本文提出了一种基于室外PHS基站的WLAN楼宇室内覆盖新方案，并通过建立一个环境模型对该方案的覆盖和应用原则做了详细的阐述。实测结果表明，被测楼宇室内95%的面积WLAN场强达到-70 dBm以上，目标区域的整体覆盖效果非常理想。该方案既解决了楼宇室内布线安装需协调物业带来的问题，又拓展了小灵通基站的应用，是一种布网灵活方便、成本低的电信级解决方案。
1、引言
　　WLAN（wireless local area network，无线局域网）是一种具有很大应用潜力的无线数据通信系统。从现阶段应用情况来看，WLAN用户大部分集中在楼宇内，如何根据实际需求设计经济的室内覆盖方案、评估方案的室内覆盖效果以及协调物业管理等是WLAN楼宇覆盖的关键。本文在分析WLAN楼宇覆盖的通用无线解决方案的基础上。提出一种更加经济、灵活的电信级WLAN楼宇覆盖方案。
2、传统WLAN楼宇覆盖解决方案
　　室内布线系统是目前实现WLAN室内覆盖最常用的方案。它采用有线方式将网络信号直接引入室内的每一个区域，再通过小型天线将信号发送出去。目前普遍采用802.11 b/g标准，工作频段为2.48 GHz。该方案对室内墙壁结构要求很高，需布设大量AP（access point，接入节点）才能达到楼宇整体覆盖的理想效果，设计及安装的人力和物力成本很高。
　　目前正在发展的一种综合覆盖方案如图1所示。它采用三级合路方式（这样便于合路，可以尽量减少PHS与3G的合路器数量），合路后的信号馈入分布系统，通过低损耗电缆、功分器、耦合器等到达终端天线进行室内覆盖。根据每层所需终端天线的数量，选用不同耦合度的耦合器来确定功率分配，形成一定区域的覆盖。它对各系统间信号干扰的隔离度要求非常高，WLAN信号与3G和PHS信号的隔离度至少为89 dB。由于一些楼宇本身无布线系统或者WLAN需要额外增加一些布线，在实施过程中电信运营商需要与物业协调，为此花费的人力和物力成本比较高，从而限制了该方案的推广应用。

图1　综合覆盖采用的三级合路

3、WLAN楼宇覆盖新方案
　　基于传统方案的不足，本文提出一种通过室外多个PHS基站提供WLAN楼宇室内覆盖方案。以一座宽约25 m、长约65 m、墙体为红砖、全封闭结构的5层办公楼宇为模型，如图2所示，PHS室外基站对该楼宇背面进行覆盖，在已有站点的天线上安装一个1 000 mW无线AP（该AP兼容802.11 b/g），根据预备覆盖区域，本方案选取宽角度定向板状天线进行水平面的单侧覆盖。

图2　楼宇全覆盖新方案示意

　　该方案利用PHS网络现有的站点资源，在楼宇内直接通过无线网卡接收室外的WLAN信号，适用于楼宇本身无布线系统或者需要额外增加WLAN布线成本的场合，既可以解决楼宇室内布线安装需协调物业带来的问题，又可延长PHS的盈利周期，是一种比较经济、灵活的楼宇覆盖解决方案。
　　3.1　方案参数
　　表1列出了本方案中部分参数值。此外，根据802.11 MAC层协议CSMA/CA原理及经验数据，当同时接入用户数超过32时，网络性能开始劣化，建议同时接入用户数不大于32；根据室内分布指标，网络覆盖区域边缘场强应大于-75 dBm，终端用户无线网卡接收下行信号（C/I）值大于20 dB，网络数据吞吐率大于1 Mbit/s，单用户接入时峰值数据传输速率不低于4 Mbit/s，多用户接入时传输速率不低于100 kbit/s。

表1　测试方案参数

3.2　传播模型

　　室内无线环境的特点是传输功率较小、覆盖距离更近、环境变动对网络的影响较大。不同的建筑物，其室内布置、采用的材料、结构、尺寸和应用类型等不同，传播环境也不同。即使在同一个建筑物内的不同位置，传播环境也不尽相同，甚至差别很大。本文以衰减因子模型作为室内WLAN传播信道的统计模型。
　　3.2.1　衰减因子模型
　　在建筑物内传播模型中，考虑了建筑物类型影响以及阻挡物引起的变化。预测路径损耗与测量值的标准偏差为4 dB，衰减因子模型如下：
　　
　　式（1）中，do表示近地距离，一般取经验值1 m；d表示发射机与接收机之间的距离；α表示信道衰减指数，典型办公环境取值为0.2；nsf表示同层路径损耗的指数值，对于不同类型的覆盖区域nsf有所不同[2]，具体见表2；FAF表示楼层衰减因子，在遇到障碍物时，可根据障碍物的类型折算相应的损耗，表3列出了典型障碍物的FAF参考值。

表2　nsf在各种不同区域下的取值

表3　典型障碍物的FAF参考值

　　在自由空间下的路径损耗可表示为：
　　
　　在室内环境中，当近地距离do取1 m、f取2 400 MHz时，由式（2）可得到路径损耗为40 dB。根据实际工程经验，写字楼的楼层之间基本采用钢结构或混凝土结构，屏蔽信号的能力非常强，本方案利用板状定向天线向室内发射信号，只考虑信号对同层的覆盖，可忽略FAF的影响，因此衰减因子模型可简化为：
　　　　
　　根据墙壁、地板和金属物造成的散射和衰落，路径衰落损耗指数在2～5之间变化。墙壁和地板的穿入损耗因建筑物材料不同而变化。表4列出了典型障碍物造成2.4 GHz WLAN信号衰落的参考值[3，4]。

表4　典型障碍物造成2.4 GHz WLAN信号衰落的参考值

　　对于楼层较高的建筑物，当对高层进行覆盖时，要考虑入射角度问题。入射角大，信号经多次反射才能到达接收端。当发射信号和覆盖区域之间呈45°入射时，其衰落相当于穿越1 m厚的墙壁的衰落；当发射信号和覆盖区域之间呈2°入射时，其衰落相当于穿越14 m厚的墙壁[5]的衰落。建议垂直平面按楼宇高度分层覆盖，水平平面可划分成2层，即对楼宇的背面进行覆盖；垂直平面的高层覆盖，可采用高站或者天线上顷角方式。
　　3.2.2　实测覆盖效果
　　测试点的选取如图3所示：办公楼四周边缘场强测试点4个；室内测试点分别选取办公大楼的1层、3层、4层，每层4个测试点。测试参数主要包括：边缘场强、AP性能（同一AP下2台电脑的对传速率，背对背测试）、ADSL上网速率，各测试点的环境条件、实测场强及速率结果见表5，各测试点的下行速率及稳定性如图4所示。

图3　测试点的平面分布

表5　测试点实测场强及速率（下标表示楼层）

图4　各点下行速率及稳定性测试结果

从图4可以看出，目标覆盖区域的整体覆盖效果非常理想。该写字楼95%的区域WLAN信号场强达到-70 dBm以上，下行速率可以达到8 Mbit/s以上，上行速率可以达到3 Mbit/s以上。个别区域受小仓库或会议室阻挡，性能有所下降，但是速率完全可以达到普通ADSL速率的要求。

　　对于楼层不高、宽度较小的全封闭楼宇，如25 m×100 m的6层以内楼层，可以考虑使用500 mW或者1 W的AP在室外离楼宇较近的位置对楼宇进行覆盖；对于用户比较多的楼宇，建议采用以太网或光纤作为上联端口。
　　3.2.3　工程与实施建议
　　通过在室外部署AP基站来为用户提供无线接入是完全可行的。但考虑到WLAN工作频段是2.4 GHz，其信号空中衰减比小灵通信号要大，因此建议：
　　●AP尽量部署在靠近覆盖目标的位置，考虑到上行链路，建议距离在50 m之内。
　　●因软跳线的信号衰减比馈线大，AP馈线口和天线之间建议使用1/2馈线连接。
　　●对楼宽小于25 m的半开放结构楼宇（如楼宇中间是走道，两边用轻质材料间隔的楼宇）和透明结构楼宇（如以玻璃结构为主的楼宇或普通的教学楼），可以考虑使用单个AP单向覆盖；对于居民小区，可以考虑使用多个AP从多个方向进行覆盖。
4、结束语
　　测试结果证明，通过室外多个PHS基站提供WLAN楼宇室内覆盖方案，整体覆盖效果非常理想。同时，新方案与传统方案相比，可以节省大量的人力和财力，既可以解决楼宇室内布线安装需协调物业带来的问题，又可以延长PHS网络的盈利周期，是一种经济的电信级楼宇室内覆盖解决方案，为运营商提供了新的选择