WLAN系统的覆盖和容量分析 - 图文

WLAN系统的覆盖和容量分析

第一章 绪论

摘要 WLAN已成为基于无线网络标准和应用的主要网络模式。本文主要讲述WLAN系统的覆盖和容量分析，从其技术标准的发展到其网络结构。再简述其关键技术和典型设备指标和传播类型。结合相关例子对室内和室外WLAN覆盖进行深入分析和理解以及WLAN 系统的容量分析。 关键词 WLAN 覆盖 容量分析

1.1 WLAN技术标准的发展演进

WLAN技术所具有的移动性、便捷性、较高的带宽等特点，以及大规模的产业化和低成本等诸多优势，使WLAN市场短短数年内得到了大规模发展。 今天从家庭娱乐终端、移动便携、手机终端到企业各种应用，WLAN应用的身影无处不在。据统计，2008年全球销售了3亿8千多万颗WLAN芯片，较 2007年增长了26%。巨大的增长让业界在期待着WLAN芯片销售能够在不远的将来达到惊人的每年10亿颗!

WLAN产业蓬勃发展和WLAN技术标准不断完善形成了良好的互动。WLAN技术标准主要由IEEE 802.11工作组负责制定。第一个802.11协议标准诞生于1997年并于1999年完成修订。随着WLAN早期协议暴露的安全缺陷，由于用户应用不 断地呼唤着更高的吞吐，以及企业等应用对可管理性的要求，IEEE 802.11工作组陆续推出了802.11a、802.11b、802.11g、802.11i、802.11e、802.11n、802.11k等大量 标准。此外，IETF的CAPWAP工作组还制定了无线AP的相关管理标准。

随着YouTube、无线家庭媒体网关、企业Voice over WLAN等应用的不断涌现，对WLAN技术提出了越来越高的带宽要求，802.11a/b/g这些传统技术已经无法支撑新的业务需求，IEEE 802.11工作组意识到支持高吞吐将是WLAN技术发展历程的关键点。基于IEEE HTSG(High Throughput Study Group)前期的技术工作，于2003年成立了Task Group n(TGn)。N表示Next Generation，核心内容就是通过物理层和MAC层的优化来充分提高WLAN技术的吞吐。由于802.11n涉及了大量的复杂技术，标准过程中又涉 及了大量的设备厂家，所以整个标准制定过程历时漫长，预计2009年末才可能成为标准。相关设备厂家早已无法耐心等待这么漫长的标准化周期，纷纷提前发布 了各自的11n产品。为了确保这些产品的互通性，Wi-Fi联盟基于IEEE 2007年发布的802.11n草案的2.0版本制定了11n产品认证规范，以帮助11n技术能够快速产业化。

802.11n首要的任务是提高吞吐，通过结合物理层的多项技术，包括提供多条空间流(SDM)的MIMO技术来实现多条数据流并发、通过绑定 两个20MHz带宽(即40MHz)来提高物理频宽、采用了MIMO-OFDM并提供了更多的子载频等，从而将物理层吞吐提高到300Mbps。如果仅仅 提高物理层的速率，而没有对空口访问等MAC协议层的优化，802.11n的物理层优化将无从发挥，所以802.11n对MAC采用了Block确认、帧 聚合等技术，大大提高了MAC层的效率。

802.11n对用户应用的另一个重要收益是无线覆盖的改善。由于采用了多天线技术，无线信号(对应同一条空间流)将通过多条路径从发送端到接 收端，从

而提供了分集效应。在接收端采用一定方法对多个天线收到信号进行处理，就可以明显改善接收端的SNR，即使接受端较远时，也能获得较好的信号质 量，从而间接提高了信号的覆盖范围。典型的技术包括MRC等。

除了吞吐和覆盖的改善，11n技术还有一个重要的功能就是兼容传统的802.11a/b/g，以保护用户已有的投资。

目前，Cisco、H3C和Aruba公司已经在全球率先发布了面向企业级和运营级市场的802.11n产品。802.11标准定义了WEP安全机制，WEP本意是“等同有线的安全”。WEP采用RC4流加密算法，为避免加密key的重复使用，WEP引 入了24位的IV。对于24位的IV, 5000个报文后就有50%的机率出现重复的IV。2001年8月，Scott、Shamir公开了对WEP的分析报告，展示了完全可能在1分钟内完成对WEP的破解。除了加密算法的瑕疵，WEP没有提供出有效的密钥管理机制，密钥完 全是静态配置，非常不适合企业等大规模部署场景。此外，WEP的共享密钥认证机制也是漏洞百出。总之，WEP机制无论在加密强度、用户认证、数据完整性和 密钥管理方面都存在着大量的安全漏洞。

面对诸多的WEP安全漏洞，IEEE 802.11在2002年迅速成立了802.11i工作组，以解决WEP的上述问题。考虑到企业等规模部署应用需要扩展性很好的安全管理机制，工作组采用 了802.1x、Radius体系来完成接入用户的身份认证。无论802.1x还是Radius体系都早已广泛部署并获得了业界的认可，同时支持灵活的扩 展，提供了EAP-TLS、EAP-TTLS、EAP-PEAP等大量认证方法来灵活满足各种部署要求。所以，802.11i工作组只需要关注无线空口的 安全，包括提高数据报文的加密强度、确保数据报文完整性、实现加密密钥的动态协商。对于数据加解密，802.11i使用了AES-CCM和TKIP算法; 完整性校验采用Michael和CBC算法;同时基于4次握手过程实现了密钥的动态协商。

WLAN产业蓬勃发展和WLAN技术标准不断完善形成了良好的互动。用户对WLAN安全的关注，以及由应用促使的对更高吞吐的呼唤、对可管理性 的更高要求等，推动了WLAN技术的不断创新和技术标准的不断完善。 HomeRF标准

在美国联邦通信委员会（FCC）正式批准HomeRF标准之前，HomeRF工作组于1998年为在家庭范围内实现语音和数据的无线通信制订出一个规范，即共享无线访问协议（SWAP）。该协议主要针对家庭无线局域网，其数据通信采用简化的IEEE802.11协议标准。之后，HomeRF工作组又制定了HomeRF标准，用于实现PC机和用户电子设备之间的无线数字通信，是IEEE802.11与泛欧数字无绳电话标准（DECT）相结合的一种开放标准。HomeRF标准采用扩频技术，工作在2.4GHz频带，可同步支持4条高质量语音信道并且具有低功耗的优点，适合用于笔记本电脑。

HyperLAN/2标准

HiperLAN/2标准由全球论坛（H2GF）开发并制定，在5GHz的频段上运行，并采用OFDM调制方式，物理层最高速率可达54Mbit/s，是一种高性能的局域网标准。HyperLAN/2标准定义了动态频率选择、无线小区切换、链路适配、多波束天线和功率控制等多种信令和测量方法，用来支持无线网络的功能。基于HyperRF标准的网络有其特定的应用，可以用于企业局域网的最后一部分网段，支持用户在子网之间的IP移动性。在热点地区，为商业人士提供远端高速接入因特网的服务，以及作为W-CDMA系统的补充，用于3G的接入技术，使用户可以在两种网络之间移动或进行业务的自动切换，而不影响通信。

无线局域网标准的比较

802.11系列协议是由IEEE制定的，目前居于主导地位的无线局域网标准。HomeRF主要是为家庭网络设计的，是802.11与DECT的结合。HomeRF和蓝牙都工作在2.4GHz ISM频段，并且都采用跳频扩频（FHSS）技术。因此，HomeRF产品和蓝牙产品之间几乎没有相互干扰。蓝牙技术适用于松散型的网络，可以让设备为一个单独的数据建立一个连接，而HomeRF技术则不像蓝牙技术那样随意。组建HomeRF网络前，必须为各网络成员事先确定一个惟一的识别代码，因而比蓝牙技术更安全。802.11使用的是TCP/IP协议，适用于功率更大的网络，有效工作距离比蓝牙技术和HomeRF要长得多 1.2 WLAN网络的发展现状

目前，全球在建和规划中的无线城市已超过1000个。仅截止2007年

底，美国在建和规划中的无线城市大约为400多个。有关机构预计到2010年“无线城市”将增加至1500个。从总体上来看，全球无线热点、无线热区、无线城市的建设已是大势所趋，成为当今世界潮流。

我国最具有代表性的无线城市包括北京、天津、青岛、武汉、上海、南京、杭州、厦门、广州、深圳、扬州等。和全球一样，我国无线热点、无线热区和无线城市的发展势头十分强劲，而且正从沿海地区向内地发展。基于WIFI、Mesh技术的无线宽带网络具有高宽带、低成本、灵活方便的优势，不仅是在社会公共领域，在局域网领域的应用，如无线数字小区、无线监控、无线分机等，同样拥有无限商机。

中国正在大力开展WiFi的布点工作，已在南方21省做了WiFi部署，计划到年底完成2.5万个热点覆盖。据了解，上海已经建设3000个热点、广东建成1400个WiFi热点(截至08年5月)、武汉覆盖500个热点场地(08年4月底)，浙江年底前建成8000个，江苏已在全省布设了8000余个接入点，南京市则计划今年底建成8000个接入点。据H3C公布的份额推算，中国计划部署的热点可能高达10万个，涉及上海、杭州、南京、武汉、南昌等全国近30个城市的无线建设。

随着无线局域网的标准的日趋完善，相关的技术和产品也在市场上推广开来，尤其是近期在国内外可以说是风头正健。诸多的无线局域网应用付诸实施反映了随着标准的发展与无线网络产品的成熟，无线局域网技术已经具有一定的可靠性和速度，可以提供可靠的移动企业计算服务。无线局域网可提供了最高10M、54M的传输速率，一个AP最多可支持100多个用户的接入，在很多应用领域具有独特的优势：一是可移动性，它能够覆盖有线网络所无法顾及的领域，提供了不受线缆限制的应用，用户可以随时、随地上网，挣脱了传统线缆束缚。使“本地”的计量单位从米延伸到了千米。在有线局域网中，两个站点的距离在使用铜缆时被限制在500m，即使采用单模光纤也只能达到3000m，而无线局域网中两个站点间的距离目前可达到50km。基础设施不再需要埋在地下或隐藏在墙里，数据直接通过无线电射频传播。二是安装维护容易，无须布线，大大节约了建网时间。相对于有线网络，无线局域网的管理、配置和维护也较为容易，一般计算机工作人员都可以胜任网络的管理工作。三是组网灵活，即插即用，网络管理人员可以迅速将其加入到现有网络中，并在某种环境下运行；四是特别适合于变化频繁的工作场合和难以布线的环境，如老建筑或昂贵的露天区域、城市建筑群。

无线局域网的应用大致可以分为以下3类：一是室内应用，它可以被视为有线网的扩展，尤其适合于办公室场合的数据通信。第二类是室外应用，其最大优

势是能够克服物理障碍，无须进行布线，可以单独成网，也可以与公用网络相连。第三类是特殊应用环境，例如对于一些要求建设周期短、见效快的网络，无线方式显然具有得天独厚的优势。

调查显示，无线局域网普及率上升的部分原因是PDA、笔记本电脑、无线手机、无线摄像机等具有无线局域网访问能力的装置数量不断增加。只要在能够访问无线局域网的地方，在设备中有一张无线数据卡，消费者就能享受无线局域网带来的方便。现在无线局域网主要在两方面取得进展，一是在许多企业公司建立的内部无线网络；一是由电信企业建立的公共无线局域网，也即热点。目前，全球“热点”的数量正在急剧增加。不少企业相继宣布将要设置热点，其中，英国的BT表示将要设置4000个热点；美国的Boingo Wireless表示将要设置5000个；日本的软银集团则在日本麦当劳的店铺等处中设置4000个等等。因此,无线网络在局域网的推广和应用,将掀起一股潮流风暴!

随着中国政府无线城市的推广,及全球无线应用潮流的带动,”无线网

络”将成为犹如”北京奥运会”般的形象名片,不管是老百姓还是企业或政府都会对”无线网络”的产品及应用,极力尝试并追捧! 1.3 论文组织结构

第一章 概述WLAN网络技术标准的发展演进以及WLAN网络的发展现状。 第二章 概述WLAN网络架构、典型的设备指标以及WLAN关键技术。

第三章 WLAN覆盖分析。分为典型传播类型、典型链路预算以及覆盖分析结论。

第四章 WLAN 容量分析。主要WLAN常用业务速率和单AP容量分析。

第五章 WLAN 相关应用案例。分为室内和室外。以某高校或酒店和某步行街的例子进行深入分析和理解。

第六章 总结在毕业设计中所做的工作，并对下一步工作做出一定的构想。

第二章 WLAN概述

无线局域网是指以无线信道作为传输媒介的计算机局域网络(Wireless Local Area Network，简称WLAN).是在有线网的基础上发展起来的，它使网上的计算机具有可移动性能快速、方便地解决有线方式不易实现的网络信道的连通问题。无线局域网要求以无线方式相联的计算机之间资源共享，具有现有网络操作系统(NOs) 所支持的各种服务功能。计算机无线联网常见的形式是把远程计算机以无线方式联入一个计算机网络中，作为网络中的一个节点使之具有网上工作站所具有的同样功能，从而获得网络上的所有服务；或把数个有线或无线局域网联成一个区域网；当然，也可用全无线方式构成一个局域网或在一个局域网中混合使用有线与无线方式。此时，以无线方式入网的计算机将具有可移动性，可在一定的区域移动并随时与网络保持联系。 2.1 WLAN网络架构 WLAN有两种基本架构，一种是FAT AP架构，又叫自治式网络架构。一种是AC+FIT AP架构，又叫集中式网络架构。我们先从最熟悉的家庭无线路由器入手，家庭无线路由器采用的是FAT AP架构，即自治式网络架构。FAT AP英文全称是FAT Access Point，中文称为胖接入点，也有很多人直接称为胖AP。FAT AP不仅可以发射射频提供无线信号供无线终端接入，还能独立完成安全加密、用户认证和用户管理等管控功能。想一下我们家里的无线路由器，我们可以为WLAN设置密码，可以配置黑名单或白名单控制用户接入，还可以管理接入的用户（如设置用

户的接入速率）等，这些都符合FAT AP的特征。所以，家庭使用的无线路由器就是一种FAT AP。下面的组网图是一个简单的基于FAT AP架构的组网应用。

FAT AP功能强大，独立性强，具备自治能力，因此FAT AP架构人们又称为自治式网络架构。不需要介入专门的管控设备，独自就可以完成无线用户的接入，业务数据的加密和业务数据报文的转发等功能。

独立自治是FAT AP的特点，也是FAT AP的缺点。当单个部署时，由于FAT AP具备较好的独立性，不需要另外部署管控设备，部署起来很方便，成本也较低廉，在类如家庭WLAN或者小企业WLAN的使用场景中，FAT AP往往是最适合的选择。给我们感受最深刻的就是我们在家里使用一个无线路由器就能享受WLAN带给我们的便捷。但是，在大的使用场景中，如我们上面提到的候车厅，FAT AP的独立自治就变成了自身的缺点。由于WLAN覆盖面积较大，接入用户较多，需要部署许多FAT AP设备，而每个FAT AP又是独立自治的，缺少统一的管控设备，管理这些设备就变得十分麻烦。不说别的，光为这些FAT AP升一次级就是一场灾难。所以，在大量部署的情况下，FAT AP会带来巨大的管理维护成本。而且由于独自控制用户的接入，FAT AP无法解决用户的漫游问题。一般在中大型使用场景中人们往往不会选择FAT AP架构，而是使用我们下面要讲的AC+FIT AP架构。

如果大家不了解漫游，可以想象下我们日常使用的手机，当坐在高铁上从一个城市移动到另一个城市，手机信号要在沿途不停的断开旧网络，接入新网络。或者想象下，我们拿着Pad等无线终端，从自己家移动到邻居家并接入邻居家的WLAN，这个过程也可以理解为漫游。后面在介绍WLAN各种特性的时候会讲到什么是漫游，大家先了解下漫游大概的概念。

既然有胖AP，那对应的就应该有瘦AP。FIT AP英文全称是FIT Access Point，中文称为瘦接入点，也有很多人直接称为瘦AP。和胖AP不同，瘦AP除了提供无线射频信号外，基本不具备管控功能。也正是因为这一点，它被称为瘦AP，而上面具备管控功能的AP被称为了胖AP。为了实现WLAN的功能，除了FIT AP外，还需要具备管理控制功能的设备——AC。AC英文全称是Access Controller，中文称为无线接入控制器。AC的主要功能是对WLAN中的所有FIT AP进行管理和控制，AC不具备射频（AC只是管理控制设备，不能发射无线射频信号），它和FIT AP配合共同完成WLAN功能。这种架构就被称为了AC+FIT AP架构。下图为某大型企业基于AC+FIT AP架构部署的WLAN组网示意图。

由上图我们可以看到，根据AC所管控的区域和吞吐量的不同，AC可以出现在汇聚层，也可以出现在核心层。而FIT AP一般部署在接入层和企业分支。这种层级分明的协同分工，更能体现出AC+FIT AP架构的集中控制的特点，这种架构又被大家称为集中式网络架构。

使用AC+FIT AP架构为像候车厅这种大型场所部署WLAN时，比使用FAT AP架构更经济、高效。在AC+FIT AP架构下，可以统一为FIT AP下发配置，统一为FIT AP进行软件升级，还可以按照时段控制FIT AP的工作数量等等，这些大大降低了WLAN的管控和维护的成本。而且，由于用户的接入认证可以由AC统一管理，解决用户漫游的问题就变得很容易。综上所述，AC+FIT AP架构适用于中大型使

用场景，而FAT AP架构适用于小型使用场景。 普通家庭使用的无线路由器是FAT AP架构

大型场所一般使用AC+FIT AP架构

2.2 WLAN典型设备指标

WLAN网管关键指标包括AP/AC配置指标、AP/AC性能指标、RADIUS和Portal性能指标以及WLAN业务发展数据，它们是反映并评估WLAN设备、网络和服务的状态及性能的重要数据。

AP/AC配置指标反映了现网中AP/AC设备资源、软件版本和制造厂商信息情况，是了解现网AP、AC资产配置的重要指标，这部分指标包括AC厂家，AC软件版本，AC数量，AC覆盖区域类型，AP厂家，AP软件版本、AP数量和WLAN热点数量。

AP/AC性能表指标反映了AP/AC设备及其有线和无线接口的性能，这部分指标包括AC流入流量、AP峰值关联用户数、无线上行流量、AC流出流量、AP峰值在线用户数、无线下行流量、掉线率、AP平均在线用户数、无线上行速率、DHCP请求次数、AP退服率、无线下行速率、DHCP请求成功数、AP设备利用率、超忙AP数量、DHCP的IP地址分配成功率、AP关联拥塞率、超闲AP数量、AP平均关联用户数、AP关联成功率、最差AP数量、AC峰值流入速率、AC峰值流出速率和超忙AC数量。

RADIUS和Portal性能指标反映了RADIUS和Portal处理用户上、下线流程各关键消息的性能，这部分指标包括Portal页面请求数、Portal页面成功推送数、Portal页面成功推送成功率、RADIUS认证请求数、RADIUS认证成功数、RADIUS认证成功率、Portal请求CHALLENGE数、Portal请求CHALLENGE成功数、Portal请求CHALLENGE成功率、用户鉴权请求数、用户鉴权成功数、用户鉴权成功率、校园用户鉴权请求数、校园用户鉴权成功数、校园用户鉴权成功率、星巴克用户鉴权请求数、星巴克用户鉴权成功数、星巴克用户鉴权成功率、用户名密码错误原因导致的认证失败次数、用户唯一性限制导致的认证失败次数、用户帐号状态异常导致的认证失败次数、认证平台原因导致的认证失败次数、网络设备原因导致的认证失败次数、其它原因导致的认证失败次数、用户主动下线请求数、用户主动下线成功数、用户主动下线成功率、WLAN国漫来访认证请求数、WLAN国漫来访认证成功数、WLAN国漫来访认证成功率、WLAN国漫出访认证请求数、WLAN国漫出访认证成功数和WLAN国漫出访认证成功率。

WLAN业务发展数据反映了使用WLAN业务的用户及其使用时长、流量等信息，这部分指标包括公网注册用户数、公网活跃用户数、公网用户使用时长、公网用户平均业务流量、校园网注册用户数、校园网活跃用户数、校园网用户使用时长、校园网用户平均业务流量、星巴克使用用户数、星巴克用户使用时长、星巴克用户平均业务流量、国漫出访用户数、国漫出访用户使用时长、国漫出访用户业务流量、国漫来访用户数、国漫来访用户使用时长和国漫来访用户业务流量。 2.3 WLAN关键技术 物理层关键技术 1. MIMO

MIMO是802.11n物理层的核心，指的是一个系统采用多个天线进行无线信号的收发。它是当今无线最热门的技术，无论是3G、IEEE 802.16e WIMAX，还是802.11n，都把MIMO列入射频的关键技术。 MIMO架构

MIMO主要有如下的典型应用，包括： 1） 提高吞吐

通过多条通道，并发传递多条空间流，可以成倍提高系统吞吐。 ２) 提高无线链路的健壮性和改善SNR 通过多条通道，无线信号通过多条路径从发射端到达接收端多个接收天线。由于经过多条路径传播，每条路径一般不会同时衰减严重，采用某种算法把这些多个信号进行综合计算，可以改善接收端的SNR。需要注意的是，这里是同一条流在多个路径上传递了多份，并不能够提高吞吐。在MRC部分将有更多说明。 2. SDM

当基于MIMO同时传递多条独立空间流（spatial streams），如下图中的空间流X1,X2，时，将成倍地提高系统的吞吐。 通过MIMO传递多条空间流

MIMO系统支持空间流的数量取决于发送天线和接收天线的最小值。如发送天线数量为3,而接收天线数量为２，则支持的空间流为2。MIMO/SDM系统一般用“发射天线数量×接收天线数量”表示。如上图为2*2 MIMO/SDM系统。显然，增加天线可以提高MIMO支持的空间流数。但是综合成本、实效等多方面因素，目前业界的WLAN AP都普遍采用3×3的模式。

MIMO/SDM是在发射端和接收端之间，通过存在的多条路径（通道）来同时传播多条流。有意思的事情出现了：一直以来，无线技术(如OFMD)总是企图克服多径效应的影响，而MIMO恰恰是在利用多径来传输数据。 MIMO利用多径传输数据 3. MIMO-OFDM

在室内等典型应用环境下，由于多径效应的影响，信号在接收侧很容易发生(ISI)，从而导致高误码率。OFDM调制技术是将一个物理信道划分为多个子载体（sub-carrier）,将高速率的数据流调制成多个较低速率的子数据流，通过这些子载体进行通讯，从而减少ISI机会，提高物理层吞吐。

OFDM在802.11a/g时代已经成熟使用，到了802.11n时代，它将MIMO支持的子载体从52个提高到56个。需要注意的是，无论802.11a/g，还是802.11n，它们都使用了4个子载体作为pilot子载体，而这些子载体并不用于数据的传递。所以802.11n MIMO将物理速率从传统的54Mbps提高到了58.5 Mbps(即54*52/48）。

4. FEC (Forward Error Correction)

按照无线通信的基本原理，为了使信息适合在无线信道这样不可靠的媒介中传递，发射端将把信息进行编码并携带冗余信息，以提高系统的纠错能力，使接收端能够恢复原始信息。802.11n所采用的QAM-64的编码机制可以将编码率（有效信息和整个编码的比率）从3/4 提高到5/6。所以，对于一条空间流，在MIMO-OFDM基础之上，物理速率从58.5提高到了65Mbps(即58.5乘5/6除以3/4）。

5. Short Guard Interval (GI)

由于多径效应的影响，信息符号（Information Symbol）将通过多条路径传递，可能会发生彼此碰撞，导致ISI干扰。为此，802.11a/g标准要求在发送信息符号时，必须保证在信息符号之间存在800 ns的时间间隔，这个间隔被称为Guard Interval (GI)。802.11ｎ仍然使用缺省使用800 ns GI。当多径效应不是很严重时，用户可以将该间隔配置为400，对于一条空间流，可以将吞吐提高近１０％，即从65Mbps提高到72.2 Mbps。对于多径效应较明显的环境，不建议使用Short Guard Interval (GI)。 6. 40MHz绑定技术

这个技术最为直观：对于无线技术，提高所用频谱的宽度，可以最为直接地提高吞吐。就好比是马路变宽了，车辆的通行能力自然提高。传统802.11a/g使用的频宽是20MHz，而802.11n支持将相邻两个频宽绑定为40MHz来使用，所以可以最直接地提高吞吐。

需要注意的是：对于一条空间流，并不是仅仅将吞吐从72.2 Mbps提高到144.4（即72.2×2 ）Mbps。对于20MHz频宽，为了减少相邻信道的干扰，在其两侧

预留了一小部分的带宽边界。而通过40MHz绑定技术，这些预留的带宽也可以用来通讯，可以将子载体从104（52×2）提高到108。按照72.2*2*108/104进行计算，所得到的吞吐能力达到了150Mbps。 7. MCS (Modulation Coding Scheme) 在802.11a/b/g时代，配置AP工作的速率非常简单，只要指定特定radio类型 （802.11a/b/g）所使用的速率集，速率范围从1Mbps到54Mbps,一共有12种可能的物理速率。

到了802.11n时代，由于物理速率依赖于调制方法、编码率、空间流数量、是否40MHz绑定等多个因素。这些影响吞吐的因素组合在一起，将产生非常多的物理速率供选择使用。比如基于Short GI,40MHz绑定等技术，在4条空间流的条件下，物理速率可以达到

600Mbps(即4*150)。为此，802.11n提出了MCS的概念。MCS可以理解为这些影响速率因素的完整组合，每种组合用整数来唯一标示。对于AP，MCS普遍支持的范围为0-15。 8. MRC (Maximal-Ratio Combining) MRC和吞吐提高没有任何关系，它的目的是改善接收端的信号质量。基本原理是：对于来自发射端的同一个信号，由于在接收端使用多天线接收，那么这个信号将经过多条路径（多个天线）被接收端所接收。多个路径质量同时差的几率非常小，一般地，总有一条路径的信号较好。那么在接收端可以使用某种算法，对这些各接收路径上的信号进行加权汇总（显然，信号最好的路径分配最高的权重），实现接收端的信号改善。当多条路径上信号都不太好时，仍然通过MRC技术获得较好的接收信号。 MAC层关键技术 1. 帧聚合

帧聚合技术包含针对MSDU的聚合（A-MSDU）和针对MPDU的聚合(A-MPDU)： A-MSDU

A-MSDU技术是指把多个MSDU通过一定的方式聚合成一个较大的载荷。这里的MSDU可以认为是Ethernet报文。通常，当AP或无线客户端从协议栈收到报文（MSDU）时，会打上Ethernet报文头，我们称之为A-MSDU Subframe；而在通过射频口发送出去前，需要一一将其转换成802.11报文格式。而A-MDSU技术旨在将若干个A-MSDU Subframe聚合到一起，并封装为一个802.11报文进行发送。从而减少了发送每一个802.11报文所需的PLCP

Preamble，PLCP Header和802.11MAC头的开销，同时减少了应答帧的数量，提高了报文发送的效率。

A-MSDU报文是由若干个A-MSDU Subframe组成的，每个Subframe均是由Subframe header (Ethernet Header)、一个MSDU和0-3字节的填充组成。 图4 A-MSDU 报文结构

A-MSDU技术只适用于所有MSDU的目的端为同一个HT STA的情况。 A-MPDU

与A-MSDU不同的是，A-MPDU聚合的是经过802.11报文封装后的MPDU，这里的MPDU是指经过802.11封装过的数据帧。通过一次性发送若干个MPDU，减少了发送每个802.11报文所需的PLCP Preamble，PLCP Header，从而提高系统吞吐量。 图5 A-MPDU报文格式

其中MPDU格式和802.11定义的相同，而MPDU Delimiter是为了使用A-MPDU而定义的新的格式。A-MPDU技术同样只适用于所有MPDU的目的端为同一个HT STA的情况。 2. Block ACK

为保证数据传输的可靠性，802.11协议规定每收到一个单播数据帧，都必须立即回应以ACK帧。A-MPDU的接收端在收到A-MPDU后，需要对其中的每一个MPDU进行处理，因此同样针对每一个MPDU发送应答帧。Block Acknowledgement通过使用一个ACK帧来完成对多个MPDU的应答，以降低这种情况下的ACK帧的数量。

Block Ack机制分三个步骤来实现： 通过ADDBA Request/Response报文协商建立Block ACK协定。 ? 协商完成后，发送方可以发送有限多个QoS数据报文，接收方会保留 这些数据报文的接收状态，待收到发送方的BlockAckReq报文后，接收方则回应以BlockAck报文来对之前接收到的多个数据报文做一次性回复。 通过DELBA Request报文来撤消一个已经建立的Block Ack协定。 3. 兼容a/b/g

WLAN标准从802.11a/b发展到802.11g，再到现在的802.11n，提供良好的向后兼容性显得尤为重要。802.11g提供了一套保护机制来允许802.11b的无线用户接入802.11g网络。同样的，802.11n协议提供相似的机制来允许802.11a/b/g用户的接入。

802.11n设备发送的信号可能无法被802.11a/b/g的设备解析到，造成802.11a/b/g设备无法探测到802.11n设备，从而往空中直接发送信号，导致信道使用上的冲突。为解决这个问题，当802.11n运行在混合模式（即同时有802.11a/b/g设备在网络中）时，会在发送的报文头前添加能够被802.11a或802.11b/g设备正确解析的前导码。从而保证

802.11a/b/g设备能够侦听到802.11n信号，并启用冲突避免机制，进而实现802.11n的设备与802.11a/b/g设备的互通。

第三章 WLAN覆盖分析

3.1典型传播模型

传播模型一般分为经验模型、半经验半确定性模型和确定性模型。经验模型是由大量测量数据的统计分析导出的公式。该方法简单, 且对环境不需要详细的信息, 利用起来非常容易而快捷。但该方法估算路径损耗的精度不是很高。半经验半确定性模型先从定性模型导出的公式入手。这类模型比经验模要求更详细的环境信息, 但又少于确定性模型所要求的环境信息。确定性模型是基于电磁理论直接用于特定环境的求解, 该特定环境的描述是由建筑物和地形数据库来完成的。 按照使用范围来划分,预测模型可大体分为宏蜂窝传播模型、微蜂窝传播模型和室内传播模型。 3.2典型的链路预算

3.2.1接入链路预算（2.4GHZ）

接入链路中，发送方为AP，接收方为客户端，实测数据汇总如下表所示：

表 接入链路实测参数

EIRP?Pt?Ga?Lossa； Gs?EIRP?Pro?Gc?Lossc；

此处视LOS传输距离服从自由空间传输损耗公式：

Gs?92.4?20lgF?20lgDLOS

3.2.2 回程链路预算（5GHZ）

回程链路中收发方均为BA无线模块，因此不存在客户端。此外，因为回程链路中需要使用全向天线，故在链路损耗中需要考虑天线不对准损耗——Lossmis

EIRP?Pt?Ga?Lossa?Lossmis; Gs?Pt?Pro?Ga?Lossa?Lossmis

3.3 覆盖分析结论

3.3.1 室内影响Wi-Fi通信距离的因素

在Wi-Fi系统中，AP的覆盖范围是一个非常重要的技术指标。影响AP覆盖范围的因素有：

? 发射机输出功率

标准中指明的等效全向辐射功率（Equivalent Isotropic Radiated Power，EIRP）就是发射机的输出功率。对于工作在2.4GHz频段的AP，欧洲一般规定其输出功率为20dBm，美国一般规定其输出功率为30dBm；对于工作在5GHz频段的AP，欧洲一般规定其输出功率为23dBm，美国一般规定其输出功率为23dBm。

? 接收机的灵敏度

接收机的灵敏度与信号速率、调制解调方式、需要的信噪比和误码情况等因素有关。实际上，Wi-Fi网络的吞吐量随着AP与无线站点（Station，STA）间的距离增加而减少。信号速率越低，接收机的灵敏度越高，通信距离越远。此外，低速率可靠性高。

? 天线特性 天线的增益、方向性和极化等参数对通信距离的影响很大，尤其是方向性对覆盖范围的影响较大。

? 工作环境

周围无线环境的物理特性影响路径损耗，从而影响通信距离。工作环境主要指视距/非视距（Non Line Of Sight，NLOS）、室内/室外、干扰和多径等方面。一般情况下，室外通信距离比室内环境要远些。

此外，AP的天线类型和AP安装的位置对通信距离也有影响。 ? 工作频率

无线电工作的频率影响通信距离，一般来说电磁波在空中的传输损耗与频率的平方成正比。

3.3.2 计算Wi-Fi通信距离的步骤

根据影响通信距离的因素，确定计算Wi-Fi通信距离的步骤如下： （1）系统参数与变量的定义。

根据设备技术指标或测试结果确定发射机的输出功率。标准中指明的最大允许EIRP就是发射机的输出功率，接收机灵敏度和天线增益等参数也可以根据设备技术指标或通过测试来确定。

（2）信号路径损耗模型的建立。

依据3.1.1、31.2、3.1.3节介绍的信道特性和信道模型结合具体的使用环境，建立信号的路径损耗模型。

（3）计算Wi-Fi无线链路距离。 根据链路方程计算通信距离。 3.3.3 Wi-Fi通信距离

3.3.3.1无线链路预算

链路预算是移动通信无线网络覆盖分析最重要的手段之一，不仅应用于网络规划设计阶段，也应用于网络的优化和运营维护阶段。

链路预算能够指导规划区内单AP的覆盖范围的设置、所需AP数量的估算和站址的分布。即链路预算是在保证数据传输质量的前提下，确定AP和终端之间的无线链路所能允许的最大路径损耗。由于覆盖半径和最大路径损耗直接相关，因此，只要确定传播模型，根据最大允许路径损耗就可以计算出单AP的有效覆盖范围。

微波无线链路增益损耗计算模型如图3-12所示。

发射机 PtLftGtLs链路储备余量GrLfr接收机 ProMargin?PGGt?Lft?t?Ls?r?Lfr?Pro图3-12 微波无线链路增益损耗计算模型

以下是图3-12中的参数说明：

t,(dBm)； 设备射频输出功率——P

系统接收灵敏度——Pro,(dBm)； 发射端天线增益——Gt,(dB)；

接收端天线增益——Gr,(dB)；

发射端室外单元（Out Door Unit，ODU）和天线间的电缆损耗——接收端ODU和天线间的电缆损耗——Lfr,(dB)； 空间传输损耗——Ls,(dB)；

则由以上变量可以推导出如下关系式： 链路储备余量：

Margin?Pt?Lft?Gt?Ls?Gr?Lfr?Pro；

在以上计算模型的基础上，便可以计算出某具体无线链路的功率预算。但其中空间损耗Ls需要针对室内和室外两种情况分别讨论。目前许多经典的传播模型描述了传播损耗与距离的关系，3.1.2节及3.1.3节分别介绍了适合于Wi-Fi网络的室外和室内无线传播模型。

3.3.3.2 Wi-Fi通信距离的计算

（1）室内与室外环境下Wi-Fi通信距离的差别 设定最大发射功率，已知接收机灵敏度并选定天线类型后，就可以确定每个AP的覆盖范围，从而初步确定满足覆盖要求的AP数量和站点位置。设最大发射功率Pt?16dBm，接收网卡天线增益即Gr?0dBi，发送端与接收端的电缆损耗

Lft,(dB)；

Lft?Lft?0，室内传播模型中衰减因子?MF?3.14，频率f?2.4GHz，预留余量

Margin?10dB。在室外环境下选取自由空间传播模型，计算得到的覆盖范围对

应关系如图3-13所示。在室内环境下选取衰减因子模型，计算得到的覆盖范围对应关系如图3-14所示。

室外环境覆盖范围3接收灵敏度-90dBm接收灵敏度-88dBm接收灵敏度-87dBm接收灵敏度-84dBm 2.52覆盖范围(km)1.510.50 0246天线增益（dBi)室内环境覆盖范围81012

图3-13 室外环境覆盖范围

160接收灵敏度-90dBm接收灵敏度-88dBm接收灵敏度-87dBm接收灵敏度-84dBm140120覆盖范围(m)10080604020 0246天线增益（dBi)81012

图3-14 室内环境覆盖范围

（2）2.4GHz与5GHz Wi-Fi通信距离的差别

2.4GHz和5GHz频段Wi-Fi的最基本区别就是AP的覆盖范围不同。从理论上来讲，在自由空间中，假设有共同的工作环境，系统参数也相同，在保持功率和吞吐率为常数的情况下，由于电磁波在空中传输的损耗与频率平方成正比，2.4GHz频段与5GHz频段相比，可以提供大约两倍的通信距离。

在Wi-Fi实际工作环境中，电磁波传播往往不完全符合自由空间传播模型。需要基于相应环境（如开放建筑物、半开放办公室、封闭办公室等）的特定路径

损耗模型才能进行可靠的覆盖分析。在这些环境下电磁波传播过程中存在突变点，其路径损耗不能用单一传播模型进行描述，在突变点距离内和距离外其传输特性符合不同的模型。在突变点以下为自由空间传播，路径损耗指数为2，在突变点（5m）以上的路径损耗指数分别为2.2、3.3和4.5（分别针对开放建筑物、半开放办公室、封闭办公室）。在路径损耗依赖于TX-RX（Transmit-Reception，发射-接收）距离的模型中，需要有10dB的容限以克服衰落。对于双天线和瑞利衰落信道，10dB的容限可以达到99%的可靠度。

为了研究在实际环境下通信频率对覆盖范围的影响，假定在2.4GHz频段和5GHz频段都采用IEEE 802.11a协议，只是实现频段不同，就可以看出频段对覆盖范围的影响。相关的仿真结果显示，2.4GHz频段并不能提供相对于5GHz频段两倍的通信距离。

由于Es/N0门限和相应的误比特率（Bit Error Rate，BER）对于高速率发送模式非常严格，以及信号能量随着信号远离发射机而快速扩散，接收机离发射机越远，越难辨别出发送的信息。对于IEEE 802.11a的Wi-Fi网络，在距AP 10~20m的范围内，可以提供高达36~54Mbps的标称传输速率，能够很好地满足在用户稠密环境中要求的高吞吐率；在距离超过30~40m处，数据速率接近9~12Mbps。通过增加发射功率，IEEE 802.11a系统也可以在2.4GHz系统的通信距离上达到相似的数据速率。

3.3.3.3 Wi-Fi覆盖范围与传输速率

IEEE 802.11标准的实际传输速率与AP覆盖范围是紧密联系的，IEEE 802.11b、IEEE 802.11g和IEEE 802.11a标准下单个AP的覆盖范围与传输速率的关系分别如表3-14、表3-15、表3-16所示。

表3-14 IEEE 802.11b标准的AP的覆盖范围与传输速率的关系

传输速率（Mbps） 11 5.5 2 1 接收机灵敏度-79 -83 -84 -87 （dBm） 室外覆盖范围（m） 250 277 287 290 室内覆盖范围（m） 111 130 136 140 规划使用值（m） 37 43 45 46 注：不同厂家设备的接收机灵敏度不同。 表3-15 IEEE 802.11g标准的AP的覆盖范围与传输速率的关系 传输速率 (Mbps) 54 48 36 24 18 12 9 6 接收机灵敏度-65 -66 -70 -74 -77 -79 -81 -82 （dBm） 室外覆盖范围（m） 37 107 168 198 229 244 267 274 室内覆盖范围（m） 32 55 79 87 100 108 116 125 规划使用值（m） 11 18 27 29 34 36 39 42 表3-16 IEEE 802.11a标准的AP的覆盖范围与传输速率的关系 传输速率 (Mbps) 54 48 36 24 18 12 9 6 接收机灵敏度-72 -73 -78 -81 -84 -85 -87 -89 （dBm） 室外覆盖范围（m） 30 室内覆盖范围（m） 26 规划使用值（m） 9

91 46 15 130 152 64 70 22 24 168 79 27 183 85 29 190 94 32 198 100 34 由上表可以看出，Wi-Fi AP的覆盖范围增加时，网络的传输速率将会降低，这对Wi-Fi的规划和设计起着决定性的作用。因为一般最大传输速率只能在非常靠近AP的范围内得到，所以单个AP的标准选择是整个Wi-Fi网络规划的基础。 3.3.4 覆盖区域内AP数目确定

在使用全向天线的情况下，不考虑建筑物对信号传播的影响，AP覆盖区域将近似为半径为R的圆（R为AP与STA间满足特定信号质量的最大通信距离）。但由于AP发射功率受限，导致一个AP的覆盖范围也有限。对于较大区域，往往需要部署大量AP联合进行覆盖。对于特定的覆盖区域，可以综合考虑建筑物类型和用户特征，用Z因子方法快速计算满足信号覆盖要求的AP数目。

AP覆盖区域近似为圆形，为便于计算，首先转化为正方形。如图3-15所示，在半径为R的圆内，做一个内接正方形，此正方形边长为Z。圆半径R与正方形边长Z及面积S的对应关系如表3-17所示。

RZ

图3-15 圆内接正方形

表3-17 圆半径R与正方形边长Z及面积S的对应关系 S?Z2(m2) R(m) Z(m) S?Z2(m2) R(m) Z(m) 100 7 10 200 10 14 400 14 20 800 20 28 1000 22 32 1500 27 39 2000 32 45 2500 35 50 3000 39 55 3500 42 59 4000 45 63 4500 47 67 5000 50 71 5500 52 74

在使用Z因子方法计算满足覆盖要求的AP数目时，首先要确定建筑物中每

个楼层的覆盖面积。然后将覆盖区域分为矩形区域，分别计算各区域需要部署的AP数目，如图3-16所示。

60mAPs(Area1)=(60/32)*(60/32)=4APs60mArea1APs(Area2)=(150/32)*(60/32)=10APsTotal=14APsArea260m150m

图3-16 将覆盖区域分为矩形区域

覆盖区域要求IEEE 802.11a标准传输速率不小于36Mbps，根据3.3.3.3小节介绍的覆盖范围与传输速率的关系可知，这样对应于覆盖半径R=22m，换算为Z=32m，AP（Area1）=（60/32）×（60/32）=4，AP（Area2）=（150/32）×（60/32）=10。合计需要14个AP才能满足覆盖要求。分别在Area1及Area2的中心均匀布放AP，即可满足覆盖要求，如图3-17所示。

60m60m60m150m

图3-17 AP布放位置示意图

完成规划估算后，实际布设AP时，AP的位置首先应根据具体场景和需求进行选择，然后再通过实地测量进行调整。定位需要遵循AP的覆盖区域之间无间隙，并保证所有的区域都能覆盖到的原则。

AP覆盖区域的确定需要根据接收到的信号强度来决定，做法是先设定一个

信号强度阈值，例如为满足某个区域的无线终端点播流媒体课件的需求，通过测量得知信噪比（Signal Noise Rate，SNR）取10dB是能够保证点播流媒体课件质量稳定的最低信号强度，所以可将10dB作为阈值，凡是信号强度不低于这个阈值的区域就确定为AP的覆盖区域；然后进行实地测量，并记录，产生AP的覆盖区域图；最后根据定位原则进行调整，直到满足阈值为止。 由于各个区域的用户密度不同，一般情况下用户密度大的区域情况更复杂，所以应先在用户密度高的区域进行AP的布置，然后再布置用户密度低的区域。在空旷的户外可用对称圆形和球形来划定AP覆盖区域；而在规则的狭长或矩形建筑物内可用线形或矩形将AP对称分布。但是由于室内建筑结构的复杂性，例如金属防盗门、铝合金门窗等，应当在初步选择AP位置后进行仔细的测量，以确保所布置的AP能够覆盖所有区域。

第四章 WLAN容量分析

4.1 WLAN常用业务速率

WLAN(Wireless Local-Area Network的缩写)业务是一种无线上网业务，该业务是通过无线局域WLAN网卡，连接电脑设备，在WLAN信号覆盖范围内，以无线方式高速（11M/秒）接入互联网，可进行上国际互联网、收发电子邮件（EMAIL）、下载文件、娱乐或进行办公。 WLAN(Wireless Local-Area Network的缩写)业务是一种无线上网业务， 该业务是通过笔记本电脑、PDA、手机、 台式机等终端设备，在WLAN信号覆盖范围内，以无线方式高速接入互联网或客户公司的内部网，进行信息浏览、 收发电子邮件（EMAIL）、下载文件、娱乐或办公等。

高速上网：上网速率最高达11M bps，满足客户浏览互联网、收发EMAIL、网上办公及娱乐的需求； 支付方便：客户使用WLAN业务的通信费计入申请的手机账户，同话费一起缴纳； 支持基于客户端的VPN：对于具备VPN接入方式的企业，支持外出员工接入企业网；

适用客户：全品牌，即全球通、动感地带、神州行；

网络覆盖：集中在高校、机场、高级酒店、会议中心、咖啡厅等热点地区。

4.2单AP容量分析

4.2.1WLAN网络中AP互相可见会对系统容量造成的影响

在WLAN的同频复用网络中，若AP间互相可见（当AP可以接收到相邻AP的信号时即可认为AP间可见）则下行将处于同一个竞争域内，此时由于WLAN的MAC层使用CSMA/CA（载波侦听/冲突避免）机制，多个AP下行数据总吞吐量之和不会超过一个AP的吞吐量，增加AP不能带来总吞吐量的增加；若AP间不可见，理论上多个AP下行数据总吞吐量之和随着AP数量的增加而增加。

图5-2 同频AP间可见及不可见情况

实例分析：某酒店会议室，CMCC用户现场测试时平均FTP（File Transfer Protocol，文件传送协议）下载速率为353Kbit/s，低于500Kbit/s的指标要求。通过分析日志发现此热点有CMCC（-57dBm）和ChinaUnicom（-65dBm）同时占用1信道（1信道利用率高达98%），造成了同频干扰。在CMCC用户进行FTP测试时，有其他用户接入ChinaUnicom的AP并进行大量下载上传业务（上传1764.9Kbit/s，下载2485.6Kbit/s）。由此导致CMCC的FTP测试速率过低（使用IEEE 802.11b协议，上传31.04Kbit/s，下载340.368Kbit/s），如图5-3所示。

此现象说明系统内同频干扰将限制WLAN系统容量的扩展，布放多个同频AP所提供的带宽小于一个AP的带宽，需进一步结合友商的AP频点配置，合理进行频点规划，规避同频干扰，提高系统容量。

图5-3 AP吞吐量测试分析

4.2.2WLAN网络中同频干扰

业界针对WLAN同频干扰进行了不少实验室模拟测试，给出了在多个同频AP

部署的场景下，当工作AP受到严重同频干扰时，AP吞吐量的变化情况，可以为实际应用提供参考依据。如图5-4所示，AP1（工作AP）和AP2（干扰AP）设置为同频，且分别有3个终端接入。

（1）当没有干扰AP2及其下挂3个终端（STA4~6）时，此时冲突域内有3个终端，工作AP1下3个终端（STA1~3）的总吞吐量为T。

（2）当存在干扰AP2，但是其下终端STA4~6不上传/下载数据时，有少量心跳帧与AP2交互。STA1~6吞吐量总和约为0.95T~0.98T。

（3）当存在干扰AP2，且其下终端STA4~6进行数据上传/下载时，相当于冲突域内有6个终端。STA1~6吞吐量总和约为0.75T，约下降了25.4%。 实验结论：量心跳帧与AP2交互），工作AP的吞吐量略受影响，影响程度小。当同频干扰AP下接入用户有流量时（相当于冲突域内的终端数增加了），工作AP与干扰AP的吞吐量之和低于单AP的吞吐量，且工作AP的吞吐量明显降低。即多个同频干扰AP的总吞吐量低于单AP吞吐量，当干扰AP有用户业务流量时对总吞吐量的影响更为显著。

第五章 应用案例

5.1室内覆盖典型案例，某高校实际案例。 5.1.1无线环境概况

某高校宿舍楼形状如下图，非四方四正形状，存在弧形区域，并且宿舍楼围成一圈，中央空地无遮挡。

与常规室分设计不同点：需控制好弧形区域的天线信号，否则很可能穿过中央空地，漂到对面寝室，造成干扰。

图7-1 某高校宿舍楼示意图

? 系统外干扰：通过现场排查，发现系统外干扰：干扰1~14信道不等，干

扰信号平均强度从-50dBm到-80dBm左右不等，部分区域存在两个系统外干扰信号。

图7-2 系统外干扰测试

? 系统内干扰：竞争对手中国电信在12舍部署了大量AP，每层楼平均8

个，由于同样使用2.4GHz频段，以及1、6、11信道，极容易造成系统内干扰。

5.1.2覆盖现状及优化建议

走廊总体覆盖现状：重点针对学生寝室进行覆盖，测试SSID为CMCC-EDU的WLAN覆盖场强，以一层为例，寝室门口场强基本能达到-40dBm以上，覆盖情况良好。弧形区域走廊处没有寝室，覆盖场强能达到约-60dBm左右。

图7-3 WLAN信号强度测试

? 走廊AP信号分析：一层扫描到的AP数量多达197个，其中信号强度

-45dBm以上的AP达64个，占总数的1/3；分析一层扫描的SSID情况，电信和移动的数量相当，为60个左右。

表7-2 检测到的全部AP 区间 -35dBm以上 数量 23

-35至-45dBm -45至-55dBm -55至-65dBm -65dBm至-75dBm 小于-75dBm 总计 41 42 19 23 49 197

表7-3 检测到的全部AP SSID分类

SSID ChinaNet ChinaNet16 ChinaNet-m5AK ChinNet cman CMCC-EDU Tenda Unknown 总计 数量 58 1 1 1 1 81 2 52 197

? 室内覆盖分析：以2-16寝室为例，室内AP数量较多，信号强于-65dBm

的约占1/3；分析高于-65dBm的较强AP信号，在AP数量，信道配置上，基本与电信的持平。有个重大区别在于，CMCC-EDU的设备广播虚拟MAC地址（06开头），且在测试中发现虚拟MAC地址与其对应的实际MAC地址信号强度并不一致。

表7-4 216寝室内AP信号统计

区间 -35dBm以上 -35至-45dBm -45至-55dBm -55至-65dBm 数量 0 0 8 24 -65dBm至-75dBm 小于-75dBm 总计 27 45 104 图7-4 216寝室检测到AP的信号

5.1.3干扰现状及优化建议

干扰现状：以2-16寝室为例，当前测试中，每信道AP数量过多，多个AP间出现RF重叠和相互干扰现象。信道1干扰示例如图下：

图7-5 216寝室内AP间相互干扰报警

表7-5 216寝室AP信道超载 信道内AP超载 信道号 1 6 详细分析 约33个AP 约36个AP

11 约16个AP 表7-6 2-16寝室AP间相互干扰分析

AP间相互干扰 信道号 1 5 7 干扰情况分析 约30个AP，于信道1-2.412GHz里，出现RF重叠现象。设备于邻近信道(小于5个信道)工作，会出现重叠和相互干扰 约16个AP，于信道5-2.432GHz里，出现RF重叠现象 约16个AP，于信道7-2.442GHz里，出现RF重叠现象 干扰现状：以2-16寝室为例，信道干扰会导致较高的帧错误率，同时间接导致管理帧的数量增多，加大管理带宽的成本。

图7-6 干扰导致错帧做多及管理成本提升

5.1.4容量现状及优化建议

容量现状：当前平均每4个寝室约16人，布置一个AP。同时对每用户做1Mbps限速。理论容量能够满足用户需求。以2-16寝室为例，分析容量情况：CMCC-EDU的利用率较其他SSID来说非常高，每AP的在线用户数目最多为7个（中午12点半左右），虽然AP设备均支持11g，但用户站点的接入模式多是11b。

图7-7 网络数据统计

容量现状：以1信道为例，低速帧传输的百分比过高，高速帧的百分比过低，流量主要集中在30M的低速帧（相对于54M）。

图7-8 低速帧比例过高

5.1.5安全现状及优化建议

安全现状：测试时，分析发现可能存在RTS和CTS的泛洪攻击，影响网络的性能。需要相关的专业设备和专业人员进行定位，确定攻击来源，以及可能的引发原因，是病毒造成、黑客行为，还是相关配置存在问题。

图7-9 DoS攻击检测

5.1.6 WLAN校园网络优化措施

? 将用户限速由512Kbps提高到2Mbps，以改善用户感知； ? 关闭802.11b后向兼容功能，提高系统效率； ? 进行针对性的频率规划，降低同频干扰；

? 对于信号过强的AP应采取降功率的方式降低其对其他AP的干扰； ? 对于过于开敞的区域需考虑AP直铺或定向天线的方式控制AP信号，降

低干扰。

表7-7优化整改前后下载速率测试对比

测试点 412房间 618房间 216房间 调整前下载速率（KBps） 6.26 74.67 2.67 调整后下载速率（KBps） 93.54 117.28 36.73 优化调整后，对部分寝室进行了定点测试，通过测试数据可看到整改优化取得的效果明显。

5.2 室外覆盖案例，王府井步行街覆盖分析。

王府井地区是北京最有名的商业区。王府井的日用百货、五金电料、服装鞋帽、珠宝钻石、金银首饰等，琳琅满目，商品进销量极大，是号称“日进斗金”的寸金之地。

网络现状 2G现网资源情况

王府井地区2G现网共有微蜂窝基站49个（82个扇区），宏蜂窝基站12个，其中11个为GSM900和DCS1800的共址站，1个为DCS1800宏蜂窝。下图为详细站点分布图：（其中红色扇区代表GSM900小区，绿色扇区代表DCS1800小区，黄色圆点代表微蜂窝基站。）

图1-1 王府井2G现网站点分布图

TD现网资源情况

王府井地区TD现网共有微蜂窝基站44个，宏蜂窝基站9个。下图为详细站点分布图：（其中蓝色扇区代表TD小区，绿色圆点代表微蜂窝基站。）

图1-2 王府井TD现网站点分布图

王府井步行街连续覆盖方案 5.2.1现网测试分析

王府井步行街全长约540m，沿街商铺、商场较多，客流量也较大，约60万人/日，并且大多数为移动性用户。因此，对于WLAN网络也有一定程度的需求。首先针对步行街开展室外WLAN测试，各运营商WLAN覆盖情况对比如下（北京移动在步行街的室外WLAN平均信号强度远远领先于竞争对手）：

表1-2 步行街测试结果分析

运营商 步行街覆盖示意图 覆盖强度 中国移动 -60dBm左右 中国电信 -90dBm左右 中国联通 -80dBm左右 5.2.2覆盖方案分析

实现步行街全线的WLAN连续覆盖，各AP的覆盖距离规划应该根据具体的覆盖目标来确定，同时保证连续覆盖所需50米的重叠覆盖区要求。此外，天线的方向角也应根据覆盖对象进行确定。由此可得到王府井步行街的WLAN网络的整体覆盖效果图（红色表示1信道，绿色表示6信道，蓝色表示11信道）。

116111161116116

图1-3 步行街WLAN覆盖效果图

11085125125959511011060100130

图1-4 步行街WLAN覆盖范围效果图

从图中可以看出，为了完成步行街全程及周边的连续覆盖，共需4个站点（好友世界商场、儿童用品商店、金鱼胡同、利生体育商厦），11个AP。

（1） 好友世界商场

好友世界商场站共规划3个AP，都位于商场大楼东侧的边缘，主要负责步行街南口段以及好友世界商场前商铺群的WLAN覆盖。

其中，扇区1的覆盖目标为步行街及沿街店铺，同时为了连续覆盖的需要，应与儿童用品商店站的扇区2保证50米的重叠覆盖区（这两个AP间距为170米）。因此，覆盖半径最少为110米；扇区2的覆盖目标为步行街对面的商铺，为了保证良好的店铺内信号质量，覆盖半径应为60米；扇区3的覆盖目标为步行街南口及沿街商铺，因此，覆盖半径至少为100米。 覆盖效果及覆盖范围示意，见下图。

北京市百货大楼儿童用品商店110好友世界商场王府井小吃街60100步行街入口

图1-5 好友世界商场站点覆盖效果图

图1-6 好友世界商场站点覆盖范围图

表1-3 好友世界商场站点基本参数表

编号 A B C 小区名 好友世界商场-1 好友世界商场-2 好友世界商场-3 信道 1 6 11 方向角 45° 90° 145° 下倾角 20° 28° 21° 挂高（米） 20 20 20 （2） 儿童用品商店

儿童用品商店站共规划2个AP，都位于新中国儿童用品商店大楼西侧的五层平台上，主要负责步行街中段沿街商铺以及北京市百货大楼前小广场的WLAN覆盖。

其中，扇区2的覆盖目标为步行街及对街商铺，同时为了连续覆盖的需要，应与好友世界商城的扇区1保证50米的重叠覆盖区（这两个AP间距为170米）。因此，覆盖半径最少为100米；扇区3的覆盖目标为对街商铺和广场，主要为北京市百货大楼及其东侧的小广场。同时，为了连续覆盖的需要，应与金鱼胡同的扇区2保证50米的连续覆盖区（这两个AP间距为140米），因此覆盖半径至少为95米。 覆盖效果及覆盖范围效果，见下图。

外文书店新东安市场95北京市百货大楼儿童用品商店110好友世界商场

图1-7 儿童用品商店站点覆盖效果图

图1-8 儿童用品商店站点覆盖范围图

表1-4 儿童用品商店站点基本参数表

编号 A B 小区名 儿童用品商店-2 儿童用品商店-3 信道 11 6 方向角 230° 315° 下倾角 20° 22° 挂高（米） 20 20 （3） 金鱼胡同

金鱼胡同站共规划3个AP，分别位于新东安市场大楼北面角楼的西南角、西北角和东北角，主要负责步行街北段沿街商铺以及东安门小吃街的WLAN覆盖。

其中，扇区1的覆盖目标为对街的商铺及大楼，最远覆盖距离约为130米；扇区2的覆盖目标为对街商铺，包括北京市百货大楼等。同时，为了连续覆盖的需要，应与儿童用品商店的扇区3保证50米的连续覆盖区（这两个AP间距为140米），因此覆盖半径至少为95米；扇区3的覆盖目标为东华门小吃街东段及步行街北口。同时，为了连续覆盖的需要，应与利生体育商厦的扇区2保证50米的连续覆盖区（这两个AP间距为200米），因此覆盖半径至少为125米。

覆盖效果及覆盖范围示意，见下图。

天元利生体育用品商厦乐天银泰百货东安门小吃街125新东安市场13095北京市百货大楼儿童用品商店

图1-9 金鱼胡同站点覆盖效果图

125米130米95米

图1-10 金鱼胡同站点覆盖范围图

表1-5 金鱼胡同站点基本参数表

编号 A B C 站点名 金鱼胡同-1 金鱼胡同-2 金鱼胡同-3 信道 6 1 11 方向角 50° 225° 315° 下倾角 29° 36° 30° 挂高（米） 46 46 46 金鱼胡同站点的以上参数规划是根据步行街连续覆盖的要求得出的，实际的站点建成后，受限于安装条件，金鱼胡同2扇区的天线下倾角无法压至规划所需的36°（目前所用天线的极限下倾角为30°）。此外，由于天线安装位置处于顶楼西侧边缘，天线的规划覆盖方向上有房檐遮挡（见下图），天线下倾角也不能设置的过低。综合考虑后，金鱼胡同2扇区本次规划建议的天线下倾角为25°，方向角仍为225°。

表1-6 金鱼胡同2扇区基本参数表

编号 B 站点名 金鱼胡同-2 信道 1 方向角 225° 下倾角 25° 挂高（米） 46

图1-11 金鱼胡同2扇区天线覆盖目标图

按上述下倾角规划后，结合站点高度计算，金鱼胡同2扇区的覆盖距离将达到172米。这个覆盖距离过大，可能会干扰与其同信道的好友世界商城1扇区，因此，我们建议该站点使用水平波瓣宽度更窄的天线，同时重新调整频率规划方案，采用同频对打的方式减小干扰的影响范围，以获得更好的覆盖效果。调整后的频率规划方案见下图。

116111161111616同频对打调整

图1-12 步行街频率规划备选方案

上述方案为目前现网的实施方案，但可能并非为最佳方案，实际的方案效果需站点开通后作进一步的测试和调整。

（4） 利生体育商厦

利生体育商厦共规划3个AP，其中AP1和AP2分别位于商厦顶楼东北角和东南角的边缘，AP3位于商厦顶楼西北角的塔楼上。

其中，扇区1的覆盖目标为利生体育商厦东北侧教堂小广场，最远覆盖距离约为110米；扇区2的覆盖目标为步行街北段出口。同时，为了连续覆盖的需要，应与金鱼胡同的扇区3保证50米的连续覆盖区（这两个AP间距为200米），因此覆盖半径至少为125米；扇区3的覆盖目标为北京口腔医院，所需覆盖距离可采用下图模型进行计算。

天线挂高36mθ楼间距55m覆盖距离85m

图1-13 利生体育商厦覆盖模型

利生体育商厦站点扇区3的天线挂高为36米，与覆盖目标北京口腔医院的间距为55米。为了达到更好的覆盖效果，应使天线垂直波瓣的下沿对准口腔医院大楼的底部。根据上图中的几何关系，易知：

tan???A/2??36 55其中，A为天线的垂直波瓣宽度，此处取值20°。计算得下倾角??23°，考虑到室外信号对室内覆盖时的穿透损耗等，取天线垂直波瓣中心的最远距离为覆盖距离，即85米。 覆盖效果及覆盖范围示意，见下图。

萃华楼11085天元利生体育商厦王府井天主堂125东安门小吃街外文书店新东安市场

图1-14 利生体育商厦站覆盖效果图

85米天元利生体育商厦110米125米

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