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高密度WIFI覆蓋
更新時間:2019-09-16 22:27:42
隨著WIFI普及,越來越多的公共場所提供了WIFI熱點覆蓋,為人們隨時隨地接入WIFI網絡提供了便利,但同時給WIFI建設者提出了挑戰,尤其是在足...
隨著WIFI普及,越來越多的公共場所提供了WIFI熱點覆蓋,為人們隨時隨地接入WIFI網絡提供了便利,但同時給WIFI建設者提出了挑戰,尤其是在足球場、籃球場這類場景下,如何為高密度、高并發率的的用戶提供良好的業務體驗,成了高密覆蓋的關鍵。在高密場景通常用戶密度高,數量大,為了滿足大量用戶的接入,布放了大量的AP,這些AP的距離要比一般場景下高出很多, 如在一般場景下AP間的距離通常有20-30米,甚至更大,而在高密場景下AP間的距離只有10 米,甚至更小。常見高密場景有:
l 大型會議室
l 演講廳和禮堂
l 會展中心會議廳
l 酒店宴會廳
l 體育館,運動場,球場
l 高校教室
l 音樂廳
l 機場大堂
l 金融交易大廳
 
1.1 高密挑戰
 
高密場景下容量如何規劃,RF如何規劃來保證大量高密度用戶的接入, 又有哪些特性手段用來在做好規劃的基礎上提升無線網絡性能,是高密覆蓋的需求。具體來說,高密覆蓋中有以下挑戰和需求:

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圖 1 高密場景的挑戰
1、業務模型
高密場景下的業務模型是什么,不同的業務對帶寬的需求是多少?用戶終端是什么類型,對容量有什么影響?
2、覆蓋方式
在高密場景下選擇什么樣的AP設備,選擇什么樣的天線類型,采用什么樣的布放方式?
3、WLAN干擾
高密場景有哪些干擾會影響網絡性能,有哪些手段可以減少這些干擾? 4、空口效率
空口效率在高密場景下顯得更加珍貴,如何在高密場下提高空口的利用率?
5、負載均衡
如何充分利用5G頻段,避免大量雙頻終端駐留在2.4G頻段上。當用戶分布不均勻時,如何在不同AP上進行負載均衡。
6、空口調度
在多用戶調度上能否進行一些優化,使得更多的用戶接入?

2 高密覆蓋技術

1、并發用戶數

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隨著智能終端的普及,現在幾乎人手一個智能終端,而所有的智能終端也幾乎都支持 WIFI,也就是說 WIFI 終端的滲透率幾乎達到了 100%。用戶攜帶的這些 WIFI 終端有部分終端打開了 WIFI,而有部分并沒有打開,因此有一個激活WIFI 的比例,稱為激活率。在這些激活 WIFI 的終端中,某個時刻只有部分用戶使用 WIFI 上網,這個也稱為用戶并發率。
圖 2 滲透率、激活率與并發率
在一個網絡中,并發的用戶數是由這幾個比例共同決定的:
***終的用戶數=用戶人數*WIFI 終端滲透率*WIFI 激活率*業務并發率在不同場景下這個比例會有所區別,尤其是終端激活率和用戶并發率,以一個 80000 人的體育場為例,假設 WIFI 終端滲透率 100%,WIFI 激活率 30%,用戶并發率 30%,***終并發用戶數為 7200 人,計算的過程如下:
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2、終端類型

網絡中 WIFI 終端五花八門,既有老舊的 802.11b/g 的終端,也有越來越普及
 
的 11n 終端,既有單頻終端,也有雙頻終端。不同的終端類型能力的差異,當這些終端同時接入網絡中時,會對容量的規劃有不同的影響。因此在高密覆蓋規劃時需要考慮終端的影響。
(1) 低速率終端與高速率終端
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低速率終端支持的速率低,傳輸相同的大小的包時所需要的時間要大于高速率終端,因此低速率接入時 AP 的容量要小于高速率接入時 AP 的容量。
上表給出了不同終端類型在比例不一樣的時候,AP 體現出的容量區別。低速率終端比例越高,每個 AP 容量越小。這意味著相同接入終端數在相同的帶寬需求時需要比高速率終端規劃更多的 AP 來覆蓋。在高密覆蓋規劃時,需要掌握這個場景中不同速率終端的比例,作為規劃的輸入。
(2) 單頻終端與雙頻終端
現在的 AP 一般都具有雙頻的能力,雙頻的 AP 可以比單頻 AP 提供雙倍的覆蓋容量,但這需要一個前提,即至少需要有一半比例的終端能夠支持雙頻
(2.4G&5G)。這樣才可用充分利用 5G 的射頻,使終端分布在 2 個射頻上,提高每個 AP 的覆蓋容量。
現在新出的智能終端大部分終端都已經支持了雙頻(下表中給出了部分新出終端對雙頻的支持能力),但考慮到現網中大量以前出的終端仍然大量存在和活躍,在高密覆蓋規劃時,需要掌握這個場景中雙頻終端的比例,作為規劃的輸入。
 

  型號 支持 WIFI 協議 5G 支持情況
三星 GALAXY S4 802.11 a/n/b/g/ac 支持
蘋果 IPHONE5 802.11a/b/g/n 支持
HTC one 802.11 a/ac/b/g/n 支持
索尼 Xperia Z 802.11 a/b/g/n 支持
GALAXY S3 802.11 a/b/g/n 支持

 
iPhone4S 802.11b/g/n 不支持
BlackBerry Z10 802.11 a/b/g/n 支持
LG Nexus 4 a/b/g/n 支持
諾基亞 Lumia920 802.11 a/b/g/n 支持
BlackBerry Q10 802.11 a/b/g/n 支持
 
 
另外現在終端基本都只支持單天線,但以后終端出現多天線時也會對容量規劃產生影響,在規劃時需要考慮MIMO 天線數及其比例作為規劃的輸入。
 
3、業務類型
在不同的高密場景下用戶上網的業務并不一樣,比如在足球賽場球迷有視頻業務需求,而在會展現場用戶會有及時共享的微博、微信等 SNS 業務需求。不同的業務類型對帶寬的要求并不一樣,因此不同業務對覆蓋容量的需求也不一樣。下表中給出了典型應用對帶寬的需求。
 

 
APP 應用
 
速率要求
 
備注
Web 160-400kbps Size of web page:200KB , Delay:4~10s
Streaming 280-560kbps Real time
IM
(典型應用如 QQ 等)
32-64kbps 2KB/Session,0.5s.
Email 400kbps 100KB/Session,2s
SNS
(典型應用如微博等)
200kbps 50KB/Session,2s
VoIP 256kbps Real time,take FaceTime for example,GBR 256kbps
Game 200kbps 25KB,1s
一般認為 512kbps 可以滿足一般 HD 視頻業務的要求,256kbps 可以滿足一般業務的帶寬要求。當然更高的速率會給用戶帶來更好的速率體驗,但同時也需要更多的 AP 進行覆蓋。
2.1 覆蓋方式
 
AP 的布放既需要考慮工程施工,也需要考慮減少干擾。在高密場景下為了減

 
少干擾,一般使用定向天線控制每個 AP 的覆蓋范圍,如果是在室外場景,選用防護等級更高的室外型 AP,如 AP6510/AP6610,室內場景需要室內型 AP,如AP7110。布放位置可以分為 Overhead 布放方式,Side 布放方式和 Floor 布放方式。

1、Overhea

Overhead 的布放方式需要把 AP 放在覆蓋區域的正上方,如吊頂、天花板、體育場頂棚等位置,如上圖中,在體育場的頂棚上布放 AP。這種布放方式隱蔽性好,安裝位置高,安全性好,不易遭暴力破壞和被盜;由于是視距覆蓋,無穿透損耗等,覆蓋效果也比較好。但是這種視距的覆蓋往往隔離度也比較差,很容易形成干擾,尤其是使用方向性不好的天線的時候;同時 Overhead 的布放方式對施工也提出了挑戰,比如頂棚的承重,登高施工成本等。

2、Side

Side 布放方式通常把 AP 放在覆蓋區域周圍的墻壁,柱子或者欄桿等位置, 如上圖中,在體育場的廣告牌,欄桿或者后排墻上等位置安裝 AP。這種布放方式安裝方便,容易施工,覆蓋效果比較好。同時 Side 布放方式也是一種視距覆蓋,隔離度比較差,往往容易形成干擾,尤其是使用方向性比較差的天線。

3、Floor

Floor 布放方式使用微微蜂窩的思路,將 AP 安裝 floor 附近,如座位下(上圖),或者看臺背面等位置。這種方式******的優勢在于利用椅子,看臺,高密度的人群等形成的隔離,干擾小,信道更容易復用,可形成更高密度的 AP 布放, 接入更多的用戶。但同時施工難度也比較大,可能需要破壞現有的建筑表面,添置走線的鋼管,?;?AP 在球迷沖動的情況下不被破壞的 AP ?;ず謝蛘呶弊昂械雀絞舨牧?。
Floor 方式安裝在看臺背面時,需要考慮看臺水泥板的衰減,當水泥板衰減不是很大時可以考慮使用室內 AP 覆蓋,看臺厚度較大,衰減較大時,可以考慮使用室外 AP 加定向天線垂直于看臺朝上覆蓋??刺ň嚀逅ゼ鹺透哺切ЧΩ酶薟饈孕Ч純?。
2.2 干擾控制
 
要滿足大量用戶的接入,必然需要布放大量的 AP。大量布放的 AP 會帶來嚴重的干擾?;愿扇諾目刂拼游尷吖婊腿砑匭粵礁齜矯?,提出了小角度定向天線,CCA 優化,功率控制和調優等技術方案來控制高密場景下的干擾。

1、采用小角度定向天線

高密場景下由于 AP 布放密度高,系統內的干擾要遠大于一般場景下,控制每個 AP 的覆蓋非常重要。選擇天線時希望能夠將信號控制在覆蓋目標區域內, 而在其他區域內能夠迅速衰減。對于體育場這類近距離布放AP 比較困難的場景, 小半功率角的定向天線是一種很好的選擇,這類天線也是很多高密場景下用得比較多的天線形態。 
水平和垂直半功率角都為 18 度的天線方向圖,藍色為水平天線
方向圖,紅色為垂直天線方向圖。良好的方向性使得在偏離主瓣 20 度后增益衰減到 3dBi 以下,在 90 度方向已經衰減到-14dBi。
華為在高密場景下提供多款方向性非常好的小角度天線,有效的控制覆蓋減少干擾。
 

  18°(2.4G) 15°(5G) 60°(2.4G) 60°(5G)
 
產品圖片
 
 
 
 
 
 
 
 
每個 AP 所需數量 1 1 1 1
適用頻率 2.4G 5G 2.4G 5G
增益(dBi) 18 * 19 * 11.5 * 12 *
水平波瓣 18° 15° 60° 60°
垂直波瓣 18° 15° 30° 30°
極化方式 雙極化 雙極化 雙極化 雙極化
接口 N-female*2 N-female*2 N-female*2 N-female*2
適用 AP AP6510DN
AP6610DN
AP6510DN
AP6610DN
AP6510DN
AP6610DN
AP6510DN
AP6610DN
尺寸(mm) 340*340*25 250*250*25 250*155*60 230*145*55
編碼 27011344 27010890 27010812 27010889

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