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WLAN室外基站共址模式探讨

【发布时间:2010-12-23】

本文阐述了如何充分利用现有的PHS基站资源,通过WLAN与PHS基站共址及替换技术,以最小代价解决“无线智能城市”建设中WLAN室外覆盖问题的实践。

WLAN室外基站共址模式探讨

文/缪炎

随着3G网络建设的规模完成和大量3G业务的相继推出,我国通信业已经进入了数据业务高速发展的3G时代。目前,移动数据业务的分布在时间、地域、基站以及用户之间的分布都是极不均衡的。初步建成的3G网络无法满足在密集市区、校园以及大型公共场所等数据热点区域的容量需求。为了提升网络质量,改善用户体验,各大运营商正引入WLAN技术以3G+WLAN混合组网的方式解决热点3G网络容量不足和高速数据业务体验的问题。

进入2010年,各运营商3G+WLAN混合组网建设进展非常迅速,WLAN在重点地区的室内覆盖率已经非常高,热点地区室外覆盖成为下一阶段的重点之一。与此同时,WLAN部署从当前的“热点覆盖”、“热区覆盖”,正在过渡到以“无线智能城市”为核心的品质无线模式。对于运营商来说,最大限度地利用现有的室外基站资源和配套设施,开展WLAN无线宽带业务,发展户外高速移动互联网,是实现原有投资保护和盘活资源的重要手段。

同时,随着我国农村信息化建设的不断推进,农村宽带入户问题越来越成为农民关注的焦点。然而,地域广阔,地形环境复杂多样,居住地间距离较远且分散,网络建设的投资水平和消费水平的限制等等诸多因素,制约着农村信息化建设的发展。利用无线局域网技术打造农村信息网络,建设农村无线宽带网络系统,有着无可比拟的优势:建网成本低、一次性投入资金少、运营与维护成本低、建网速度快、高可靠性与超强的可扩展性,不仅可以为农民提供方便、快捷、费用低廉的宽带入户方式,也非常适应农村网络建设逐步发展的需求。

共址模式分析

目前现有的室外需利用站址资源点主要为PHS(小灵通)和TD-SCDMA基站。PHS和TD技术在室外覆盖上,和WLAN技术具备一定的相似性,TD基站自身已经具备了完备的机房环境和相对成熟的上行链路,本文中,我们只选取准备性相对复杂的PHS+WLAN共址为主要探究对象。

PHS采用1.9~1.92GHz频段,WLAN采用2.4~2.4835GHz频段,二者工作频段接近,空中传输性能也较接近,PHS室外基站常用的500mW与WLAN发射功率相当,接收灵敏度也比较接近,因此覆盖范围类似。这给WLAN与PHS共站址建设提供了有利条件。

1. PHS基站的典型安装场景

PHS基站典型的安装方式包括抱杆和挂墙等,天线通常采用单层4天线或双层8天线形式。

图1 PHS基站典型安装场景

目前,室外PHS基站分布主要有三种典型安装场景,如图1所示:楼顶屋面、电线杆、街边IC卡公话亭;其中以楼顶屋面PHS站点最多,也最为普遍,约占70%以上;电线杆站点主要分布在市区、郊区个别需要PHS覆盖但周边无其它可用站址,及一些比较重要的公路、高速公路路段;街边IC卡公话亭站点主要分布在市区较繁华的地段。后两者约占30%。

1) 楼顶屋面PHS基站资源

楼顶屋面PHS基站资源包括:传输资源—小对数双绞线(10对双绞线较为普遍)、LAN或光纤;电源资源—AC220V或UPS后备电源;安装资源—安装支架(安装空间)以及接地点。

PHS基站通过一块固定衬板安装在天线支架基座上,就近接入AC220V电源或AC220V电源接入UPS后备电源后再接入基站,PHS基站直接与安装基座连接实现接地,基座再与大楼避雷带相连接实现防雷接地。天线安装抱杆直径为60mm,抱杆顶部安装有4个或8个天线伸出臂,每个天线伸出臂安装有一根PHS全向天线。

2) 电线杆上PHS基站资源

电线杆上PHS基站资源包括:传输资源—10对双绞线、LAN或光纤;电源资源—远供电源或AC220V;安装资源—电线杆。

PHS基站通过自行设计的抱箍安装在电线杆上端,电源采取远供方式或就近引AC220V接入分线盒;PHS基站通过连接依附在电线杆上的接地排实现接地效果;电线杆一般直径约为200mm,高约7m,电线杆顶端安装有天线架,天线架伸出4个天线伸出臂,每个天线伸出臂安装有一根PHS全向天线;PHS基站和远供电源盒安装在天线的下方。

3) 街边IC卡公话亭PHS基站资源

街边IC公话亭PHS基站资源包括:传输资源—20对双绞线及10对IC卡电话双绞线;电源资源—远供DC220V电源;安装资源—IC卡公话亭自身箱体(安装空间)。

PHS基站固定在一块安装在电话亭内部的两个横梁上的安装板上,远供电源盒及数据线分线盒放置在电话亭内底部,没有安装固定。PHS数据线和远供电源线共用一根20对双绞线,IC卡电话单独一根10对双绞线。IC公话亭已实现简单的防水功能,只是下暴雨时,雨水仍有可能从门与公话亭的缝隙进水。在IC卡公话亭顶部,需要根据周围环境的配以伪装的PHS天线。

2. 共址关键点

1) 覆盖距离与覆盖密度

需要针对不同的覆盖需求进行合理设计,使WLAN的覆盖达到理想效果。如,根据不同的覆盖要求和典型场景选择近、中、远距离覆盖方案;根据目标覆盖范围和覆盖密度选择合适的天线和AP数量。

2) 提升站址资源利用率

共站址覆盖的核心内容就是在如何解决好站址资源利用率的基础上,实现3G+WLAN的合理共存,共同增效。试验表明,在电源、传输资源、安装空间、防雷接地等方面的可利旧性,可以通过合理的解决方案满足规范要求。

3) 总体拥有成本(TCO)

PHS+WLAN共址要求实现WLAN网络的快速部署和WLAN无线宽带业务的开展,终端带宽保证是可用性的重要标志。需要考虑综合部署成本,覆盖范围和终端带宽也需要统一考虑。

4) 协议内干扰

由于WLAN运行在开放频段且只有3个不重叠信道,其密集覆盖带来了不同程度的干扰,影响了用户体验。针对复杂的干扰环境,要求共址方案具备运营级水准:

  • 针对不同场景的干扰模式对速率进行适应性的自动调整;
  • 基于时间公平的用户带宽调整,避免低速用户占用过多时间;
  • 保证干净频段的优先接入,最大限度利用有限的空口带宽。

5) 协议间干扰

PHS和WLAN之间的干扰主要有三类:杂散干扰、阻塞干扰以及互调干扰。

  • 杂散干扰:发信机在进行变频处理过程中引起的互调、倍频、寄生辐射等现象,并由此造成的信道标称带宽外的信号发射,对其他系统产生干扰;
  • 阻塞干扰:指一个系统的接收机在接收端口接收到非本接收机频带的强信号,引起接收机线性指标的恶化,导致接收信号能力的弱化;
  • 互调干扰:系统间干扰分析中互调指的是,多发信机共同工作时,其多路信号间互相调制导致信号落在其他系统接收机带内引起干扰。
  • 通过干扰分析和实验室的测试,可以得出如下结果:
  • PHS对WLAN系统的杂散隔离度要求>39.02dB;
  • WLAN对PHS系统的杂散隔离度要求>39.2dB;
  • PHS对WLAN系统的阻塞隔离度要求>25dB;
  • WLAN对PHS系统的阻塞隔离度要求>17dB;
  • PHS的三阶互调干扰在1880~1940MHz范围之内;
  • WLAN的三阶互调干扰在2316.5~2567MHz范围之内。

故PHS与WLAN 两个系统之间不存在三阶互调干扰,在共址中无需考虑互调干扰。在实际的共址工程建设中只要合理的选择WLAN天线的安装位置,就可以很好的规避WLAN与PHS系统之间干扰。

3. 天线的选择

WLAN天线分智能型定向扇区天线和定向天线两类,根据实际应用场景选用相应的天线,选用建议如下:

1. 智能型定向扇区天线

在高校园区、工业园区、住宅小区(含别墅区)、步行街(城市街道)、重要交通枢纽等场景宜采用WLAN高增益智能型定向扇区天线进行覆盖。

但是,即便是采用了具备双向(上/下行)链路增益的智能天线,随着天线增益的增加,天线的水平半功率角仍会越来越小,即主瓣方向上的覆盖深度增加,但偏离主瓣方向区域的信号质量会迅速下降。为了达到良好的覆盖,需要减小站间距,增加AP的布放数量。

在城市街道覆盖中,同样要考虑垂直波瓣角宽度与街面宽度、天线挂高的关系。在实际环境中,店铺外墙的反射信号和街道的波导效应等会增强WLAN的覆盖效果,因此,采用定向天线的WLAN站间距建议不超过300米,且当街道宽度一定时,站间距越大定向天线的水平波瓣宽度也越大。

2. 全向天线

在休闲广场、公园、风景区、高速公路服务区、火车站站前广场等空旷区域,可以采用WLAN全向天线进行覆盖。全向天线覆盖站间距取定与定向天线方案不同。在比较开阔的特定环境中,采用全向天线的WLAN布放方案时,建议站间距不超过400米。

图2 全向天线热区覆盖示意图

3. 站址的选择

在建设WLAN覆盖时,考虑到室外站址协调的难度及投资成本,优先选择满足要求的PHS基站作为WLAN覆盖的站址。选用共站的PHS基站从如下几方面考虑:

  • PHS基站在室外WLAN覆盖的区域内,且站址的位置适合建WLAN站址;
  • 若需要WLAN覆盖的区域内(如某些高校)无明显可用室内覆盖网络,从区域外选择恰当的PHS基站作为WLAN站址,向区域内进行WLAN覆盖;
  • 从室外向室内进行WLAN覆盖时,选择恰当的PHS基站作为WLAN站址;
  • 需考虑PHS站址的高度,若PHS站址高度太高,不利于WLAN信号覆盖。

图3 无线城市重点覆盖场景

4. 共址WLAN基站设备选择

基于802.11g/802.11n协议的智能覆盖宏基站相关射频性能参数提供如下,仅供参考。

  • 支持频段

       2.4~2.4835GHz

  • 物理特性

      支持SFP光口(1000M/11n模式)、支持IEEE 802.11a回传(可选)

      可配合LRE转换器实现远程双绞线传输

      支持PoE/PoE+供电

      工作温度:-40℃~+65℃

      湿度:0% ~100%, 非冷凝

      防护等级:IP66

      集成智能基带射频处理模块,建议支持MRC和TxBF技术

      最大基站发射机功率27±1dBm @全速率

      建议天线:多极化智能型扇区天线(ANT-2015P/802.11g、ANT-2015P-M3/802.11n)

共址实施方案实例

1. PHS与WLAN共址解决方案逻辑模型

图4 PHS与WLAN共址解决方案逻辑模型

在各种PHS室外基站模型中,楼顶屋面的基站类型相对占比较大,具备代表性。我们选取此种模型进行共址实施方案说明。

WLAN与PHS共址楼顶屋面PHS基站改造必然涉及到施工,为最大限度减少业主方的顾虑,减少不必要的麻烦,建议屋面改造时尽量不去动原PHS安装架以外的东西。屋面改造主要新增的器件包括:

  • 1个室外集成箱,用于装POE模块、POE电源适配器、数据回传模块(ADSL/VDSL/LRE/EPON等)、2个3孔插座,以及用于电源线、数据线的统一接入和引出;
  • 1套WLAN 室外智能型基站设备及馈线;
  • 1根WLAN全向天线(或一付WLAN多极化智能扇区天线);
  • 1套安装WLAN天线的紧固件,用于把WLAN全向天线固定在安装PHS天线的伸出臂上(或将WLAN定向天线固定在PHS天线的抱杆上)。

整体改造完成后,屋面共址基站布局见图5所示:

图5 改造完成后的屋面共址基站布局

2. 改造步骤

1) 断开PHS基站电源,用专用的工具旋开PHS基站侧边的电源和数据线接入盒,分别把电源线和数据线拆卸下来,并从防水孔中抽出;

2) 将新增的室外集成箱通过固定安装支架固定在PHS基站安装架的基座上;

3) 把从PHS基站抽出来的电源线和数据线分别接入室外集成箱内(如上图)。通过两路空气开关,1路接回原PHS基站,1路接入插座给AP供电;数据线通过双绞线接线排的转接,原PHS双绞线接回原PHS基站,剩余双绞线根据需要接入到数据回传模块;

4) PHS基站接线完成后,可以先开启PHS基站,减少用户的投诉;

5) 分别通过WLAN AP和WLAN天线的固定安装紧固件,把WLAN AP固定在PHS安装架的抱杆上,把WLAN天线固定在安装PHS天线的伸出臂或抱杆上;

6) 按图5接好WLAN AP的数据线(含POE供电)和天馈线,并做好防水处理;

7) 接好WLAN AP的接地线;

8) 上电调测、开通WLAN AP。

结束语

通过持续的WLAN基站共址部署和实践检验,基于WLAN技术的“无线智能城市”建设寻找到了一种最有效、最便捷的规模部署模式。在可预见的未来,“物联互通、无线互联”的生活模式将因WLAN深入部署而获得广泛认同,H3C WLAN室外智能覆盖宏基站解决方案也将在“无线智能城市”建设中发挥更多的作用。

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