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无线网络室外远距离覆盖的利器-CPE解决方案

当前运营商WLAN建设的重点,已经从前几年的校园、机场、酒店、写字楼等重要场所的热点覆盖向整个城市的广覆盖转移。特别是广大农村区域的宽带接入问题更是下一步WLAN覆盖建设的重点。 可见,WLAN的部署方式将不再仅限于室内型AP的室内覆盖,利用运营商现有的室外宏基站资源进行室外广覆盖的模式将越来越广泛地得到应用。同时随着802.11n产品的不断成熟,运营商将会更多的倾向于采用性能更好、容量更大的802.11n基站进行室外覆盖的建设。

1 传统室外覆盖方式所面临的问题

传统的利用运营商室外宏基站进行WLAN室外覆盖时,采用WLAN室外基站AP覆盖目标区域,用户终端直接连接与基站AP提供的WLAN信号,如图1所示。这种覆盖方案特别是在对居民小区覆盖的情况下,面临很多实际的问题。

图1 传统室外覆盖方式

1.1 上下行功率不匹配问题

大功率的室外基站型AP,一般可提供500mW的最大发射功率,加上高增益天线,覆盖距离通常可以达到2km左右,但是WLAN终端的功率很小,一般在20mW左右,这会导致在距离基站较远的地方,终端虽然可以接收到基站的信号,但是基站感知不到终端的存在,从而造成无线通信上的上下行功率不匹配问题。就如同电筒可以看见灯塔,而灯塔上无法看不见电筒一样,如图2所示。

图2 上下行功率不匹配问题

1.2 入室后的信号覆盖质量问题

当采用室外基站覆盖的方式对居民住宅进行覆盖时,由于建筑结构复杂,从室外进入的信号衰减会很快(如表1所示),很难保证室内区域的信号覆盖效果,可能导致WLAN网络的用户体验较差。
障碍物 对2.4GHz衰减量(dB) 对5GHz衰减量(dB)
4.5cm厚金属门 13 25
4.5cm实木门 6 10
4.5cm中空门 4 7
4.5cm内部隔断墙 4 6
9cm砖块 6 10
45cm混凝土墙 18 30
70cm混凝土外墙 45 53
1.5cm玻璃隔断 8 12
 
表1 2.4G/5GHz电磁波对于各种介质对无线信号衰减的经验值
建筑物的混凝土墙壁对信号的损耗非常大。从实际经验来看,WLAN的信号很难穿过两堵墙后还能保证覆盖效果。

2 室外覆盖CPE解决方案

在室外覆盖的CPE解决方案中,采用专用的室外型CPE设备与基站AP建立稳定的上行WLAN链路,如图3所示。

图3 CPE解决方案覆盖方式
由于室外型CPE的最大发射功率可达500mw,远高于用户终端设备,同时内置高增益定向天线,可有效解决上下行信号功率不匹配问题,保障室外覆盖信号的有效延伸,从根本上解决农村用户宽带接入的最后一公里问题。
目前,室外覆盖CPE解决方案已在农村区域得到实践应用,由于此类区域通常干扰少、无线空口环境较好,一般采用2.4G频段作为基站AP与CPE终端的WLAN上行链路,基站AP可满足大约1.5-2公里的覆盖范围。

3 基站AP与CPE部署方式

此方案采用2.4G频段部署CPE时,由于受到2.4G频段资源的限制,在一个基站上最多可同时部署3个AP设备,3个AP分别工作在1、6、11信道,每个信道覆盖不同的方向,形成不同的覆盖扇区,每扇区通常为不同村庄的宽带接入用户聚集区,如图4所示。

图4 基站AP与CPE 2.4G部署方式
注明:如果某扇区内的用户数量较多,也可采用2-3个AP同时覆盖同一扇区的方式,但根据实际宽带业务的开通分布情况来看,此类部署方式较为少见。

4 高密用户区域扩容解决方案

经过室外CPE解决方案的一期建设,某区域的农村宽带用户业务发展较好,在线用户数量已到达每AP基站能够承载的业务上限,急需扩展新用户,需要在一期建设(即基站AP与CPE 2.4G部署方式)的基础上扩容新用户。目前可通过以下两种方式实现扩容。

4.1 5G CPE扩容方式

由于原方案中基站AP采用2.4G频段覆盖CPE,受到频段资源的限制,每基站只能部署3个AP,为了扩展新的用户,可引入新的5G频段。基站AP采用双频AP进行部署,同时支持2.4G和5G,同时考虑到2.4G和5G信号的衰减及覆盖范围,建议基站AP 2.4G频段覆盖较远区域的CPE,5G频段覆盖较近区域的CPE,如图5所示。

图5 5G CPE扩容方式
此方案可极大地扩展频段资源(802.11n 5G频段在中国开放5个互不干扰20MHz信道),可有效扩展新增用户,方便后续信道规划部署,但由于新增了5G覆盖区域,需要增加5G CPE设备,并对原2.4G用户的分布进行新的规划和调整。

4.2 5G桥接链路回传扩容方式

5G桥接链路回传扩容方式通过在原覆盖区域内新增AP,规划新的蜂窝以提升系统的整体容量, 增加接入用户数,其中新增AP的上行链路采用5.8G桥接链路回传方式,下行通过2.4G覆盖新增CPE用户,如图6所示,其中深色区域代表“扩容AP覆盖区域”,即新增扩容用户出现的区域。

图6 5G桥接链路回传扩容方式
由于此方案在原2.4G覆盖区域内扩容新的2.4G覆盖区,因此需要采用隔离度尽量高的信道扩容,如原1信道扇区采用11信道扩容,原11信道扇区采用1信道扩容。在满足扩容AP覆盖范围的情况下,应通过调整AP发射功率等手段有效控制扩容AP覆盖范围,以最大程度降低对其他原有扇区覆盖区域的影响。
同时为了保证5G无线桥接链路的质量,扩容站点与原基站的距离建议不要超过2km,桥接AP之间必须可视、无遮挡,天线安装高度满足要求。
此扩容方案仍然采用2.4G频段,因此新扩容的容量有限,同时为了降低各2.4G覆盖区域之间的相互影响,对工程实施和设备调试提出了较高的要求。

5 结束语

CPE解决方案能灵活满足室外远距离高质量覆盖的要求,特别是在广阔的农村区域,有在原有固网资源不能满足用户覆盖的情况下,利用运营商的现有基站资源,建设室外型基站AP,利用CPE方式可有效延伸运营商SSID,扩展农村宽带用户,扫除热点覆盖的盲区,是运营商WLAN室外远距离宽带覆盖方案的理想选择。