孫曉冬（中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)上海有限公司,上海200030）

基于智能天線的運(yùn)營(yíng)商WLAN設(shè)計(jì)

孫曉冬
（中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)上海有限公司,上海200030）

摘要：隨著4G牌照發(fā)放，國(guó)內(nèi)三大電信運(yùn)營(yíng)商都已大規(guī)模的部署4G,例如：視頻通話、網(wǎng)絡(luò)電視和無(wú)線上網(wǎng)卡等對(duì)數(shù)據(jù)鏈接速率要求更高,但現(xiàn)在的網(wǎng)絡(luò)的升級(jí)在人口密集區(qū)域仍不能很好的滿足用戶峰值使用需求。無(wú)線局域網(wǎng)(WirelessLAN)簡(jiǎn)稱WLAN,作為運(yùn)營(yíng)商數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)重要發(fā)展方向,己成為蜂窩網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)重要組成部分。本文主要采用智能天線技術(shù)運(yùn)營(yíng)商WLAN設(shè)計(jì)方案進(jìn)行較為詳細(xì)的研究和設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：智能天線;運(yùn)營(yíng)商;WLAN;3G;4G

1引言

隨著三大運(yùn)營(yíng)商在完成3G部署，逐步鋪開4G,大數(shù)據(jù)和高帶寬的新增業(yè)務(wù)(如無(wú)線上網(wǎng)卡、視頻通話、網(wǎng)絡(luò)電視等)將迎來(lái)蓬勃發(fā)展的機(jī)遇。這些應(yīng)用會(huì)增長(zhǎng)就要求移動(dòng)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)帶寬更寬、網(wǎng)速更快和覆蓋更廣。而運(yùn)營(yíng)商的現(xiàn)網(wǎng)升級(jí)后在熱點(diǎn)地區(qū)或者是人口密集區(qū)域仍不能人們對(duì)移動(dòng)無(wú)線網(wǎng)使用需求。所以針對(duì)寫字樓、商場(chǎng)或者高校等熱點(diǎn)地區(qū)和人口密集區(qū)域場(chǎng)所,全部用固定網(wǎng)絡(luò)接入并不能有效覆蓋所有的用戶,而且其相關(guān)的建設(shè)成本很高,所以在這些熱點(diǎn)地區(qū)和人口密集區(qū)域場(chǎng)所架設(shè)無(wú)線局域網(wǎng)絡(luò)作為移動(dòng)無(wú)線連接接入端口就是最佳解決方案。架設(shè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)最需要的是關(guān)注網(wǎng)絡(luò)覆蓋問題。本文將結(jié)合相應(yīng)的智能天線技術(shù)以及WLAN技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)運(yùn)營(yíng)商WLAN設(shè)計(jì)。

2無(wú)線局域網(wǎng)總體布局設(shè)計(jì)

2.1拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是在設(shè)計(jì)規(guī)劃階段來(lái)進(jìn)行平面拓?fù)?，這樣在開始搭建網(wǎng)絡(luò)，就會(huì)比較將根據(jù)實(shí)際網(wǎng)絡(luò)環(huán)境進(jìn)行相關(guān)布局設(shè)計(jì)。

（1）有線和無(wú)線共存環(huán)境：當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)安裝環(huán)境中已存在一個(gè)有線網(wǎng)絡(luò)，只需要在這個(gè)有線網(wǎng)絡(luò)上搭建無(wú)線網(wǎng)絡(luò)即可。而用無(wú)線路由器直接替換有線路由器，這樣使得網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)簡(jiǎn)單、網(wǎng)絡(luò)管理方便，然后使用無(wú)線路由器所帶有的LAN口進(jìn)行轉(zhuǎn)接成有線網(wǎng)來(lái)連接計(jì)算機(jī)；這樣的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和設(shè)計(jì)能在同一臺(tái)路由器上實(shí)現(xiàn)無(wú)線和有線的良好的數(shù)據(jù)通訊。

（2）無(wú)線環(huán)境：這樣就直接架構(gòu)和建設(shè)一個(gè)新的無(wú)線局域網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，這樣主要是使用無(wú)線路由器以及配合無(wú)線網(wǎng)卡來(lái)架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，使用無(wú)線路由器以及配合無(wú)線網(wǎng)卡架構(gòu)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)最大的優(yōu)勢(shì)在于適應(yīng)性。而且在特殊的情況下需要有線網(wǎng)絡(luò)連接時(shí)，無(wú)線路由器所附帶的的LAN口也可以提供有線網(wǎng)絡(luò)連接。

2.2WLAN覆蓋區(qū)域設(shè)計(jì)

（1）點(diǎn)對(duì)點(diǎn)模式WLAN的網(wǎng)絡(luò)覆蓋設(shè)計(jì)。點(diǎn)對(duì)點(diǎn)模式WLAN的網(wǎng)絡(luò)覆蓋設(shè)計(jì)是符合IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)的，傳統(tǒng)局域網(wǎng)工作站發(fā)送信息時(shí)所產(chǎn)生的沖突時(shí)的總線裁決方式一般采用的為載波監(jiān)聽多路訪問/沖突檢(CSMA/CD)機(jī)制處理，而無(wú)線局域網(wǎng)WLAN相對(duì)傳統(tǒng)的有線局域網(wǎng)而言其使用的無(wú)線媒質(zhì)來(lái)進(jìn)行傳輸信息，這樣也造成在無(wú)線傳輸環(huán)境中對(duì)沖突檢測(cè)和定位就顯得比較困難，也容易造成一些節(jié)點(diǎn)的問題不容被發(fā)現(xiàn)。因此，無(wú)線局域網(wǎng)WLAN解決沖突所采用的機(jī)制是載波監(jiān)聽多路訪問/沖突避免(CSMA/CA)，這一機(jī)制與載波監(jiān)聽多路訪問/沖突檢(CSMA/CD)機(jī)制最大特點(diǎn)是其避免發(fā)生沖突方式主要體現(xiàn)在發(fā)送信息過(guò)程中。在點(diǎn)對(duì)點(diǎn)模式WLAN的網(wǎng)絡(luò)覆蓋設(shè)計(jì)中，需要主要考慮的是一個(gè)區(qū)域的各個(gè)無(wú)線工作站所處的位置，保證各個(gè)無(wú)線工作站之間的距離合適，這樣就能盡可能的避免隱藏節(jié)點(diǎn)等問題，從而確保各個(gè)無(wú)線工作站之間能進(jìn)行良好的通信。

（2）基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)模式WLAN的網(wǎng)絡(luò)覆蓋設(shè)計(jì)。基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)模式WLAN的網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域設(shè)計(jì)所需要解決的關(guān)鍵問題是需要預(yù)測(cè)總共需要多少個(gè)接入點(diǎn)以及對(duì)這些接入點(diǎn)如何進(jìn)行規(guī)劃。若是只對(duì)一個(gè)接入點(diǎn)進(jìn)行規(guī)劃時(shí)，主要會(huì)將該接入點(diǎn)設(shè)置選擇在覆蓋范圍的中心位置。若由于安裝的接入點(diǎn)的位置不可避免的有障礙物，這可選用擴(kuò)展天線來(lái)擴(kuò)大該接入點(diǎn)所能覆蓋范圍；當(dāng)需要配置多個(gè)接入點(diǎn)時(shí)，也必須保證這每個(gè)接入點(diǎn)重疊覆蓋區(qū)域可以自由移動(dòng)和切換，而這些重疊區(qū)域的大小主要取決于該區(qū)域內(nèi)的用戶數(shù)量和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)用戶使用率。若某個(gè)區(qū)域的使用無(wú)線用戶數(shù)相比其他區(qū)域比較多，則該網(wǎng)絡(luò)的負(fù)荷會(huì)比其他區(qū)域相對(duì)較高，那么其與相鄰區(qū)域那日的熱點(diǎn)重疊范圍就需要更大一些，這就通過(guò)減少與接入點(diǎn)的距離。

3智能天線技術(shù)實(shí)現(xiàn)

3.1智能天線實(shí)現(xiàn)方式

采用了新一代終端感知型智能天線陣列技術(shù)，它結(jié)合了“On-Chip”和“On-Antenna”的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)，對(duì)于WA3600系列AP，其天線陣列是12個(gè)天線振子一起架構(gòu)而成的，這些天線振子進(jìn)行配合可形成多達(dá)4000個(gè)以上的天線輻射圖型。每一個(gè)天線振子都精心調(diào)配，協(xié)同工作，使可能產(chǎn)生的輻射圖在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中達(dá)到比較好的覆蓋性能。于此同時(shí)，AP的處理器會(huì)運(yùn)行相關(guān)的天線選擇算法，然后在實(shí)際環(huán)境中根據(jù)用戶終端所處的不同位置，從天線陣列中選取若干天線振子來(lái)進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)和報(bào)文的傳輸，在選擇天線振子的同時(shí)，AP也會(huì)將也會(huì)將延時(shí)和相位等因素進(jìn)行整體考量，從而使得天線陣列能對(duì)終端行為進(jìn)行天線陣列的快速收斂和探測(cè)感知。

整個(gè)系統(tǒng)具有如下特征：

（1）逐包劃分以及選擇發(fā)送天線，在實(shí)際天線陣列中做到了對(duì)于每包需要發(fā)送的報(bào)文都能選擇天線陣列中不同發(fā)送天線進(jìn)行發(fā)送；

（2）智能天線在實(shí)際的使用過(guò)程中，需要能做到天線選擇是最優(yōu)化的，可將接入AP的相關(guān)移動(dòng)終端都建立和維護(hù)一個(gè)數(shù)據(jù)記錄，這些數(shù)據(jù)記錄中會(huì)保存終端在實(shí)際使用過(guò)程中最優(yōu)天線使用的相關(guān)歷史信息，從而能快速便捷的選擇其最優(yōu)天線；

（3）數(shù)據(jù)庫(kù)記錄的收斂速度較快，在實(shí)際使用過(guò)程中智能天線以及智能天線的選擇算法是需要在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中進(jìn)行工作得到的，主要的方式是通過(guò)在實(shí)際使用過(guò)程中選擇一些特定的天線進(jìn)行針對(duì)性的通訊探測(cè)，在這些探測(cè)記錄中選擇最優(yōu)的記錄進(jìn)行保存，這樣就能做到智能天線能根據(jù)天線的輻射圖及其歷史信息快速響應(yīng)環(huán)境的變化，選擇出最優(yōu)化的天線；

（4）與延時(shí)、速率、相位及功率等與發(fā)送相關(guān)的參數(shù)進(jìn)行結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)發(fā)送參數(shù)的非線性變化；

（5）相對(duì)于傳統(tǒng)Beamforming來(lái)說(shuō)，智能天線并不會(huì)讓終端過(guò)多參與，這樣也就不需要使用協(xié)議報(bào)文或者其他與終端進(jìn)行智能天線管理相關(guān)事項(xiàng)或者信道參數(shù)的通訊，這樣也減輕了無(wú)線AP的負(fù)載，從而使得在數(shù)據(jù)流數(shù)和發(fā)送天線數(shù)等相關(guān)硬件基礎(chǔ)相等的情況也能獲得多天線的增益。

4總結(jié)

本文主要是根據(jù)無(wú)線局域網(wǎng)發(fā)展以及相關(guān)研究，針對(duì)運(yùn)營(yíng)商的無(wú)線局域網(wǎng)建設(shè)需求，運(yùn)用智能天線技術(shù)并設(shè)計(jì)了一個(gè)無(wú)線局域網(wǎng)系統(tǒng)，為智能天線技術(shù)在無(wú)線局域網(wǎng)的研究提供了一定的借鑒作用。