杜 軍

(1.華中科技大學 武漢430074；2.中國聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信有限公司湖北省分公司 武漢430040)

1 引言

隨著全業(yè)務(wù)運營和3G時代的到來，移動互聯(lián)網(wǎng)呈現(xiàn)出快速發(fā)展的態(tài)勢。電信運營商針對中高端用戶開展移動互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)營銷的效果明顯，移動互聯(lián)網(wǎng)用戶消費能力在2009年有了明顯提升。在面世9個季度后，美國iPhone+iTouch的移動互聯(lián)網(wǎng)用戶已是同期在線桌面互聯(lián)網(wǎng)用戶的8倍。基于移動寬帶的智能手機將快速推動移動互聯(lián)網(wǎng)的創(chuàng)新和發(fā)展。手機游戲、手機電視和手機音樂等高流量業(yè)務(wù)必將對現(xiàn)有3G網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)提供能力帶來嚴重影響。自2008年以來，AT&T的網(wǎng)絡(luò)在舊金山地區(qū)的3G數(shù)據(jù)流量增加了2 000%，使得很多iPhone用戶出現(xiàn)信號不佳的問題。如何解決移動互聯(lián)網(wǎng)時代的寬帶無線接入瓶頸，正成為一個棘手的問題。目前解決此問題的主要方法有：通過3G網(wǎng)絡(luò)向HSPA的升級以及網(wǎng)絡(luò)深度覆蓋優(yōu)化，提供更好的服務(wù)感知；結(jié)合已有固定寬帶的有線資源，引入新的無線接入技術(shù)（WLAN或Femto），有效解決移動互聯(lián)網(wǎng)的服務(wù)感知，并大規(guī)模推廣應(yīng)用。

根據(jù)市場調(diào)查，70%的話務(wù)、90%的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)發(fā)生在室內(nèi)，故在全業(yè)務(wù)運營環(huán)境下有效整合現(xiàn)有固定資源，降低用戶發(fā)展邊際成本是全業(yè)務(wù)運營商的必然選擇。

2 寬帶無線接入的技術(shù)選擇

建設(shè)滿足移動互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)發(fā)展需求的寬帶無線接入網(wǎng)絡(luò)，需考慮3個問題：頻譜、標準以及產(chǎn)業(yè)成熟度。無線接入是通過無線的方式完成接入，因此需要電磁波承載，而頻率資源是非常稀缺的不可再生資源，故解決頻譜資源問題是發(fā)展寬帶無線接入技術(shù)的重要因素。我國當前可用于無線接入的頻譜資源 （不含2G移動通信頻率）見表 1。

考察無線傳播特性和頻譜帶寬，2 GHz的3G接入技術(shù)、2.4/5.8 GHz的WLAN接入技術(shù)、3.5 GHz的MMDS接入技術(shù)是當前較理想的技術(shù)選擇。雖然2.4/5.8 GHz是免執(zhí)照的，但由于是非管制頻段，故基于2.4/5.8 GHz的WLAN業(yè)務(wù)是不受保護的，干擾問題不能解決就不能確保有很好的服務(wù)質(zhì)量；空中接口標準的統(tǒng)一以及設(shè)備平臺接口的統(tǒng)一將大大降低建設(shè)和維護成本，從此角度上分析，2 GHz的 3G接入技術(shù)、2.4/5.8 GHz的 WLAN接入技術(shù)比 3.5 GHz的 MMDS接入技術(shù)更具優(yōu)勢，3.5 GHz的MMDS無線接入技術(shù)沒有統(tǒng)一的空中接口標準，設(shè)備接口的類型差異也較大；由于智能移動終端的大規(guī)模普及，基于WLAN或3G的移動終端用戶會越來越多，其相關(guān)產(chǎn)業(yè)成熟度也較其他技術(shù)具有更多優(yōu)勢。

目前，WLAN的推廣和認證工作主要由產(chǎn)業(yè)標準組織Wi-Fi（wireless fidelity，無線保真）聯(lián)盟完成，所以 WLAN 技術(shù)常常被稱為Wi-Fi，WAPI作為Wi-Fi的一種安全協(xié)議，同時也是中國無線局域網(wǎng)安全強制性標準。Femto是近年來根據(jù)3G發(fā)展和移動互聯(lián)網(wǎng)趨勢推出的毫微微基站(AP)技術(shù)。在Femto網(wǎng)絡(luò)中遠端接入采用AP，以固定寬帶接入網(wǎng)絡(luò)，為回程接入Femto系統(tǒng)的網(wǎng)關(guān)設(shè)備（UAG），UAG與WCDMA 移動核心網(wǎng)的電路域（CS）、分組域（PS）進行對接，通過WCDMA移動核心網(wǎng)實現(xiàn)語音、可視電話、高速上網(wǎng)等業(yè)務(wù)。通過頻譜、標準以及產(chǎn)業(yè)成熟度3項綜合因素分析，在未來2～3年，基于Femto的3G接入技術(shù)及2.4 GHz的WLAN接入技術(shù)將是移動互聯(lián)網(wǎng)無線接入的主流技術(shù)。

3 基于Femto的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方案

H單位信息化應(yīng)用水平較高，其辦公區(qū)是一座高層建筑（樓高17層，每層約500 m2，結(jié)構(gòu)類似筒子樓），日常辦公對3G語音、視頻通話和移動互聯(lián)網(wǎng)都有一定業(yè)務(wù)需求。由于此大樓已有中國聯(lián)通EPON接入的光節(jié)點和ONU的存在，為同時解決其室內(nèi)3G語音和數(shù)據(jù)覆蓋效果不佳的問題，考慮采用Femto技術(shù)進行室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)覆蓋試點。

3.1 AP布放方式、頻率擾碼配置及鄰區(qū)規(guī)劃

H單位兩棟樓共安裝35個AP，每層安裝2個AP，AP間距約10 m，平均每個AP覆蓋6間左右辦公室的空間，單個AP覆蓋用戶數(shù)為8人左右。AP安裝在中間走廊的天花板內(nèi)，直立固定，AP正面和背面分別朝向兩邊房間。

H單位內(nèi)Femto網(wǎng)絡(luò)與室外宏網(wǎng)絡(luò)、室內(nèi)分布系統(tǒng)異頻組網(wǎng)。由于室外宏網(wǎng)絡(luò)、室內(nèi)分布系統(tǒng)按照總部規(guī)劃已使用了F3載頻（上行9 763頻點，下行10 713頻點，即上行 1 950～1 955 MHz，下行 2 140～2 145 MHz），所以Femto網(wǎng)絡(luò)擬采用F1載頻（上行9 713頻點，下行10 663頻點，即上行 1 940～1 945 MHz，下行 2 130～2 135 MHz）。H單位內(nèi)Femto網(wǎng)絡(luò)的擾碼規(guī)劃見表2。

由于常用樓梯位于樓層中部位置，同層及上下樓層間AP都將有切換。故將同層樓間AP及上下兩層間AP互配為鄰區(qū)。H單位Femto網(wǎng)絡(luò)內(nèi)AP間鄰區(qū)配置示意如圖1所示。

為實現(xiàn)與周圍室內(nèi)分布系統(tǒng)或室外宏小區(qū)的順利切換，在鄰區(qū)關(guān)系的配置中還需要配置AP與周圍室內(nèi)分布系統(tǒng)為鄰區(qū)，配置低層和周圍室外宏網(wǎng)絡(luò)小區(qū)為鄰區(qū)關(guān)系。

表2 H單位內(nèi)Femto網(wǎng)絡(luò)擾碼規(guī)劃（部分）

3.2 Femto的網(wǎng)絡(luò)測試

為保證用戶服務(wù)感知，通過DT和單站性能測試對H單位的Femto網(wǎng)絡(luò)進行了逐項測試。在DT測試中，主要進行了CS語音業(yè)務(wù)無線覆蓋指標測試、語音業(yè)務(wù)呼叫成功率及呼叫延時遍歷測試、HSDPA/R99 PS64業(yè)務(wù)呼叫成功率遍歷測試、Femto網(wǎng)絡(luò)與外網(wǎng)的切換測試。在單站性能測試中，主要進行了語音業(yè)務(wù)呼叫延時及呼叫成功率測試、PDP激活成功率及激活延時測試。具體測試分析結(jié)果見表3。

從Probe測試終端采集的數(shù)據(jù)及DUMETER抓圖看，平均下載速率為4.5～5 Mbit/s。無線環(huán)境指標CQI在27左右，說明無線環(huán)境良好，下載速率主要受限于下載資源，HS-SCCH Success Rate-Average平均為58%左右。當瞬間HS-SCCH Success Rate-Average在93%時，下載速率可以達到6.365 Mbit/s。

4 基于WLAN的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方案

4.1 AP的布放和覆蓋半徑的計算

室內(nèi)無線環(huán)境的特點是傳輸功率較小、覆蓋距離近以及受環(huán)境影響的變動大。故采用適合室內(nèi)傳播特性的馬特內(nèi)-馬恩納模型模擬室內(nèi)路徑損耗，考慮從發(fā)射機到接收機的路徑中，由墻壁和地板造成的損耗，以得到各種實際情況下的覆蓋半徑的參考值。

AP和無線網(wǎng)卡的參數(shù)取定以及不同環(huán)境的路徑損耗指數(shù)見表4，其中無線網(wǎng)卡和AP接收機的動態(tài)靈敏度選取傳輸速率為11 Mbit/s時的取值。

4.2 AP的頻率規(guī)劃和室內(nèi)設(shè)置

2.4 GHz是IEEE 802.11b和IEEE 802.11g的工作頻段，其可用帶寬為 83.5 MHz，劃分為 13個信道，每個信道帶寬為22 MHz，具體信道配置見表5。5.8 GHz是IEEE 802.a的工作頻段，其可用帶寬為 125 MHz，劃分為 5個信道，每個信道帶寬為 20 MHz，具體信道配置見表 6。

可以看出，因為2.4 GHz頻段只有其中的3個信道完全沒有耦合干擾，如信道 1、6、11，所以一般相鄰的AP分別分配這3個信道。由于無線信號的傳播是三維球形的，所以相鄰的AP不僅會在同一樓層，而且會在相鄰的樓層。典型的室內(nèi)無干擾的AP設(shè)置如圖2所示。

表3 H單位內(nèi)Femto網(wǎng)絡(luò)的開通測試

表4 WLAN模擬覆蓋半徑測算

表5 2.4 GHz頻段WLAN信道配置

表6 5.8 GHz頻段WLAN信道配置

4.3 熱點地區(qū)WLAN建設(shè)實例

此熱點地區(qū)有 3棟公寓 4#、5#、6#，AP設(shè)置于頂樓平臺，在某棟樓的前后兩側(cè)分別部署2個AP覆蓋整棟樓，最靠邊墻面采用室外抱桿方式設(shè)置。具體實例如圖3所示。

測試環(huán)境及過程：無線控制器AC側(cè)掛在聯(lián)通城域網(wǎng)機房OLT下，在樓內(nèi)ONU設(shè)備接出網(wǎng)線連接AP。每個測試點停留30 s，筆記本電腦的LCD屏幕與水平夾角為45°。每個測試點抽取一些特殊點，使用Network Stumbler采集信號強度。此實例具體測試分析結(jié)果見表7。

表7 WLAN實例數(shù)據(jù)分析

測試結(jié)果表明，客戶端與AP之間的距離與信號強度和實際下載速率成反比。在樓層較高的教室，由于其路徑衰耗減少，其信號強度和享受到的實際下載速率較樓層較低的教室有明顯變化。

5 結(jié)束語

隨著移動互聯(lián)網(wǎng)時代的到來，在全業(yè)務(wù)運營環(huán)境下，單純依靠現(xiàn)有3G宏站和室內(nèi)分布系統(tǒng)解決全部業(yè)務(wù)需求，必然受到無線資源等多方因素的制約。如果按照“起于用戶需求、止于用戶滿意”的服務(wù)理念，在盤活現(xiàn)有全部資源的條件下，靈活采用Femto或WLAN等新技術(shù)，則可以因地制宜地提供市場認可、技術(shù)成熟、固定資產(chǎn)投資和維護成本相對較好的整體解決方案。隨著寬帶無線接入瓶頸問題的有效解決，中國聯(lián)通移動互聯(lián)網(wǎng)的春天也將來臨。

1 Ooi W,Chan M,Ananda A,et al.QoS provisioning in IEEE 802.11 WLAN.Wiley-IEEE Press,2006

2 Munaretto D,Scalia L,Soni T,et al.Reliable broadcast streaming over802.11 WLAN with minimum channelusage.IEEE Symposium on Computers and Communications,2009(8):30～35

3 Wang Jinghong,Zhong Haomiao.WCDMA network planning.Scentific Innovation,2007

4 段洪濤.奧運會場館微波加熱設(shè)備干擾WLAN服務(wù)的研究分析與解決方案.中國無線電管理，2008(9):21～24

5 中華人民共和國信息產(chǎn)業(yè)部令(第40號).中華人民共和國無線電頻率劃分規(guī)定,2006