智简园区WLAN高密覆盖技术白皮书

1、华为智简园区 WLAN 高密覆盖技术白皮书华为智简园区WLAN 高密覆盖技术白皮书摘 要摘要随着 WIFI 普及，越来越多的公共场所（如体育馆场馆，会场等）提供了 WIFI 热点覆盖，为人们随时随地接入 WIFI 网络提供了便利，但同时给 WIFI 建设者提出了挑战。本文将介绍在高密覆盖中，如何进行覆盖的规划，使用什么样的软件特性提升高密接入性能，为高密度，高并发率的的用户提供良好的业务体验。华为智简园区WLAN 高密覆盖技术白皮书目录目录 HYPERLINK l _bookmark0 摘要ii HYPERLINK l _bookmark1 概述1 HYPERLINK l _bookmark2

2、 产生背景1 HYPERLINK l _bookmark3 高密挑战1 HYPERLINK l _bookmark5 高密覆盖技术3 HYPERLINK l _bookmark6 业务模型3 HYPERLINK l _bookmark7 覆盖方式6 HYPERLINK l _bookmark8 干扰控制8 HYPERLINK l _bookmark9 空口效率12 HYPERLINK l _bookmark10 负载均衡14 HYPERLINK l _bookmark11 空口调度15 HYPERLINK l _bookmark12 AP 数估算16 HYPERLINK l _bookmark

3、13 华为优势18 HYPERLINK l _bookmark14 专业的网规网优18 HYPERLINK l _bookmark15 领先的软件特性18 HYPERLINK l _bookmark16 A 缩 略语20华为智简园区WLAN 高密覆盖技术白皮书1 概述 1 概 述产生背景随着 WIFI 普及，越来越多的公共场所提供了 WIFI 热点覆盖，为人们随时随地接入 WIFI 网络提供了便利，但同时给 WIFI 建设者提出了挑战，尤其是在足球场、篮球场这类场景下，如何为高密度、高并发率的的用户提供良好的业务体验，成了高密覆盖的关键。在高密场景通常用户密度高，数量大，为了满足大量用户的接入

4、，布放了大量的 AP，这些 AP 的距离要比一般场景下高出很多， 如在一般场景下AP 间的距离通常有 20-30 米，甚至更大，而在高密场景下AP 间的距离只有 10 米，甚至更小。常见高密场景有：大型会议室演讲厅和礼堂会展中心会议厅酒店宴会厅体育馆，运动场，球场高校教室音乐厅机场大堂金融交易大厅高密挑战高密场景下容量如何规划，RF 如何规划来保证大量高密度用户的接入，又有哪些特性手段用来在做好规划的基础上提升无线网络性能，是高密覆盖的需求。具体来说，高密覆盖中有以下挑战和需求，如 HYPERLINK l _bookmark4 图 1-1 所示。图1-1 高密场景的挑战1、业务模型高密场景下的

5、业务模型是什么，不同的业务对带宽的需求是多少？用户终端是什么类型，对容量有什么影响？2、覆盖方式在高密场景下选择什么样的AP 设备，选择什么样的天线类型，采用什么样的布放方式？3、WLAN 干扰高密场景有哪些干扰会影响网络性能，有哪些手段可以减少这些干扰？ 4、空口效率空口效率在高密场景下显得更加珍贵，如何在高密场下提高空口的利用率？ 5、负载均衡如何充分利用 5G 频段，避免大量双频终端驻留在 2.4G 频段上。当用户分布不均匀时，如何在不同AP 上进行负载均衡。6、空口调度在多用户调度上能否进行一些优化，使得更多的用户接入？华为智简园区WLAN 高密覆盖技术白皮书2 高密覆盖技术 2 高密

6、覆盖技术业务模型1、并发用户数随着智能终端的普及，现在几乎人手一个智能终端，而所有的智能终端也几乎都支持WIFI，也就是说 WIFI 终端的渗透率几乎达到了 100%。用户携带的这些 WIFI 终端有部分终端打开了 WIFI，而有部分并没有打开，因此有一个激活 WIFI 的比例，称为激活率。在这些激活 WIFI 的终端中，某个时刻只有部分用户使用 WIFI 上网，这个也称为用户并发率。图2-1 渗透率、激活率与并发率在一个网络中，并发的用户数是由这几个比例共同决定的：最终的用户数=用户人数*WIFI 终端渗透率*WIFI 激活率*业务并发率在不同场景下这个比例会有所区别，尤其是终端激活率和用户

7、并发率，以一个 80000 人的体育场为例，假设 WIFI 终端渗透率 100%，WIFI 激活率 30%，用户并发率 30%，最终并发用户数为 7200 人，计算的过程如下：比例Users备注用户人数NA80000智能终端渗透率100%80000终端 WIFI 激活率30%24000业务并发率30%72007200 人同时使用业务2、终端类型网络中 WIFI 终端五花八门，既有老旧的 802.11b/g/n 的终端，也有越来越普及的 11ac wave1/wave2/11ax 终端，既有单频终端，也有双频终端。不同的终端类型能力的差异，当这些终端同时接入网络中时，会对容量的规划有不同的影响。

8、因此在高密覆盖规划时需要考虑终端的影响。低速率终端与高速率终端低速率终端支持的速率低，传输相同的大小的包时所需要的时间要大于高速率终端， 因此低速率接入时AP 的容量要小于高速率接入时 AP 的容量。10 个用户平均吞吐率(Mbps)20 个用户平均吞吐率(Mbps)30 个用户平均吞吐率(Mbps)100% HT20 11ac7.443.481.9775% HT20 11ac/25% 11n6.842.881.6750% HT20 11ac/50% 11n6.242.281.3725% HT20 11ac/75% 11n5.641.681.07100% 11n1.860.870.49上表给出

9、了不同终端类型在比例不一样的时候，AP 体现出的容量区别。低速率终端比例越高，每个 AP 容量越小。这意味着相同接入终端数在相同的带宽需求时需要比高速率终端规划更多的AP 来覆盖。在高密覆盖规划时，需要掌握这个场景中不同速率终端的比例，作为规划的输入。单频终端与双频终端现在的AP 一般都具有双频的能力，双频的 AP 可以比单频AP 提供双倍的覆盖容量，但这需要一个前提，即至少需要有一半比例的终端能够支持双频（2.4G&5G）。这样才可用充分利用 5G 的射频，使终端分布在 2 个射频上，提高每个AP 的覆盖容量。现在新出的智能终端大部分终端都已经支持了双频（下表中给出了部分新出终端对双频的支持

10、能力），但考虑到现网中大量以前出的终端仍然大量存在和活跃，在高密覆盖规划时，需要掌握这个场景中双频终端的比例，作为规划的输入。型号支持 WIFI 协议5G 支持情况三星 Galaxy Note9802.11 a/n/b/g/ac支持苹果 iPhone X802.11 a/n/b/g/ac支持华为 P20802.11 a/n/b/g/ac支持华为 Mate 20802.11 a/n/b/g/ac支持三星 Galaxy S3802.11 a/b/g/n支持苹果 iPhone SE802.11b/g/n/ac支持另外现在终端基本都只支持单天线，但以后终端出现多天线时也会对容量规划产生影响，在规划时需

11、要考虑 MIMO 天线数及其比例作为规划的输入。3、业务类型在不同的高密场景下用户上网的业务并不一样，比如在足球赛场球迷有视频业务需 求，而在会展现场用户会有及时共享的微博、微信等 SNS 业务需求。不同的业务类型对带宽的要求并不一样，因此不同业务对覆盖容量的需求也不一样。下表中给出了典型应用对带宽的需求。APP 应用速率要求备注Web160-400kbpsSize of web page:200KB， Delay:410sStreaming280-560kbpsReal timeIM（典型应用如 QQ 等）32-64kbps2KB/Session，0.5s.E-Mail400kbps100K

12、B/Session，2sSNS（典型应用如微博等）200kbps50KB/Session，2sVoIP256kbpsReal time，take FaceTime for example，GBR 256kbpsGame200kbps25KB，1s一般认为 512kbps 可以满足一般 HD 视频业务的要求，256kbps 可以满足一般业务的带宽要求。当然更高的速率会给用户带来更好的速率体验，但同时也需要更多的AP 进行覆盖。覆盖方式AP 的布放既需要考虑工程施工，也需要考虑减少干扰。在高密场景下为了减少干扰， 一般使用定向天线控制每个AP 的覆盖范围，如果是在室外场景，选用防护等级更高的室外型

13、AP，如 AP8130DN/AP8182DN/AP8050TN-HD，室内场景需要室内型 AP，如 AP7052DE/AP7052DN/AP7152DN。布放位置可以分为 Overhead 布放方式，Side 布放方式和 Floor 布放方式。1、Overhead图2-2 Overhead 布放方式Overhead 的布放方式需要把AP 放在覆盖区域的正上方，如吊顶、天花板、体育场顶棚等位置，如上图中，在体育场的顶棚上布放AP。这种布放方式隐蔽性好，安装位置高，安全性好，不易遭暴力破坏和被盗；由于是视距覆盖，无穿透损耗等，覆盖效 果也比较好。但是这种视距的覆盖往往隔离度也比较差，很容易形成干扰

14、，尤其是使用方向性不好的天线的时候；同时 Overhead 的布放方式对施工也提出了挑战，比如顶棚的承重，登高施工成本等。2、Side图2-3 Side 布放方式Side 布放方式通常把AP 放在覆盖区域周围的墙壁，柱子或者栏杆等位置，如上图中，在体育场的广告牌，栏杆或者后排墙上等位置安装 AP。这种布放方式安装方便， 容易施工，覆盖效果比较好。同时 Side 布放方式也是一种视距覆盖，隔离度比较差， 往往容易形成干扰，尤其是使用方向性比较差的天线。3、Floor图2-4 Floor 布放方式Floor 布放方式使用微微蜂窝的思路，将 AP 安装 floor 附近，如座位下（上图），或者看台背

15、面等位置。这种方式最大的优势在于利用椅子，看台，高密度的人群等形成 的隔离，干扰小，信道更容易复用，可形成更高密度的 AP 布放，接入更多的用户。但同时施工难度也比较大，可能需要破坏现有的建筑表面，添置走线的钢管，保护AP 在球迷冲动的情况下不被破坏的 AP 保护盒或者伪装盒等附属材料。Floor 方式安装在看台背面时，需要考虑看台水泥板的衰减，当水泥板衰减不是很大时可以考虑使用室内AP 覆盖，看台厚度较大，衰减较大时，可以考虑使用室外AP 加定向天线垂直于看台朝上覆盖。看台具体衰减和覆盖效果应该根据测试效果来看。干扰控制要满足大量用户的接入，必然需要布放大量的AP。大量布放的AP 会带来严重

16、的干扰。华为对干扰的控制从无线规划和软件特性两个方面，提出了小角度定向天线， CCA 优化，功率控制和调优等技术方案来控制高密场景下的干扰。1、采用小角度定向天线高密场景下由于AP 布放密度高，系统内的干扰要远大于一般场景下，控制每个AP 的覆盖非常重要。选择天线时希望能够将信号控制在覆盖目标区域内，而在其他区域内能够迅速衰减。对于体育场这类近距离布放AP 比较困难的场景，小半功率角的定向天线是一种很好的选择，这类天线也是很多高密场景下用得比较多的天线形态。图2-5 华为在高密场景中使用的 18 天线方向图Max gain:18dBiGain of 20 degrees: 18dBi-15dB

17、=3dBiGain of 90 degrees： 18dBi-32dB=-14dBi如上图所示，水平和垂直半功率角都为 18 度的天线方向图，蓝色为水平天线方向图， 红色为垂直天线方向图。良好的方向性使得在偏离主瓣 20 度后增益衰减到 3dBi 以 下，在 90 度方向已经衰减到-14dBi。华为在高密场景下提供多款方向性非常好的小角度天线，有效的控制覆盖减少干扰， 并且华为可以提供内置小角度天线AP 款型，如AP4050DN-HD、AP8050TN- HD，实现 AP 和小角度天线一起安装，提升安装效率。18（2.4G）15（5G）60（2.4G）60（5G）产品图片每个 AP 所需数量1

18、111适用频率2.4G5G2.4G5G增益（dBi）18*19*11.5*12*水平波瓣18156060垂直波瓣1815303018（2.4G）15（5G）60（2.4G）60（5G）极化方式双极化双极化双极化双极化接口N-female*2N-female*2N-female*2N-female*2使用 APAP8130DNAP8150DNAP8130DNAP8150DNAP8130DNAP8150DNAP8130DNAP8150DN尺寸（mm）340*340*25250*250*25250*155*60230*145*55编码27011344270108902701081227010889*

19、- 根据不同国家的安全认证要求，需要配置衰减器。2、CCA 优化CCA（Clear Channel Assessment），即空闲信道评估。在 WLAN 系统中，AP或者终端是通过对信道进行能量检测的方式判断信道空闲的：图2-6 CCA 评估原理当检测到某信道的能量=CCA 门限，认为信道繁忙，不在该信道发送；当检测到某信道的能量CCA 门限，认为信道空闲，使用该信道发送；在高密场景下，由于AP 以及终端密度大，距离近，信号强度比普通场景要强，信道上检测到的能量很容易超过CCA 门限，可能会出现 2 个或者多个设备共享空口资源（同一个冲突域）而影响 AP 的吞吐率。华为 CCA 优化特性可以根

20、据实际场景对 CCA 进行优化，减少多个设备共享空口的可能性，从而提供更多的用户接入和更高的吞吐率。图2-7 CCA 优化前后对比3、逐包功率控制图2-8 逐包功率控制在逐包功率控制中，AP 会实时检测 STA 的信号强度，如果 STA 信号强度强大于功控目标值（距离AP 较近），则发送数据包时自动降低实际发送的功率；如果 STA 信号强度小于目标值（距离AP 较远），则增加发射功率。逐包功率控制可以有效控制 AP 的发送功率，减少 WLAN 系统内的干扰，提升用户的吞吐率性能。4、自动调优自动调优是指 AP 通过收集到的周围 AP 的信号强度，信道参数等，生成AP 的拓扑结构，根据合法AP、

21、非法 AP 以及 No-WiFi 形成的干扰以及各自的负载，自动调整 AP 的发射功率和信道，以保证网络处于最佳的性能状态，提升网络的可靠性和用户体验。图2-9 自动调优说明：1、自动调优得到的AP 发射功率和逐包功控控制之间的关系：自动调优得到的AP 发送功率确定了 AP 实际发射功率的上限，而逐包功率控制在这个上限范围内逐包调整AP 的发射功率。2、自动调优可以减少网络维护工作量，并保持网络性能保持良好的状态。但调优过程中对业务的影响也需要关注，在大业务量的高密场景下使用需要谨慎。3、调优的区域以AC 为单位，每个AC 各自调优。在每个调优区域中，根据信号强度过滤形成最小的调优范围，合理减

22、少计算量并保证调优效果。空口效率当部分终端速率低的用户使用 WLAN 时，一方面会大大降低空口效率，另一方面也会影响其他用户的体验。尤其大量用户接入的高密场景下，低速率用户会加剧空口资源 紧张，减小AP 的容量，带来用户体验的恶化。低速率用户越多，带来的这种影响越大。通过控制这种低速率用户的初始接入和在线使用，可以减少这种影响。图2-10 空口效率提升限制低速率用户接入在初始接入时判断用户速率，对于速率过低的用户不允许接入网络中。限制弱信号用户接入在初始接入时判断用户速率，对于信号强度过低的用户不允许接入网络中。强制低速率用户下线对于在线用户，实时监控其速率，对于速率过低的用户，强制其下线，辅

23、助其选择信号强度更好的 AP 接入。强制弱信号用户下线对于在线用户，实时监控其信号强度，对于信号过弱的用户，强制其下线，辅助其选择信号强度更好的AP 接入。波束成型（Beamforming）所谓波束成形技术是指，信号发射端根据获取到的发射端和接收端之间的信道信息， 调整发射端的发射参数，在接收端形成能量的集中，从而达到改善覆盖，提高容量的目的。华为体育场馆解决方案支持隐式和显式的波束成形，可以有效提升所有终端（包含老旧终端）链路性能，提升空口效率。图2-11 波束成型示意图负载均衡1、频段间负载均衡终端在接入 WLAN 网络时，通常都是选择从 2.4G 频段接入，让信道本身就少的 2.4G 频

24、段显得更加拥挤，负载高，干扰大；而信道多，干扰小的 5G 频段优势得不到发挥。利用频段间负载均衡，对于双频AP（AP 同时支持 2.4G 和 5G 射频），如果接入该AP 的 STA 也同时支持 5G 和 2.4G 的功能，AP 控制 STA 优先接入 5G 频段，从而达到将 2.4G 频段的双频终端用户向 5G 频段上迁移的目的，减少 2.4G 频段上的负载和干扰，提升用户体验。图2-12 频段间负载均衡本特性使用效果受制于现网中支持 5G 的双频终端的比例。根据芯片厂商的预测，到2014 年底发货比例将超过 50%。实际上对市面上主流的移动智能终端的统计，这个比例已经超过 50%。2、AP

25、 间负载均衡由于用户使用终端行为的差异，可能出现相邻的两个AP 一个 AP 负载高，而另外一个 AP 负载低的情况，负载均衡特性可以按照用户数量和用户流量，将用户分配到同一组但负载不同的AP 上，从而实现不同AP 之间的负载分担，避免出现某个AP 负载过高而使其性能不稳的情况。图2-13 AP 间负载均衡空口调度1、动态 EDCA 参数WLAN 采用竞争接入的多址接入方式，在竞争接入用户数增加时，碰撞的概率也会增加。碰撞概率的增加会引起AP 吞吐率的下降，用户体验难以保证。在 802.11e 中的引入的 EDCA（enhanced distributed channel accesss，增强分

26、布式信道接入）可以通过设置不同接入参数来支持不同业务的优先级，同时接入参数设置的不同对用户数接入时的碰撞概率也会有影响。华为动态 EDCA 参数特性通过感知AP 上的用户数，灵活调整 EDCA 接入参数，降低碰撞的概率，从而达到增加容量和增强用户体验的效果。动态 EDCA 参数特性在华为高密场景中使用的所有室内和室外中都支持。2、Airtime 调度不同速率的用户传输相同的一个包在空口占用的时间并不一样。高速率的用户传送能力强，频谱效率高，却占用的空口时间更少，而低速率的用户传送能力弱，频谱效率低，却占用了更多的空口时间，这会降低每个AP 的系统吞吐率，降低系统效率。Airtime 特性通过公

27、平的分配下行传输时间，使得高速率用户和低速率用户获得相同的下行传输时间，帮助高速率用户传输更多的数据，从而实现AP 更高的系统吞吐率和用户接入。图2-14 Airtime 调度AP 数估算在高密场景中，根据对具体业务模型的分析，覆盖方式的选择，以及各种软件特性的使用，基本上就确定了这种场景下的每个 AP 的容量（AP 的性能口径）。从数据容量的角度，并发用户数，业务模型和AP 性能也决定了需要的AP 数。实际上在规划中的AP 数应该是由覆盖和容量两个因素确定。但一般在高密场景往往是一个容量受限的场景，覆盖一般不会成为瓶颈，因此由容量最终决定了AP 的数目。图2-15 AP 估算流程需要说明的是，用户只有先关联到 AP 上，才能访问业务。从关联的角度来说，每个 AP 所能支持的关联用户数是有限制的，关联用户数也是估算 AP 需要考