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思科wlan无线传输距离损耗计算


传播模型分析

徐露 Mobile Wireless Product & Solution Team luxu@cisco.com

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tial

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WiFi覆盖环境
? 室内环境 ? 室外环境
–视距覆盖 –非视距覆盖

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室内环境传播模型

? ITU-R室内路径损耗
–L = 路径损耗.单位:(dB). –f = 工作频率 作频率. 单位:(MHz). –d = 距离. 单位:(m). –N = 10*n( PLE. 10*n(衰减因子)即 ) PLE –n = 接受和发送终端之间的楼层. –Pf(n) = 楼层穿透因子系数

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室内环境传播模型
? n取值参考
–全开放环境:2.0~2.5 –半开放环境:2.5~3.0 –较封闭环境:3.0~3.5 –隧道环境:1.6~1.8

? 楼层穿透因子参考 楼层穿透因子参考(n=1 1 为本楼层) )
–半开放区域:6 + 3(n-1) –较封闭区域:15 + 4(n-1) –5.8G的楼层穿透因子为16(只适合同层传播)

? 简化公式为同层的传播模型则表达式为:(半开放环境) ? 2.4G PathLoss(dB)=40+10*n*logD(m)+6=46+10*n*logD(m) ? 5.8G PathLoss(dB)=40+10*n*logD(m)+16=56+10*n*logD(m)

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室内环境传播模型
? 2.4G室内半开放空间衰减:
–20m:PL=46+ 10 * 2.6 * log20 =79.8dB –40m:PL=46+ 10 * 2.6 * log40 =87.6dB

? 5.8G室内半开放空间衰减:
–20m:PL=56+ 10 * 2.6 * log20 =89.8dB –40m:PL=56+ 10 * 2.6 * log40 =97.6dB

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室外环境传播模型
? WLAN在室外环境
–覆盖模型 ?2.4GHz/5.8G视距 ?2.4GHz非视距 –回传模型 ?5.8GHz视距 ?5.8GHz非视距

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覆盖模型
? 视距覆盖模型(2.4G)
–WiFi覆盖的距离有限,一般覆盖点之间间隔在300米左右 –室外近似视距衰减覆盖模型一般采用公式如下:(PLE=2.6) PL=42.6+26*log(d)+20*log(f) ?PL = 路径损耗.单位:(dB). ?f = 工作频率. 单位:(MHz). ?d = 距离 离. 单位:(km). –2.4G PL=42.6+67.6+26*log(d)=110+26*log(d) ?100m:PL=110+ 26 * log0.1 =85dB 26 * * log0.2 l 0 1 =92dB 85dB ?200m:PL=110+ 26

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覆盖模型
? 非视距覆盖模型(2.4GHz)COST231-Hata扩展

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覆盖模型
? 非视距覆盖模型(2.4GHz)COST231-Hata扩展
–参数 ?基站发射功率:27dBm 基站发射功率 ?基站天线:5dBi ? ?客户端发射功率:17dBm ?客户端天线:5dBi ?基站天线高度:10m ?客户端高度:2m –距离参考 ?24Mbps 113m ?6Mbps 153m ?1Mbps 172m
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覆盖模型
? 5.8G室外视距回传
–WiFi Mesh和RAP可以间隔较远,间隔距离可以超过 1000m,MAP点和MAP点一般间隔在300m左右。 –室外视距近似衰减覆盖模型一般采用公式如下:(PLE=2.6) PL=32.4+26*log(d)+20*log(f) PL 32 4 26*l (d) 20*l (f) ?PL = 路径损耗.单位:(dB). ?f 工作频率. 单位:(MHz). f = 工作频率 :(MHz) ?d = 距离. 单位:(km). –5.8G PL=32.4+75.3+26*log(d)=108+26*log(d) ?300m:PL=108+ 26 * log0.1 =94dB ?600m:PL=108+ 26 * log0.2 =102dB

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覆盖模型
? 5.8G非视距回 传 COST231-Hata扩展

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2.4G材质损耗
2.4 GHz Path Loss Glass Window (non tinted) Wooden Door Cubicles Dry Wall Marble Brick Wall Concrete Wall 玻璃窗(无色) 木门 小卧室 清水墙(岩石) 大理石 砖墙 混凝土墙 2 dB 3 dB 3-5 dB 4 dB 5 dB 8 dB 10-15 dB

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5.8G材质损耗
5.8 GHz Path Loss 典型的内墙 PVC plate Gypsum plate Plywood Gypsum wall Gypsum wall Rough chipboard Veneer board Glass plate 6.2cm Sound proof door 典型的外墙 Double-glazed window Concrete block wall 双面窗体 混凝土墙 11.7dB 11.7dB PVC板 石膏板 三合板 石膏墙 硬纸板(表面粗糙) 胶合板 玻璃板 6.2cm隔音门 0.6dB 0.7dB 0.9dB 3.0dB 3 0dB 2.0dB 2.0dB 2.5dB 3.6dB

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WiFi覆盖场强计算方法

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计算公式
? Pr[dB]=Pt[dB]+Gt[dB]-PL[dB]+Gr[dB]
–Pr[dB]为接受电平 –Pt[dB]为最大发射功率 –Gr[dB]为接收天线增益 –Gt[dB]为发射天线增益 –PL[dB]为路径损耗

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思科室内/室外Mesh/AP计算参数
? 室外Mesh(1242)
–2.4G ?AP侧发射功率27dBm ?天线增益5dBi(天线可根据需求更换) –5.8G ?AP侧发射功率17dBm ?天线增益8dBi (天线可根据需求更换)

? 终端发射功率设定为10dBm,天线增益为2dBi ? 1242视距用户侧接受电平(2.4G)
–100m距离接受电平:Pr=27+5-85+2=-51dBm –200m距离接受电平:Pr=27+5-92+2=-58dBm

? 1242视距接受电平(2.4G)
–100m距离接受电平:Pr=10+2-85+5=-67dBm –200m Pr=10+2-92+5=-75dBm 200 距离接受电平:P 10 2 75dB
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思科室内/室外Mesh/AP计算参数
? 室内Mesh(1242)
–2.4G ?AP侧发射功率20dBm ?天线增益2.2dBi(天线可根据需求更换) –5.8G ?AP侧发射功率17dBm ?天线增益3.5dBi (天线可根据需求更换)

? 终端发射功率设定为10dBm,天线增益为2dBi ? 1242室内半开放环境用户侧接受电平(2.4G)
–20m距离接受电平:Pr=20+2.2-79.8+2=-55.6dBm –40m距离接受电平:Pr=20+2.2-87.6+2=-63.4dB

? 1242室内半开放环境接受电平(2.4G)
–20m距离接受电平:Pr=10+2-79.8+2.2=-65.6dBm –40m距离接受电平: 距离接受电平 Pr=10+2-87.6+2.2=-73.4dBm 87 6 2 2
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思科室内/室外Mesh/AP计算参数
? 室内Mesh(1131)
–2.4G ?AP侧发射功率20dBm ?天线增益3dBi(天线可根据需求更换) –5.8G ?AP侧发射功率17dBm ?天线增益4.5dBi (天线可根据需求更换) ? 终端发射功率设定为10dBm,天线增益为2dBi ? 1131室内半开放环境用户侧接受电平(2.4G)
–20m距离接受电平:Pr=20+3-79.8+2=-56.4dBm –40m Pr=20+3-87.6+2=-64.2dB 40 距离接受电平:P 20+3 64 2dB

? 1131室内半开放环境接受电平(2.4G)
–20m距离接受电平:Pr=10+3-79.8+2.2=-66.4dBm –40m距离接受电平:Pr=10+3-87.6+2.2=-74.2dBm
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思科室内/室外Mesh/AP计算参数
? 室外Mesh(1520)
–2.4G ?AP侧发射功率27dBm ?天线增益5dBi(天线可根据需求更换) –5.8G ? 侧发射功率22dBm ?AP ?天线增益8dBi (天线可根据需求更换)

? 终端发射功率设定为10dBm,天线增益为2dBi
? 1520视距用户侧接受电平(2.4G)
–100m距离接受电平:Pr=27+5-85+2=-51dBm –200m距离接受电平:Pr=27+5-92+2=-58dBm

? 1520视距接受电平(2.4G)
–100m距离接受电平:Pr=10+2-85+5=-67dBm –200m距离接受电平:Pr=10+2-92+5=-75dBm

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Receiver Sensitivities with Single Antenna for 11b/g & 11a Rx sensitivity is improved up to
11g OFDM
Data Rate Rx Sensitivity 54 Mbps -80 dBm dB 18 Mbps -90 dBm 6 Mbps -91 dBm dB
4.5 dB when using 3 receive antennas compared to one antenna

Compared to AP1510: ? 7 dB better @ 54 Mbps ? 4 dB better @ 18 Mbps
15
dBm

11b DSSS
Data Rate Rx Sensitivity 11 Mbps -92 dBm 5.5 Mbps -95 dBm 1 Mbps -96 dBm

Signal 5 Noise 1000 0 Hz

11a OFDM
Data Rate Rx Sensitivity 54 18 Mbps Mbps -73 dBm
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6 Mbps -91 dBm

Compared to AP1510: ? 4 dB better @ 11 Mbps ? 5 dB better @ 5.5 Mbps ? 2 dB better @ Mbps All Sensitivities are @ ? 10% PER ? 1000 bytes Packet
20

-86 dBm

Rx Sensitivity will not degrade more than 2 Db @1% PER
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SNR Deployment Practices
? AP1510 Backhaul Data Rate LinkSNR Requirements
? ? ? ? ? ? Data RATE , MinSNR + Fade Margin = Required LinkSNR (good Link) 06Mbps 5dB + FM = 14dB 6dB 7dB 9dB 13dB 17dB 21dB 24dB + + + + + + + FM FM FM FM FM FM FM = = = = = = = 15dB 16dB 18dB 22dB 26dB 30dB 33dB

09Mbps 12Mbps 18Mbps 24Mbps ? 36Mbps ? 48Mbps ? 54Mbps

? Typical Fade Margin is ~9-10dB. ? We do not recommend going above 24Mbps as the SNR requirements will not make distances practical. ? 18 & 24 Mbps of data rate require similar SNRs to decode ? Since 24Mbps offers more throughput, it makes sense to use 24Mbps

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大功率AP探讨

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大功率AP探讨
? 功放基本原理 ? 适合运营商的AP部署

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功放基本原理

功率检测

收发切换电路

LN

定向耦合器

A N

BPF 带通滤波器

RX 到无线收发器 收发切换开关 TX 到天线

PA

收发切换开关

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所谓原生大功率AP的神话?
? H3C的原生功放号称完全集成在AP内部,信号经过数字处理后 直接进行放大。 ? 下面是标准的芯片厂商WiFi套片

功放位置

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三家主流的WiFi芯片供应商
包含了PA和LNA
天线 接口 天线 接口

最大发射功率 17~18dBm 17 18dB

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三家主流的WiFi芯片供应商
包含了PA和LNA
天线 接口

天线 接口 接口

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三家主流的WiFi芯片供应商
天线 接口 天线 接口

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真正适合运营商的AP部署-室外
? 覆盖距离 上行链路预算决定小区范围
多天线技术可有效提高小区覆盖范围 上行链路预算决定小区范围 MRC(最大结合比) 系统的MAC层处理能力 高处理能力AP+无线控制器共同分担MAC层处理 无线终端接入的调制方式 多天线技术提升调制机制 同频小区信道的信道共享 多天线技术无需增加AP发射功率(MRC/BF) 轻量级AP的RRM技术 提供空间复用能力 的 MIMO空间多任务技术
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? 网络容量

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真正适合运营商的AP部署-室外
? 复杂的射频部署环境
更好的克服并利用多经环境 多 天线平衡网络上下行链路预算

? 网络实时及非实时应用体 验 提高无线网络容量 降低
无线网络时延

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真正适合运营商的AP部署-室内分布系统

AP直接覆盖

AP加功放覆盖

?对于增加功放后的室分系统而言,虽然下行链路预算提高了但是其覆盖范围仍然受到终端的发 射功率限制即上行受限系统,因此满足可接受的覆盖效果的主要需求是WiFi终端通过室分系统 到达功放天线接口的信号强度不得低于-75dBm。 ?由于1242 AP的接受灵敏度可以到达-96dBm所以虽然功放具备较高的上行增益,但是如果覆 盖区域的2.4G带内噪音接近-98dBm,那么对于1242而言功放的上行增益实际上并没有意义。
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思科1242接受灵敏度及速率参考

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学校宿舍环境无线部署

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学校宿舍典型结构
窗户

隔墙

厕所 宿舍门

隔墙 入室信号

楼道

入室信号

入室信号

入室信号

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学校宿舍典型结构
入室信号

窗户

隔墙 隔墙

厕所 宿舍门(金属) 窗户

走廊 入室信号 入室信号

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部署示例-福州工程学院

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部署示例-北京人文大学

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宿舍环境无线部署考虑
? 高密度用户环境覆盖
–用户接入速率选择 ?尽量采用802.11g的速率调制 方式 –系统容量 ?CCA( (clear channel assessment)信道空闲指示 ? 同频干扰 ?Duty Cycle (占空比)? 信 道利用率 –AP AP功率调节 ?降低AP间同频干扰 –客户端功率调节 ?降低同频小区终端的干扰

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802.11a Data Rate

信号强度 (10% PER) -88dBm -87dBm -86dBm -85dBm -82dBm -79dBm -74dBm -73dBm 信躁比 (10% PER) 2 5 5.5 7.5 10.5 12.5 17 19
39

用户接入速率选择
? 信躁比 ? 信号强度

6 9 12 18 24 36 48 54

802.11g Data Rate 6 6 9 12 18 24 36 48 54
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信号强度 (10% PER) -91dBm -85dBm -83dBm -81dBm -78dBm -74dBm -73dBm -73dBm

Data Rate 6 9 12 18 24 36 48 54

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