自适应波束赋形WLAN广域覆盖技术应用研究.ppt

中国移动科技创新成果推广材料,完成单位：中国移动肇庆分公司,成果名称：自适应波束赋形WLAN广域覆盖技术研究,01,成果研究类别：WLAN广域覆盖技术研究,省内评审结果：,成果专业类别：无线,成果内容及推广价值介绍,一、项目背景和意义 针对目前无线网络“两高两低”状况（高无线利用率和高数据业务量，对应低TD话务和低WLAN流量），必须尽快制定和实施2/3G业务资源优化配置策略，尽量让GSM高质量地承载话音业务，有目的地将数据业务向3G网络转移，减轻GSM网络容量的压力，利用3G网络提供广度覆盖，WLAN在3G网络基础上提供深度覆盖，共同助力无线城市建设。通过对智能AP的覆盖性能、干扰性能、容量性能等进行研究和测试，验证自适应波束赋形技术在无线城市广域覆盖应用中的可行性；结合典型场景数据，形成并智能AP覆盖建设规范、场景覆盖设计指导原则以及工程施工规范，为现网应用自适应智能AP提出指导意见和建议。,波束赋形概念,根据一定的最优准则导出的，常用的准则有：最小均方误差准则、最小二乘准则、最大信噪比准则和线性约束最小方差准则等。采用自适应算法，智能天线方向图没有固定的形状，随着信号及干扰而变化。,自适应波束赋形和算法,根据系统性能指标，形成对基带信号的最佳组合或者分配。具体地说，其主要任务是补偿无线传播过程中由空间损耗、多径效应等因素引入的信号衰落与失真，同时降低同信道用户间的干扰。,赋形增益公式推导,（1）发送模式：单天线发送信号S，忽略衰减，用户侧接收到信号的功率 为；n根天线发送信号S（Beam forming），忽略衰减，用户侧接收信号为nS，接收信号功率 为；因此，可推导出发送赋形增益为：,（2）接收模式：单天线同时接收信号S和噪声N，n根天线接收信号S和噪声N，波束赋形可使信号S耦合，信号功率 为；但噪声N 不能耦合，噪声功率 为。因此，可推导出接收赋形增益为（公式2）：,二、技术实现方案自适应波束赋形技术介绍,自适应波束赋形技术,SignalStrength,平均增加10dB的链路增益,优势覆盖范围更广更大的容量优秀的室内穿透性优秀的非视距能力优秀的抗干扰能力,研究方法及工具,测试方法信号强度：WirelessMon2.0 测试；下载速率：下载http:/电影，用DU Meter计算速率；Ping包时延：ping；Ping包丢包率：ping；测试软件WirelessMon2.0Airmagent WLAN 测试仪ChariotDU Meter,研究试点,研究试点：针对校园区域的数据业务需求高无线资源拥塞问题，将高数据业务量向低WLAN流量转移，提高WLAN 资源的利用率。充分利用现有的GSM、TD基站及直放站站址和配套设施，研究WLAN室外天线广域覆盖新模式，加快WLAN网络建设及业务推广分别采用一套WAION大功率AP设备对工商学院、交通学校，科技学院、供水局进行WLAN信号覆盖。传输方式：设备采用2M电路进行传输。,试点一：工商学院学生公寓6-13号楼信号覆盖和接入、下线成功率均良好，信号强度均在-60dBm左右，掉包率低于3%。；学生公寓5号楼、中心庭院及学院饭堂，信号较弱，但可以满足接入要求；,研究试点,试点二：交通学校学生宿舍和校门口信号覆盖和接入、下线成功率均良好，信号强度均在-60dBm左右，掉包率低于3%；其他楼层信号较弱，但可以满足接入要求；,实验试点,试点三：科技学院操场为信号强度最好的覆盖区域，各项网络质量测试都达到指标；在有信号楼层课室窗边和走廊测试信号-75dBm，丢包率低于3%，可以接入访问无线网络；但有楼层因被楼层阻挡完全搜索不到CMCC网络。,试点四：供水局供水局楼下信号强度良好，可以接入访问网络，Ping AC丢包率小于3%，网络质量测试达到指标；银都宾馆楼层仍然搜索不到CMCC网络；离覆盖区域远的地方接入困难，信号较不稳定。,成果一 WLAN室外智能AP工程施工规范（V1.0）规范WLAN室外智能AP工程实施，统一工程施工工作的技术标准和要求，从施工现场环境、设备安装、天线安装、线缆布放、电源设备安装、防雷接地等方面进行室外智能AP施工规范和标准的研究。,成果二 WLAN网络智能AP覆盖设计指导原则（V1.0）采用室外智能AP通过室外覆盖室内的方式完成重点区域的覆盖方案需要综合考虑AP链路预算、容量等内容。促进和指导使用室外智能AP进行WLAN网络热点规划及设计。,成果三 利用GSM/TD基站资源开展WLAN室外智能AP覆盖建设方案指南（V1.0）规范利用现有的GSM、TD基站及直放站站址和配套设施，开展WLAN无线宽带业务，实现原有投资的保护；方案规范分析共址关键点；分析WLAN与GSM、TD 基站共址的可行性；提出了共址安装建设方案。,成果四 自适应波束赋形WLAN广域覆盖技术性能研究报告 对自适应波束赋形技术应用于WLAN进行深入的性能分析研究，包括覆盖、容量、抗干扰和穿透性能等。理论与实测研究智能AP与普通AP、业界其他智能AP 的优劣。,三、技术方案的关键点、难点和创新点成果输出,WLAN网络智能AP覆盖设计指导原则（V1.0）,利用GSM/TD基站资源开展WLAN室外智能AP覆盖建设方案指南（V1.0）,自适应波束赋形WLAN广域覆盖技术性能研究报告,WLAN室外智能AP工程施工规范（V1.0）,自适应波束赋形WLAN广域覆盖技术应用研究,成果输出,成果一：WLAN室外智能AP工程施工规范（V1.0）,无线设备间距要求a.垂直方向，至少2米；b.水平方向，至少1米；电源设备安装要求（详见规范）五类线布放要求（详见规范）标签规范（详见规范）,智能AP安装要求与注意事项智能AP架设高度不能超过地面25米，AP距离房顶垂直至少2米；基站架设在楼顶侧面墙壁，AP距离铁塔或建筑物水平至少1米；对于小区覆盖而言，从室外透过封闭的混凝土墙进入室内的信号基本不可用，一般只考虑利用从门、窗入射的信号；定向智能AP（集成天线）采用水平和垂直抱管方式，AP可机械调节俯仰角，建议不超过15；智能AP周围沿主要覆盖方向不得有建筑物或大片金属物、树林等物体遮挡；用于安装AP的支架必须可靠的固定或安置在楼顶屋面上，防止大风吹落；,成果二：WLAN网络智能AP覆盖设计指导原则（V1.0）,室外智能AP应用场景规划 住宅小区应用环境 室外商业街应用 高层建筑（局部覆盖）应用 共用场所区域覆盖 宾馆酒店 大专院校和产业园,室外智能AP覆盖设计原则 室外与室内空旷区域总体宜以蜂窝状布局，包括水平方向与垂直方向，将信号均匀分布，控制每个AP天线覆盖区域的重叠区域。智能AP天线宜布放在高处，减少人员走动等环境变化对信号传播的影响，改善AP的接收性能。智能AP安装时若采用定向天线应确保天线主波束方向正对目标区域，保证良好的覆盖效果。智能AP天线安装位置确定应使信号在目标覆盖区内尽可能少穿透隔断，有穿透时与隔断垂直，从而尽可能减少信号衰减。智能AP天线安装位置需远离大功率电子设备，如微波炉、2.4GHZ无绳电话等。,WLAN链路预算,WLAN与其它系统干扰避免,成果三：利用GSM/TD基站资源开展WLAN室外智能AP覆盖建设方案指南,GSM、TD与WLAN 互相干扰分析,GSM、TD 基站资源可行性分析,电源可行性 传输资源可行性 安装空间可行性 防雷接地可行性,WLAN共址技术方案建议,共址基站天馈系统改造方案 共址基站WLAN 天线安装建议 WLAN 天线选用建议,定向天线的室外型智能AP 布放示意图,全向天线的室外型WLAN 布放示意图,成果四：自适应波束赋形WLAN广域覆盖技术性能研究报告,赋型增益的理论与测试研究自适应波束赋形WLAN技术场景应用、覆盖距离、容量、抗干扰、穿透性能验证场景应用与覆盖效果（覆盖距离与容量）智能AP对室分系统的干扰性能水平研究智能AP动态抗干扰技术研究智能定向天线穿透性能研究不同智能AP之间性能对比,测试1：智能AP对室分系统的干扰性能水平研究,表1：古塔大楼测试数据,表2：棠岗大楼测试数据,通过对两组测试数据的分析，在同时接收到较强的智能AP和室分系统信号的同一室内测试点，且让智能AP与室分系统工作于相同的频段，调节智能AP发射功率（从0递增到最大发射功率），室分系统的信号强度、下行速率等无线性能指标变化不大。实验结果表明，室外智能AP与室分系统之间相互干扰很小。,四、成果应用后主要效能分析（技术应用前后对比）,测试2：智能AP动态抗干扰技术研究,在相同的严重干扰环境，普通天线AP和智能天线AP在信号强度一致的情况下，两者上行和下行链路带宽差异较大，普通AP的带宽明显低于智能天线AP，两者相差3倍。实验数据说明，智能天线AP在干扰极强的环境下具体动态抗干扰优势。,测试3：智能定向天线穿透性能研究,9栋310室、10栋510室的数据较理想，下行速率均在5M以上，丢包率为0。9栋110室丢包率达25%，影响了用户业务使用。现场环境的分析，是由于宿舍楼前树木阻挡导致。3楼、5楼由于楼层相对较高，受树木的阻挡较小实验数据说明，智能AP具备优秀的室内穿透特性和深度非视距能力，对于2-3堵带窗户墙的场景，能满足室外覆盖室内方案的要求，但对树木的衰减较大。,测试4：智能AP和普通AP性能对比,由于采用了智能天线自适应波束赋形、SDMA技术，智能AP在覆盖范围、穿透能力、抗干扰等方面明显优于普通AP。,成果内容及推广价值介绍,五、项目推广方式建议,1、本项目通过将智能AP应用于多种典型场景的大量测试和分析，输出了自适应波束赋形WLAN广域覆盖技术性能研究报告，报告从动态抗干扰、穿透性能、和普通AP的对比等方面分析了智能AP的优势，验证了自适应波束赋形技术在无线城市广域覆盖应用中的可行性。2、本项目结合试点地市的多种典型场景数据，输出了利用GSM或TD基站资源开展WLAN室外智能AP覆盖建设方案指南、WLAN网络智能AP覆盖设计指导原则以及WLAN室外智能AP工程施工规范，为现网大规模应用自适应波束赋型智能AP提出指导意见和建议。3、本项目研究采用基于空间自适应波束赋形（Beamforming）的独特技术，可以实现视距及非视距远距离覆盖,该技术非常适合无线城市广域网络接入的应用，具有传统WLAN覆盖设备所不具备的优势，同时大范围的组网布设、安装、调试、管理维护较为简单，有利于节省整体成本投入和后期管理维护成本，该WLAN覆盖新模式可在全省乃至全国范围内推广。,成果内容及推广价值介绍,六、项目推广投资和软硬件需求,硬件购置设备清单,软件开发清单,谢 谢！,