WLAN覆盖运营商宽带接入解决方案.docx
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WLAN覆盖运营商宽带接入解决方案
运营商无线宽带接入
解决方案
昆明路路通科技有限公司
一、概述
随着我国经济的不断发展，信息网络建设提上日程。
互联网和现代信息技术手段的发展和应用，乡镇以及农业、农村的科学发展和可持续发展，建立和谐社会创造了良好条件。
目前我国各地的"数字农业建设"、"农业信息服务网络"、"万户上网工程""无线宽带接入"，以及"现代农业远程教育"等正蓬勃发展。
农村地广人稀、地形复杂。
各行政村距离乡镇、县城等少则几公里，多则几十公里，要想实现"家家通网络"的目标，如果采用传统有线网络建设方案，我国预计需要铺设本地环路的缆线长度将达上千万公里，一次性投入资金大、运行维护成本高，运营商收益增长缓慢。
事实上，我国乡镇、农村信息化建设的实践已经证明了，在乡镇、农村信息网络建设中，应用无线局域网技术有着无可比拟的优势：
建网成本低、一次性投入资金少、运营成本低、建网速度快、可靠性高等，同时其高度灵活的扩容性，也非常适应乡镇、农村网络应用需求逐步发展的过程。
二、系统总体方案设计
2.1方案描述
WLAN宽带接入系统由无线接入、网管、认证计费三部分组成。
在现有的网络基础上，需要在乡镇部署无线基站，完成用户区域的无线覆盖，无线基站通过光缆或无线桥接技术接入网管中心。
在网管中心建立网管、认证、计费系统，对上网用户进行统一管理，对无线基站进行远程监控。
用户在终端上安装上无线网卡，通过无线AP接入网络，认证成功后就可以享受运营商提供的各种服务。
系统组网示意图如下：
上述系统建立后，终端用户接入AP访问Internet的过程如下：
（1）用户终端和AP建立无线链路后，随便在浏览器里输入一个要访问的合法URL（可解析的域名或者任意IP地址），该URL请求被送往AC。
此时AC对该用户IP地址进行检查，如果该用户没有通过认证，就将其发出的DNS或者TCP报文捕获然后重定向到一个运营商可定制的认证页面，之后用户输入帐号、密码通过认证后进行认证。
（2）AC将用户名、密码等信息送往Radius服务器进行验证，如果该用户名、密码、业务量信息等合法有效，就给AC确认该用户可以合法上网，否则就拒绝该用户进行认证。
（3）AC收到Radius的确认信息后，允许用户进行上网，用户被强制引导到指定网站（Portal）。
此时AC向RadiusServer发送计费开始报文，开始记录用户上网时间等信息。
（4）用户下线时点击离线按钮后，该信息经过AP传送到AC，AC删除该用户信息同时给RadiusServer发送计费停止报文，该报文包含了此用户本地上网的时间、流量等信息。
2.2无线接入系统
2.2.1无线接入系统组成
无线接入系统由无线基站及用户端无线设备组成。
每个无线基站包括无线接入点（无线AP）、配套的天线、避雷器、馈线等设备。
用户端无线设备包括无线网卡、APClient等终端设备。
2.2.2无线接入系统的规划原则
对于无线接入系统来讲，基站的选址、基站所在位置业务量的分析、选择何种AP、选择何种天线、频道如何规划等因素非常重要。
2.2.2.1业务量分析
不同的区域，其业务的模型与业务流量差异会较大，针对不同区域实际情况，分析其业务模型与进行流量估计非常重要。
依据不同地区的情况，分析该地区内业务的类型与流量以及业务的地理分布是进行网络规划及实施的关键之一。
2.2.2.2基站选址
无线网络规划及实施的另一个关键在于AP位置的确定，以及天线增益、高度、角度的确定。
在不同的环境，电波传播的条件不同，反射，周围物体对电波的衰减等多种因素都会对AP的覆盖效果产生影响。
选择适宜的台址和天线高度比增加发射功率效果更为明显。
2.2.2.3频道的规划
无线AP工作在2.4GHZ频段（ISM频段），AP的收发频率范围在2400-2483.5MHz之间。
下图描述了IEEE802.11b/g频道的分布状态和交迭情况。
2.4G频率波段的无线网络频道
当在一个地区需要分布多个AP的情况下，或有多个频道同时工作，为保证频道之间不相互干扰，最多可以有3个不重叠的频道同时工作。
因此在使用中此频段上可用的信道为1，6，11号信道。
不同信道的使用可以在同一地点形成信道重叠，可从下图表示在一个地点使用多个信道时的分布情况。
2.2.2.4覆盖范围
无线AP设备的无线覆盖能力与其发射功率、应用的覆盖环境条件、使用的天线增益大小有直接的关系。
使用同样的无线AP及天线，在开阔地带和建筑物多的地区的覆盖效果是不同的，在实际运用的时候需要根据实际情况调整AP的输出功率、传输速率，选用合适的天线以达到最佳的覆盖效果。
除了覆盖的范围达到要求，信号的连接质量也是直接影响覆盖效果的因素。
只有保证信号的连接质量，无线网络的通信效果才会稳定。
2.2.2.5天线的使用
天线对空间不同方向具有不同的辐射或接收能力。
在水平面上，辐射与接收无最大方向的天线称为全向天线，有一个或多个最大方向的天线称为定向天线。
全向天线由于其无方向性，所以多用在点对多点通信的中心台站。
定向天线由于具有最大辐射或接收方向，因此能量集中，增益相对全向天线要高，适合于远距离点对点通信，同时由于具有方向性，抗干扰力比较强。
增益是天线的主要指标之一，增益大小的选择取决于系统设计对电波覆盖区域的要求，简单地说，在同等条件下，增益越高，电波传播的距离就越远。
但在选择天线增益大小的时候也不能一味地选择大增益的天线，而要结合天线的覆盖角度和周围的情况来选择。
当基站铁塔在高山上,为了照顾距铁塔较远的一个或几个地方,此时可选用较高增益的扇区天线。
天线的安装位置也很重要，特别是大功率的设备连接增高益的天线时，在规划和安装时，在天线的前后3米内不能有阻挡物。
如果在很近的距离内有阻挡物，发出去信号会被周围的物体反射回来，形成干扰信号，从而加重设备处理数据的负担，影响网络带宽。
2.2.2.6用户端网卡的选择和使用
无线基站的覆盖效果还与用户端使用的无线网卡有直接的关系。
由于AP和网卡之间是双向传输数据，网卡的发射功率、接收机灵敏度、天线位置高度等不同，和AP连接的效果就会不同。
上下行功率的匹配是解决农村无线覆盖的关键，用户端的无线网卡及相应区域的接收功率是此项目成败的关键。
我们在项目的施工中发现：
●站点的选择
●及客户端网卡的位置选择
●及网卡相应配件的选择
是该接入点用户计算机网络能否正常接入的关键。
2.2.2.7干扰源与避免
常见干扰源有微波炉、无绳电话、蓝牙设备及其它WLAN设备等。
如果检测到干扰源的存在，天线的位置应远离干扰源。
如果在同一地点需要架设多个WLAN设备，则需要仔细进行规划，防止设备间的相互干扰，有效措施有：
●天线之间的距离尽可能远
●使无线设备工作在不同的非重叠的信道上
●采用不同的天线极化方向
●使用不同频段的WLAN设备
其次，高压线的干扰也会影响设备的正常工作，因此选择基站位置的时候要注意避免高压线的干扰，做好屏蔽和接地处理。
用户端家电产品对用户端网卡干扰也非常多（如微波炉，无绳电话），因此用户端网卡延长线的干扰屏蔽及功率增益是必须要注意的问题。
2.2.3无线接入系统的具体实施方案
根据无线接入系统的规划原则和此项目WLAN宽带接入工程所在地的情况，路路通提出以下实施方案及各种问题的解决办法。
此项目的光缆已经到位，需要架设无线基站来解决用户端接入的问题。
房屋多为低层砖房结构。
在工程实施时需要考虑几个方面的问题：
1、AP的选择
由于工程所在地位于乡镇或农村，地势开阔，对AP的要求之一是覆盖范围远，更大的覆盖范围可减少接入点（AP）设备的使用数量，从而降低系统成本。
本方案主要选用艾克11n2.4GHz电信级无线APAX9800NAA6402来实现。
使用非常灵活。
产品采用防水、防尘全密封设计，具有超强的免维护特性。
2、AP的覆盖范围和天线的高度
影响AP覆盖范围的主要因素有AP发射功率、天线增益、天线高度、接收机灵敏度及自由空间传输损耗。
天线高度应尽量架高，为通信创造良好的可视条件。
AP的输出功率要根据基站的位置进行调整，如果在空旷的地方，可将AP输出功率调到最大，使覆盖距离更远；但在建筑物多的地方，应适当将AP输出功率调小，使反射的噪声信号减小，保证信号的连接质量，从而保证通信的稳定。
3、基站的位置
一般来说,若能利用现有铁塔应尽量使用,以降低建设费用。
如果光纤出口离房舍较远，在基站上架设无线AP和定向天线时，天线朝着房屋的方向，达到最佳的无线覆盖效果。
如光纤出口离房舍较近，则在附近选择高处建筑物架设基站。
4、AP的数量
基站AP的数量由覆盖区域的用户数量和业务量决定。
按一个用户占用0.5kbps—1mbps带宽考虑，推荐一个11nAP带80个以内无线终端用户。
如果一个乡镇或村庄的用户数量不超过100户，则架设两到三套无线设备，就可以完成该村庄的覆盖。
5、天线的选择
天线分为全向天线和扇区天线，根据不同的情况选确定是全向天线还是扇区天线，然后根据现场的情况来选择天线的增益大小。
在选择天线增益大小的时候不能一味地选择大增益的天线，而要结合天线的覆盖角度和周围的情况来选择。
如果周围的建筑物很多，由于建筑物的反射，用高增益的天线，反倒会对无线AP自身造成严重的干扰。
如果附近有其它的AP，这时要根据AP的覆盖范围来选择天线的增益，并适当调整AP的发射功率，使AP达到好的覆盖的效果。
天线的安装位置也很重要，特别是大功率的设备连接增高益的天线时，在规划和安装时，在天线的前后3米内不能有阻挡物。
如果在很近的距离内有阻挡物，发出去信号会被周围的物体反射回来，形成干扰信号，从而加重设备处理数据的负担，影响网络带宽。
通信两点之间应无障碍物。
如果有障碍物，天线的高度应该再加上障碍物的高度。
6、传输距离与天线高度的关系
传输距离（米）
天线高度（米）
传输距离（米）
天线高度（米）
100
1
9000
11.4
500
2.3
10000
12.4
1000
3.3
11000
13.3
1500
4.1
12000
14.2
2000
4.7
13000
15.2
2500
5.3
14000
16.1
3000
5.9
15000
17.1
3500
6.4
20000
22.5
4000
6.9
25000
28.7
4500
7.4
30000
35.6
5000
7.8
35000
43.4
6000
8.8
40000
52.1
7000
9.7
45000
61.7
8000
10.5
50000
72.2
以下为几种基站覆盖的示意图：
（1）适用于只有一个方向区域内有终端客户的情况
采用一个水平角度120度的扇区天线做区域覆盖，具体连接方式如下：
（2）适用于四周或者多个方向区域内有终端客户的情况
7、用户端的各种解决方案
上下行功率的匹配是解决农村无线覆盖的关键，无线覆盖的效果好与否，与用户端使用的无线网卡的发射功率、接收机灵敏度、天线增益、天线高度有直接的关系。
通过改变用户端无线网卡的使用条件等方式，可以使网卡和AP间通信达到更好的效果。
下表列出了在几种情况下用户端的解决方案。
客户端使用及连接效果
通信距离
300米内
300米-500米
500米-1KM
1KM-3KM
笔记本自带网卡、普通USB网卡
连接状态：
较好，速率较高
连接状态：
较差，速率降低
连接状态：
掉包或无连接
连接状态：
无连接
大功率网卡
连接状态：
非常好，速率高
连接状态：
较好，速率较高
连接状态：
较差，速率降低
连接状态：
掉包或无连接
客户端
（9800CPE）
连接状态：
非常好，速率高
连接状态：
非常好，速率高
连接状态：
非常好，速率高
连接状态：
较好，速率较高
2.2.4CPE客户端的几种典型应用
（1）客户端与AP基站无大型建筑物遮挡
（2）客户端与AP基站有大型建筑物遮挡信号不好，则可以把天线架设到室外。
（3）CPE针对高铁信号较弱区域的应用
如上图所示，铁路候车大厅已经有WLAN的无线信号覆盖。
在VIP专属的候车室一般会有玻璃或者墙体的遮挡，当客户在VIP专属区域上网时由于自带笔记本的网卡功率和天线较小导致在专属区域收到的WLAN信号较弱。
这时候可以采用CPE进行一个中继转发覆盖，CPE接收并连接到外场AP然后在开启CPE的中继转发功能。
这样就能保证专属区内的信号场强，使用户有个更好的上网体验。
（4）CPE针对住宅小区信号较弱区域的应用
如上图所示，由于住宅楼的密度很高。
住宅小区的2-6号楼被前方的1-5号楼遮挡，这时候可以通过在2-6号楼的楼顶架设CPE对后方信号较弱的区域来做信号的中继转发保证后方区域的信号场强。
（5）CPE针对学校宿舍信号较弱区域的应用
如上图所示，当家庭用户出现信号差的情况。
也可以把CPE放置在客厅内对卧室进行
一个信号补点覆盖，客户可以采用账号共享的方式，同时接入5-6个客户端进行联网。
有效
的解决一个客户端只能用一台电脑的局限。
2.2.5设备技术指标
2.2.5.1艾克IEEE802.11bgn高带宽运营级无线AP/网桥
艾克9800（NAA6402）是一款兼容802.11a/b/g/n等标准的双频电信级无线网络设备。
9800（NAA6402）设备具有符合11n标准的两个非独立射频端口。
工作在802.11na和802.11ng的2*2MIMO模式，射频功率输出均为20dBm。
采用N型射频接口，可以根据现场的情况外接不同型号的天线。
可以建立高达300Mbps的传输速率。
9800（NAA6402）为高带宽的无线网络应用提供了可靠的、性价比极高的解决方案。
该产品采用全天候防水、防尘全密封设计，拥有超强的免维护特性。
可以广泛用于无线城域网的建设，以及用于油田、军警、消防等重要部门。
MIMO射频可用于提供给无线网络用户建立宽带的无线接入或与9800（NAA）系列其他的产品建立网络连接。
一、主要特点和优势
◆IEEE802.11a/b/g/n全兼容射频模块
◆专用网络管理软件管理方式。
◆支持AP，点对点，点对多点网桥工作模式。
◆支持通用生成树协议（STP）和快速生成树协议（RSTP）。
◆远距离以太网供电（POE），方便网络设备灵活布局。
◆支持对无线客户端进行限速管理。
支持链路的WMM（Qos）。
支持Qos的映射，可将无线Qos优先等级映射到有线网络中。
◆设备firmware升级容易，管理配置方便。
◆支持802.1x，DHCP
◆支持MAC地址列表控制和过滤。
◆发射功率可调。
◆具备SSID广播使能控制功能。
◆恶意AP检测。
◆设备软件重启，硬件复位。
◆分离式天线可以适应连接高增益的天线，以便让高传输质量的信号覆盖更大的范围或传输更远的距离，或在干扰较大的电磁环境中使用。
◆高低温稳定性显著，可以用在全球各种极端气候条件下。
◆适应多种电源供电模式，应用范围广泛。
二、规格说明
技术标准
以太网标准
IEEE802.3/IEEE802.3u
无线标准
IEEE802.11na/IEEE802.11ng
Full/Halfduplexmode
以太网接口
10/100Base-TCompatible
RF特性
RF频段
2.4GHz
5GHz
US/Canada
2.412-2.462GHz
5.15-5.35GHz/5.75-5.85GHz
GHzEurope
2.412-2.472GHz
5.15-5.35GHz/5.47-5.725GHz
GHzJapan
2.412-2.4835GHz
4.9-5.0GHz/5.15-5.35GHz
RF调制
DSSS:
CCK/DQPSK/DBPSK
OFDM:
/BPSK/QPSK/16QAM/64QAM
数据速率
802.11nHT20:
max,72.2Mbps@MCS7：
1Nssmax,144.4Mbps@MCS15：
2Nss
802.11nHT40:
max,150Mbps@MCS7：
1Nssmax,300Mbps@MCS15：
2Nss
接收机灵敏度
11nHT20
11nHT40
2.4GHz
5GHz
2.4GHz
5GHz
DataRateSensitivity
Sensitivity
Sensitivity
Sensitivity
MCS0-95/-91dBm
-91/-87dBm
-96/-92dBm
-90/-86dBm
MCS1-94/-90dBm
-90/-86dBm
-95/-91dBm
-90/-86dBm
MCS2-92/-88dBm
-88/-84dBm
-93/-89dBm
-89/-85dBm
MCS3-88/-84dBm
-85/-81dBm
-90/-86dBm
-87/-82dBm
MCS4-85/-81dBm
-82/-78dBm
-87/-81dBm
-84/-79dBm
MCS5-81/-77dBm
-78/-74dBm
-83/-76dBm
-79/-75dBm
MCS6-80/-76dBm
-77/-73dBm
-81/-76dBm
-78/-74dBm
MCS7-77/-73dBm
-74/-70dBm
-79/-73dBm
-75/-71dBm
MCS8-94/-90dBm
-91/-87dBm
-95/-91dBm
-90/-86dBm
MCS9-92/-87dBm
-88/-84dBm
-93/-89dBm
-89/-85dBm
MCS10-89/-85dBm
-86/-82dBm
-90/-86dBm
-87/-83dBm
MCS11-86/-82dBm
-83/-79dBm
-87/-83dBm
-84/-80dBm
MCS12-83/-79dBm
-80/-76dBm
-84/-80dBm
-81/-77dBm
MCS13-78/-74dBm
-75/-71dBm
-79/-75dBm
-76/-72dBm
MCS14-77/-73dBm
-73/-69dBm
-77/-73dBm
-74/-68dBm
MCS15-74/-69dBm
-70/-66dBm
-75/-71dBm
-71/-67dBm
发射功率
2×100mW（max.）
网络特性
工作模式
AP
PointtoPoint/PointtoMulti-Point
AssociatedMaxClient:
200/eaAP
DHCPServer
SupportTCP/IP,IPX,NETBEUIProtocol
安全特性
WEPsecurity:
64/128/152bit
WPA/WPA2/AES/TKIP
MACfiltering
管理特性
专用管理软件
软件、硬件恢复出厂设置
硬件规格
尺寸
256×196×64mm
重量
1.5kg
电源
24VDC，支持POE供电
功耗
平均功耗7W；瞬间最大功耗10W
外部接口
网络接口：
1个10/100MbpsPOE电缆连接器射频接口:
2个N座
环境要求
环境防护
等级IP68
防雷
IEC61000-4-5/InstantSurge16KV
工作温度
-40℃~+60℃
储存温度
-50℃~+70℃
工作湿度
0%~100%非冷凝
2.2.5.2艾克9800CPE336T高性能室外无线网络终端
艾克9800CPE336T是一款高性能的室外无线网络远端设备。
其专门为企业或者运营级公共接入设计。
该产品适用于大范围或者高性能的无线网络接入应用场合，支持在2.4GHz的ISM免执照频段内高达150Mbps的传输速率。
9800CPE336T具有全天候防水防尘设计，结构设计精巧，体积小重量轻，非常便于架设。
也可以方便地根据信号的强度优化安装角度和位置，从而达到更高的性能。
一、主要特点和优势
◆兼容IEEE802.11n,IEEE802.11g,IEEE802.11b,IEEE802.3,IEEE802.3u国际技术标准
◆无需安装软件，即插即用
◆最高达150Mbps的传输速率可根据通信质量自适应调整.
◆支持WEP/WPA等多重国际安全标准
◆支持户外安装、壁挂以及桌面安装等多重安装方式◆内置高增益天线
◆支持PoE，安装简便
◆配合电信运营级AP，可以在半径3公里范围之内实现高性能无线宽带接入
二、规格说明
以太网标准
IEEE802.3,IEEE802.3u
无线标准
IEEE802.11bandIEEE802.11gIEEE802.11n
以太网接口
一个10/100M自适应网络接口
RF调制模式
IEEE802.11b:
DQPSK,DBPSK,DSSS,andCCK
IEEE802.11ng:
BPSK,QPSK,16QAM,64QAM,OFDM
RF频率范围
2400~2483.5MHz
RF频道数
11
数据速率
IEEE802.11b:
11,5.5,2,and1Mbps等
IEEE802.11ng:
6,24,48,54,72,150Mbps等
MAC协议
CSMA/CAwithACK
工作模式
CPE数据终端
UniversalRepeater通用中继器
天线增益
16dBi
安全算法
WEP/WPA/WPA2TKIP/AES
网络功能及协议
TCP/IP,PPPoE,DHCP,ICMP,NAT,SNTPFirewall,
IPaddressfiltering,MACaddressfiltering
支撑杆直径
Φ40~60mm（壁挂及室内安装附件需另外选配）
管理特性
Web管理
供电模式
12VDC支持PoE
外部接口
1个10/100Mbps防水RJ45接口
环境防护等级
IP65
工作温度
-20℃~50℃
储存温度
-40℃~70℃
工作湿度
10%-90%非冷凝
三、部分用户名单及成功案例
◆广东移动广州大学城无线覆盖项目
◆湖南常德移动公司改造项目
◆江苏移动无线网络覆盖工程
◆云南移动无
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