5.8GHz频段在无线城市Wi—Fi网络中的规划探讨

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【摘 要】目前我国正在迅速开展无线城市的建设，Wi-Fi技术是主要的实现手段之一。针对Wi-Fi频率现状，通过介绍5.8ghz频段在Wi-Fi网络中的应用，探讨了在多Wi-Fi网络共存情况下的频率分配思路和方法。

【关键词】无线城市 wi-fi 5.8GHz 频率规划 频率复用

1 前言

无线城市已经成为世界性的趋势，能将信息快速、多样、方便地传递给各个单位和个人，被称为城市的“第五公用基础设施”。我国正在加强无线城市建设力度，着力打造3G、Wi-Fi、下一代移动通信网相融合的无线宽带网络，为市民提供个性化、差异化、智能化的移动互联网服务，实现无线宽带业务在政务、商务、生产、生活等社会各领域的全面深入应用。

由于目前Wi-Fi网络使用的2.4GHz频段属于ISM频段，频率资源紧张、频率干扰等问题日益严重，Wi-Fi网络与“可控、可管、可扩、可信”的四可网络存在较大差距，因此2.4GHz和5.8GHz频段共同使用，是无线局域网频率分配的必然趋势。本文将对5.8GHz频段的技术特点以及干扰规避等方面进行详细探讨。

2 Wi-Fi频率现状

2.1 2.4GHz频段情况

我国目前的Wi-Fi应用主要是802.11b/g，采用2.4GHz频段（2.400～2.483 5GHz），属于ISM频段。2.4GHz频段可用带宽为83.5MHz，划分为13个信道，每个信道带宽为22MHz，采用时分复用模式，每个信道的中心频点为：fn=2 412+（n-1）×5MHz，n=1，2，3…13。

从图1可以看出，2.4GHz最多可以同时支持三组3个不重叠的信道（1/6/11、2/7/12、3/8/13）同时工作。

2.4GHz频段是世界范围内无需任何电信运营执照的免费频段，主要用于无线局域网、无线接入系统、蓝牙技术设备、点对点或点对多点扩频通信系统等各类无线电台站的共用频段。同时，2.4GHz频段在Wi-Fi系统内也会由于安装位置和工作频点分配等因素产生不同程度的干扰。理论上，2.4GHz频段只有3个完全不重叠的子信道，频率资源的紧张容易造成干扰。

根据实验室测试，AP（Access Point，无线访问接入点）使用频率存在干扰时，AP可开通，但会影响吞吐量和用户接入。在多AP部署的区域，同邻频干扰对数据吞吐量的影响非常大，若干情况下将出现用户无法接入的情况。目前国内运营商在2.4GHz频段都进行了大量的Wi-Fi部署，相当一部分热点都集中在相同的高数据业务需求区域，同一区域频率复用，系统间干扰难以避免。

从技术角度考虑，2.4GHz的应用受到了频率资源不足的限制，与当前用户宽带化、综合化的业务需求不匹配，需要寻找新的频率资源平台。

2.2 5.8GHz频段情况

5.8GHz频段（5.725～5.850GHz）作为点对点或点对多点扩频通信系统、高速无线局域网、宽带无线接入系统、蓝牙技术设备及车辆无线自动识别系统等无线电台站的共用频段，与2.4GHz频段相比在天线尺寸相同时增益较大、波束较窄、指向性较好，抗干扰能力稍好。

5.8GHz频段可用带宽为125MHz，每个信道带宽为20MHz，可划分为5个互不重叠的独立信道。

在无线城市中，目前Wi-Fi网络主流的标准为802.11b/g/n，其中802.11n是2009年IEEE正式批准的无线传输标准协议，同时可工作在2.4GHz和5.8GHz频段。作为目前主流的Wi-Fi技术标准，该协议可实现高带宽、高质量的无线接入服务，使无线局域网达到以太网的性能水平。

由于目前存在多运营商的Wi-Fi网络建设，为了提升系统性能，有必要通过合理的频率规划和协调进行干扰规避。

3 5.8GHz频率应用方案

3.1 5.8GHz频率需求分析

（1）从网络建设要求上看

运营级的网络必须是一个“四可”网络。由于2.4GHz频段为公共频段，除了三大运营商共同使用外，个人用户、企业用户等都可以自由使用，因此2.4GHz不是一个可控的频段，频率干扰无法避免，不能为用户提供一个稳定可靠的网络；而5.8GHz频段是统一分配管理的，可管可控。

（2）从802.11n设备使用需求上看

由于近年智能终端的发展，使得数据业务得到爆炸性的增长，因此需要使用更加先进的技术布网，以提升更高的吞吐量支持，而802.11n正好满足了需求。IEEE 802.11n与802.11b/g等主流标准最明显的提升就是实现高吞吐量，可达300～600Mbps。但是，获得高速率300Mbps的其中一个重要前提是40MHz信道宽度。

当前Wi-Fi网络使用的2.4GHz的ISM频段存在3个互不干扰的20MHz信道，只能容纳1个40MHz信道，因此在2.4GHz频段无法满足。如果要进行802.11n设备的批量部署，则必须使用5.8GHz频段对2.4GHz频段进行有效的补充。

（3）从面覆盖的要求上看

根据蜂窝通信网的原理，至少需要3个互不干扰的信道来组成蜂窝，才能满足重点地市大面积连续覆盖的需求。虽然2.4GHz频段有3个完全不重叠的信道，但由于使用者众多，无法保证蜂窝通信网的要求。因此，有必要在重要热点的5.8GHz频段增加至少3个频点进行有效的补充。蜂窝网络结构图如图2所示：

3.2 频率规划

对于目前无线城市的主要建设单位三大通信运营商而言，可采用频率协商各自组网、多SSID共建组网、热点相互漫游三种组网方式，实现共覆盖区域的Wi-Fi网络建设。这三种组网方式技术成熟、可靠，运营商可根据具体的建设场景来协商组网方案的选择，从而达到目标区域实现Wi-Fi覆盖的效果。其中，采用频率协商各自组网方案进行多网共建时，有必要进行合理的频率规划。

本方案建议5.8GHz频率划分为专用和共用两类频率来开展802.11n的频率分配。专用频率主要分配给用户数量多、业务量大的建设单位；共用频率则可以由所有有需求的建设单位共同使用。具体规划方案如图3和表1所示。5个信道的分配方式为：149（专用）、153（共用）、157（专用）、161（共用）、165（专用）。

3.3 频率分配与复用

5.8GHz具有5个不重叠信道，在实际的频率规划中，采用蜂窝覆盖的频率使用方案，相邻小区使用不同的信道频率来避免干扰，如图4所示。其中，1、2、3分别代表不同信道。

在多Wi-Fi网络共存组网的情况下，如果采用的是各自独立建网的方式，则必须进行合理的频率分配和复用，避免网络之间的频率干扰。下面将举例说明分配方案：

假设建设单位A使用频点1/2/4，建设单位B使用频点2/3/4，建设单位C使用频点2/4/5。对于多个建设单位同时覆盖同一热点的情况，如热点规模较小，可通过单个AP覆盖，每个建设单位可使用专用频点解决热点覆盖，如图5所示：

如热点规模较大，则可采用站址协调，统一AP/天线布放的站址、优化网络布局可实现三家建设单位无干扰覆盖，如图6所示。其中，A1表示建设单位A的频点1，B3表示建设单位B的频点3，以此类推；同一个蜂窝内的不同代码，代表三家建设单位各自使用的频点。

按照上述频率规划方案，在相同覆盖区域内，采用5.8GHz频段的多个Wi-Fi网络可最大限度规避同频同区域。

上文只进行了5.8GHz多方单独组网的探讨，如采用2.4GHz和5.8GHz频段混合组网的方式下，5.8GHz频段上有5个互不重叠的信道，再加上2.4GHz频段上的3个互不重叠的信道，这样便有8个可用的信道，在Wi-Fi组网频率规划时会更加灵活，可同时兼顾容量和质量两方面的要求。

4 结束语

本文对2.4GHz的频率使用现状进行分析，探讨使用5.8GHz频段作为Wi-Fi网络频率资源的有效补充，提出了一种5.8GHz频率在Wi-Fi多网共存情况下的频率分配方案。该方案遵循统一规划、合理开发、科学管理的无线电频率管理基本原则，通过专用+共用的频率分配方式，既体现了公平性，也充分利用了频率资源，可满足多个建设单位共存条件下的组网需求，适应社会信息化建设对频谱资源的需求。

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