑物路径损耗指数(NMF)混合地点3.14同层2.76穿过一层4.19穿过两层5.04穿过三层5.22实际应用室内分布接收电平的计算68室分系统设计例图如下：室分系统设计例图如下：课程内容nWLAN 网络规划过程网络规划过程l调研和需求确定l覆盖方

31、式选择l组网方式 l频率规划l链路预算 l容量规划容量规划 l设备选用及配置 lIP地址规划 容量规划 nWLAN网络在进行多终端接入设计时，建议按照每个AP并发20个用户进行设计和计算AP数量，并且设定AP最大并发用户数为30。 技术技术 吞吐量（理论值）吞吐量（理论值）吞吐量（工程取值吞吐量（工程取值=理论值理论值*传输效率）传输效率）（Mbps） （Mbps） 单模系统 802.11b 115.5802.11a 5427802.11g 5427容量估算n估算每个目标覆盖区域的用户数及所需AP数量lAP数吞吐量=调整因子用户体验系数（用户数每用户平均使用带宽）/吞吐量（工程取值）lAP数用户数=目标覆盖区域调整系数(并发用户数/每AP用户容量) l一般建议按照每个AP并发20个用户进行设计和计算AP数量，并且设定AP最大并发用户数为30。课程内容nWLAN 网络规划过程网络规划过程l调研和需求确定l