浅淡WLAN&GSM合路系统的研究与设计

浅淡WLAN&GSM合路系统的研究与设计

刘福泉

中国移动通信集团广东有限公司清远分公司

摘要：本文研究了将WLAN系统与GSM系统合路,即利用GSM系统的天馈系统将WLAN的信号辐射出去的方案,并依据某宾馆的实例详细介绍了合路方案的原理、设计、实施和测试情况。

关键词：WLAN；GSM

1引言

随着信息技术的飞速发展，人们对网络通信的需求也不断提高。人们希望能够在不论何时、何地与任何人进行包括数据、语音、图像等任何内容的通信,并希望其所使用的通信设备能在网络中漫游。因此,对有线LAN进行无线扩展的无线局域网(wirelesslocalareanetwork，WLAN)孕育而生。WLAN可以适用于有线局域网适用的任何场合,如高速Internet、企业网、校园网和家庭等。在应用需求的推动和WLAN自身技术的不断发展下,WLAN应用日趋成熟，出现了与电信网络融合提供公共WLAN服务的趋势,即所谓的OWLAN。目前，国内各大电信运营商都在进行WLAN系统的应用研究，建设了不少公共WLAN热点。

公共WLAN热点地区的网络示意图如图1:

其中AP即无线接入点(AccessPoint),是WLAN业务网络的小型无线基站设备,完成802.11b标准的无线接入。AP也是一种网络桥接器,是连接有线网络与WLAN的桥梁,所有WLAN终端设备都需通过相应的AP接入互联网。

根据国内外WLAN网络常规设计方案，在各个热点地区，为了保证AP的覆盖效果,一般一个AP只覆盖半径为十余米左右的区域。因此一般情况下，一个建筑物的一层楼就必须配置一个或多个AP，而且需要将AP布放到覆盖区域的中心。这样一来,为了在一个建筑物中建设一个WLAN网络,就要布放大量的屏蔽双绞线,将分布在建筑物内各处的AP连接到交换机,再接入互联网,施工量相当大,工程费用较高;而且按照这种配置，每个AP覆盖的区域有限，在大多数热点地区AP的利用率不高，容易造成投资浪费。

考虑到WLAN系统中AP设备的射频发射部分的工作原理与移动通信基站的射频部分的工作原理很类似，提出参考GSM室内分布系统实现GSM信号室内覆盖的模式,用类似的方法实现WLAN信号的室内覆盖的思路;同时考虑到在大多数的热点地区建筑物内部,均已经建设了移动通信GSM室内分布系统，进一步提出直接对现有的GSM室内分布系统进行改造,用同一个天馈系统来实现GSM信号和WLAN信号的传输和发射的想法。基于以上的想法,对WLAN系统中AP设备的射频发射部分和GSM室内信号分布系统的天馈线系统进行了研究,并设计了GSM与WLAN合路建设方案,并通过在某宾馆试点时进行的大量测试,验证了该方案的可行性。

2合路建设的技术原理

首先，让我们了解一下GSM室内分布系统。由于GSM室外基站的信号在传播过程中,会有大幅的衰减,特别是在室内，由于墙壁、窗户等物体的阻挡,GSM室外基站的信号到达室内时都十分微弱,难以达到正常的通信要求，因此我们通常在大型建筑物内都要建设GSM室内分布式系统,将GSM基站的信号通过馈线系统引入到室内的各个区域,再通过室内天线将基站信号发送出去,从而达到消除室内覆盖盲区、抑制干扰的目的,为室内的移动通信用户提供稳定、可靠的信号,使用户在室内也能享受高质量的个人通信服务。室内分布系统主要由三部分组成:信号源设备:微蜂窝、宏蜂窝基站或室内直放站。

天馈线及连接设备:同轴电缆、光缆、泄漏电缆、功分器、耦合器、室内天线等。

放大设备:干线放大器、微蜂窝功放等。

下面,本文将介绍WLAN的AP设备的射频部分的特点:

根据IEEE802.11b协议标准，WLAN的AP设备和无线网卡的物理层均是工作在2.40-2.4835GHz频段上，采用直接序列扩频(DSSS)的射频工作方式和补码键控(CCK)的调制方式。由于其采用了扩展频谱方式,数据基带信号的频谱被扩展至几倍～几十倍再被搬移至射频发射出去。这一方法虽然牺牲了频带带宽,却提高了该系统的抗干扰能力和安全性。由于单位频带内的功率降低,对其它射频系统的干扰也减小了。这也就意味着在同一个传输媒体中，WLAN信号和GSM信号完全是可以共存且互不影响的。

至于AP设备的射频部分的物理结构,大多数AP都是通过一个射频馈线接口与天线相连，结构简单。如要将其射频信号引入天馈系统，只需配置相应的馈线接头就行了。

3合路建设的系统模型

通过以上研究,我了解到合路建设WLAN和GSM系统是具备一定的理论基础的。但要设计切实可行的合路建设方案,还需解决一些具体问题:

对现有GSM天馈线系统中相关设备的修改虽然GSM和WLAN均为射频系统，但GSM系统工作在885-954MHz和1710～1880MHz两个频段，而WLAN系统的射频信号工作在2.4～2.4835GHz频段，与GSM工作频段相差不远,因此要想使用现有的GSM天馈系统传输、发送WLAN射频信号，需要对GSM室内分布系统所用器件进行一些修改。包括无源功分器、耦合器和天线等，将其滤波器修改为允许以上三个频段的信号通过。至于GSM室内分布系统所用的传输电缆,则可以不加改动的应用在WLAN系统中，不过在设计时需考虑不同频段的信号在同样的电缆上传输时的衰减是不同的。根据需求,厂家定制了一批工作频宽涵盖以上三个频段的功分器、耦合器和室内吸顶天线,来进行此项试验。

(2)采用信号合路器

要将GSM信号和WLAN信号合路传输、发射,必须将WLAN射频信号加载到一个完整的GSM室内分布系统上去。为了完成这个工作,我想到了我们在GSM双频系统中经常使用到的信号合路器，我们一般用其实现GSM900M和GSM1800M两种信号的合路。但由于其工作频宽也不符合WLAN射频信号的要求，因此厂家根据需求特制了一批符合要求的信号合路器。

(3)采用干线放大器

因为工作频段的不同,WLAN射频信号在GSM室内分布系统中传输时衰减程度比GSM信号大,因此在某些情况下需要采用WLAN专用干线放大器对上下行信号进行放大,以满足覆盖要求。

(4)需考虑上下行链路不均衡问题

在采用干线放大器的情况下,需要考虑可能出现的上下行链路不平衡问题。由于干线放大器和AP的接收灵敏度相差不大，均为-84dBm左右。所以，在使用干线放大器满足下行信号强度的条件下,要保证上行信号由网卡发射出来经过天馈系统后到达放大器或AP时强度大于-84dBm。

现在市面上的无线网卡发射功率一般为30mW即15dBm左右，因此,在方案设计,必须通过计算保证WLAN射频信号在AP(或放大器)至无线网卡的传播路径中,全部损耗之和小于99dB,才能保证30mW发射功率的网卡可以和AP正常通讯。否则,即使通过干线放大器将下行信号放大到足够大，上行信号也将被噪声淹没，无法被AP正常接收。

(5)需考虑对用户带宽的影响

由于按此方式建设时单个AP覆盖的区域更广,而每个AP的只能提供11M带宽,能容纳20～100个用户，如用户数增加，将导致单个用户的实际可用带宽降低。因此,不能无限制的增加AP的覆盖范围。

4试点方案

为了验证以上建设模型的可行性,选取了某宾馆作为试点，按照以上模型进行WLAN方案设计和实施。

根据业务需求,拟将WLAN信号覆盖该宾馆的1、2、4层，如按照传统的WLAN建设方式,约需7个AP，系统原理图如图3:

如按照该方案施工,整个工程的设备投资约为4万余元，且布线工程也比较复杂，布线费用较高。

按照合路建设方案模型对该WLAN网络进行了设计:将WLAN主设备AC和AP设计在二楼的机房,并将AP的射频部分接入信号合路器,将原有GSM室内分布系统中处于1、2、4层的各种功分器和室内天线更换成特制的覆盖三个频段的器件。通过计算,分别得出WLAN射频信号在此三个楼层室内天线上相应的线路损耗和天线口功率,如表1:

由表可见，此方案应该满足WLAN信号的覆盖要求,系统原理图如图4:

合路建设完成后,通过对GSM信号的测试,验证了GSM室内分布系统工作完全正常，通过进行WLAN信号强度测试，以及WLAN认证功能测试、丢包率测试、FTP协议测试、计费测试等，验证了WLAN系统的各项指标均达到了设计要求。

5总结

通过试点,验证了GSM和WLAN合路建设方案模型的可行性，下面对该方案模型的优缺点进行归纳总结:

(1)从投资分析看,由于采用合路建设方式，扩大了单个AP的覆盖范围，减少了AP的数量,在实现同样覆盖的同时可以有效降低投资成本,整个工程的设备投资约为2万余元,在该点的建设中节约设备投资41.2%,且施工非常简单，布线工程费用很少。在大型的合路建设方案中,投资的成本将会更加节省，更加体现出该建设方案的优越性。

(2)减少工作量，缩短施工周期。由于基本不需要进行综合布线,安装施工范围相对较小,施工周期短,不会对业主的正常营运造成过多影响,业主容易接受。

(3)AP数量少,故障点少,一般设备都放在管井内，充分考虑了设备的安全性和维护的方便性。

(4)由于单个AP覆盖区域增大,一旦用户数增加，单个用户接入带宽将随之减小，此时需考虑增加AP数量,扩大接入容量。

(5)该方案可适用于解决某些难以解决的覆盖问题，如布线难度较高或需要大范围覆盖用户密度较低的区域。

综上所述，合路建设WLAN和GSM室内分布式系统具有以下优越性:投资少,施工简单,建设速度快，维护方便等。

参考文献

[1](美)WheatJ.无线网络设计.北京:机械工业出版社,2015.

[2]李少谦.王军.WLAN的标准、应用与发展.电信技术,2016.