【《室内WiFi覆盖的增强方案分析概述》4300字】

附录室内WiFi覆盖的增强方案分析概述目录TOC\o"1-3"\h\u1764室内WiFi覆盖的增强方案分析概述 023071.1基于金属反射镜提高WiFi室内覆盖的方案 0325821.2基于Ad+Hoc室内wifi覆盖的增强方案 2326481.1.1Ad+hoc多跳网络树形拓扑结构 227691.1.2避免IP冲突 2259181.1.3终端使用 3163331.1.4室内信号源布局 357681.3基于可见光通信WiFi覆盖的增强方案 4131391.3.1VLC-WiFi异构形网络整体架构 5157311.4基于UWB脉冲转换中继的室内WiFi覆盖方案 6针对目前WiFi信号室内覆盖不足的问题，目前可采用的方法包括基于金属反射镜的室内信号增强方法，该方法利用了金属反射镜对射频信号反射能力，能够用于较小的房间户型。此外，基于无线路由器的Ad+hoc的组网方法，以及基于VLC的异构组网，则能够通过增加信号源的方式，从根本上解决室内信号的覆盖问题，能够用于更大的房屋户型。1.1基于金属反射镜提高WiFi室内覆盖的方案目前，5GHz频段信号在WiFi领域的应用大幅改善了网络拥堵、速度变慢、信号弱、掉线等情况。相较于1.4GHz频段信号，5GHz信号衰减很大，穿墙能力也比较差，只适用于室内小范围覆盖，基于无源反射镜的室内信号增强方法主要用于5G频段信号在室内的应用。图2-1基于反射镜的非视距信号增强方式基于无源反射镜的室内信号覆盖方法是参照了雷达信号反射功率的增强措施，其技术方案如图2-1所示，信号传输路径是一个L型的走廊，包括d1和d2两个部分。由于受到房间和墙体的限制，信号从输出点（TX）到接收点（RX），其功率必然受到衰减。反射镜的应用，即利用了电磁波在传递过程中遇到各种物体时，会发生折射、散射等情况。因此在O点设置一个铜质反射镜即可增强走廊d2段的辐射功率，从而增强RX点的信号接入功率。这里，首先假设一个公寓型住房环境，如图2-2所示，信号线缆的接入点通常位于房屋入口的一侧底部，可以配置入户光纤、网线和WiFi信号设备。信号在室内的传输主要受到墙体的阻隔，同时常用的装修材料，例如木质和玻璃幕墙都会造成WiFi信号的误差，从而导致部分空间WiFi信号功率值有限。对于图2-2所示的小户型环境，无需采用有源器件对信号进行放大，反射镜的应用即利用了雷达波反射截面积的原理，借助黄铜材质的的反射镜增强电磁波信号的反射，以减少障碍物对电磁信号的衰减，但是需要注意的是，金属反射镜终究是无源器材，无法从根本上解决信号覆盖的问题。当室内环境过大时，反射镜无法全面改善室内的信号覆盖。图2-2基于金属反射镜的室内WiFi信号覆盖方案如图2-2所示，信号的输出源，即TX端通常位于信号盒内，信号的传输将因距离和障碍物的影响，在室内的拐角位置信号覆盖功率将有限，当RX位于拐角处时，其信号接入功率将受限，所采用的方法即在室内的拐角位置配置反射镜，以增强室内的信号覆盖。1.2基于Ad+Hoc室内wifi覆盖的增强方案Ad+hoc网络是一种特殊的无线通信组网方式，在这种网络中，所有信号结点地位平等，不设置中心控制结点。其各结点同时具备普通移动终端的功能和报文转发的功能，与当前常用的固定网络和移动网络相比，它具有自组网、无中心、多跳路由和动态拓扑等特点。随着时代的发展，网络需要覆盖的面积越来越大，网络需要铺设的应用场景越来越复杂，单一热点的WiFi网络无法满足需求、此时，可以通过适当地增加WiFi热点的数量，组成多跳WiFi网络，从而增大WiFi覆盖面积，应用到更多场景。1.1.1Ad+hoc多跳网络树形拓扑结构现有的无线路由器都具两种工作模式，分别是AP模式和STA模式，他们都是兼容的。当无线路由器在STA模式下工作时，能够检测到其他热点设备，并连接，同时还能在AP模式下用作热点广播，接收外来无线信号的接入。通过STA和AP相结合的STA+AP模式，可以实现无线路由器的手动配置或自动扫描方式接收无线信号，再打开自身AP热点，作为热点进行广播，以此循环，构成树形拓扑结构，如图2-3所示。

图2-3Ad+hoc网络的树形拓扑结构1.1.2避免IP冲突在使用Ad+hoc多跳网络时，配置时需要注意系统中有多个路由节点。配置前需要对各个路由节点的IP地址进行合理分配，避免重，从而出现IP地址冲突的情况，导致系统无法正常使用。在使用时，无线路由器需要接收上一层AP热点输出的无线信号，在热点开启时，其IP地址需避开上一层路由节点AP所在的网段，以防止直连路由节点间的IP地址冲突情况。不仅是直连路由器，非直连的路由节点间的IP地址也会出现冲突的情况，该情况可通过设置路由表进行处理，可避免IP发生冲突。1.1.3终端使用在网络中的计算机、手机等固定或移动的设备，在开机使用时，都会自主扫描周围可以用的信号接入源，并且这些终端都会选择信号功率最高的路由节点进行信号连接。当终端成功连接到路由器上，路由节点将主动为终端分配IP地址。当终端设备对附近进行扫描并发现附近存在路由节点输出的信号强度比当前路由节点的信号功率高，并且达到一定的数值时，会在终端设备通信空闲时，切换到信号更强的路由接入点。每个路由节点的路由表不是一直不变的，通常都有一个存活时间，计算机、手机等固定或移动的终端设备每发送一次数据，就会自动更新路由表中对应条目的存活时间。如果等待时间过长，且距离前一次数据交互时间超过了路由的规定的存活时间，那么路由表就会自动删除终端设备节点的路由选项，此时，如果其他终端设备向本终端设备发送的数据信息，将无法找到相应的路由而被丢弃。因此，为了防止数据的丢失，终端设备需要周期性地向路由节点发送空数据，用来维持路由的存活时间，避免数据的丢失。例如，协议中规定的接收者的ID号为0x00000000，这个接受者ID将作为终端设备的注册信息，这时路由节点会自动更新该终端设备的存活时间，与此同时还会向上一级传输，直到传输到顶层的路由节点，然后被丢弃。1.1.4室内信号源布局由于基于Ad+Hoc的室内信号覆盖扩展方法广泛使用了路由节点，即常用的无线路由器，这是一种有源器件，能够在中继的过程中，实现WiFi信号的功率放大，因此适用于较大的室内空间范围，同时该方案已经广泛应用于公共和办公环境，用于向用户提供稳定的数据接入服务。图2-5室内单WiFi中继布局图2-6WiFi中继配置方法图2-5给出了一种三室两厅的房间户型，本文以这一户型作为范例，来分析基于Ad+hoc的WiFi室内覆盖增强的解决方案。在近年来新构建的房屋户型中，房屋入口侧面下通常配备有一个金属盒内，而室内信号的接入就通过这个金属盒从而实现，室内信号的接入服务通常由移动、联通等供应商提供，随着电子集成技术的发展，现有的modem都配备有上变频模块，能够将基带信号转换为能够覆盖室内WiFi信号，在室内面积较小的情况下，单一的WiFi信号源即可实现对全屋的信号覆盖。但是在房屋面积这么大的情况下，仅靠房屋入口处的信号源，室内左右两侧空间因受到墙壁等障碍物的影响，导致室内信号覆盖存在盲点，鉴于此，可在房屋正门对面的阳台附近配置WiFi中继，如图2-5所示，目的在于增强卧室内信号覆盖。如果房间面积过大，房屋两侧信号覆盖必然受到影响，因此可根据需求，在正门两侧的走廊或次卧室内内设置WiFi中继设备，如图2-6所示，以增强左右两侧卧室信号覆盖功率。1.3基于可见光通信WiFi覆盖的增强方案目前，用户的要求越来越高，尤其是对室内无线信号接入的技术性能的要求，这就促使国内外科研工作者开始探索新技术。近年来，随着LED光源技术的发展，可见光通信（VLC）得到了国内外学者越来越多的关注。VLC在未来室内无线通信系统中具有一定的应用价值具，因为它具有传输速率高、不占用频谱资源、绿色安全等优点。但由于VLC采用的是视距传输方式，并且现实场景中普遍存在的遮挡干扰使VLC独立组网方面存在一定局限性，缺乏移动性支持。构建室内VLC-WiFi异构无线接入网的想法应运而生。因为WiFi网络具有较好的移动性，如果将WiFi网络其作为VLC网络的补充，不仅可提供高速的数据传输速率、较好的移动性支持，也有助于释放频谱空间。1.3.1VLC-WiFi异构形网络整体架构图2-7VLC-WiFi异构网络传输方案VLC-WiFi异构网络结构有四种方案，如图2-7所示。在室内环境下，下行数据的需求量远远大于上行数据的需求量、上行光信号链路会干扰视觉、VLC视距传输易受障碍物遮挡都是VLC-WiFi异构网络的特性。在方案一、二中，可以看出，存在视觉干扰等问题并且VLC上行链路方向性要求较高；在方案三中，下行链路的可靠性不能保证，下行链路中断，传输也中断。第四种方案更加适用于VLC-WiFi异构网络的室内应用，因为WiFi用在下行链路，可以用作VLC信号接入的补充，提供高速率的下行数据传输速率和无缝的信息接入体验。同时，有效解决了VLC上行链路视距传输和视觉干扰的问题。因此，选择方案四较为稳妥。图2-8VLC-WiFi异构网络系统架构室内VLC-WiFi异构网络系统由服务器、VLC基站、WiFi基站、移动终端（MT）、WiFi上行和下行链路以及VLC下行链路组成，基本架构如图2-8所示。链路的分配和信号接入切换决策由服务器主要负责；LED安装在屋顶，用于室内照明和信号输出；MT安装有光电检测器和WiFi收发器，上行链路仅使用WiFi信道，而下行链路同时使用VLC和WiFi信道。系统初始化过程如下：（1）MT通过WiFi信号入网；（2）MT监测VLC信道的可用情况，当VLC信道可用时，TM通过WiFi上行链路将接收信号强度（RSS）和VLC基站ID号发送给服务器；（3）服务器通过WiFi下行链路给MT分配VLC信道，TM连接到VLC网络。1.4基于UWB脉冲转换中继的室内WiFi覆盖方案UWB信号具有的技术优势，使得基于UWB信号的无线接入方案近年来被提出来，并且计划作为未来高速率室内信号接入的一种技术方案，近年来，光生UWB信号技术的发展使得基于UWB的信号接入成为可能，技术实现原理如图2-9所示。UWB信号远端产生及输出的系统方案分为三个部分，包括光纤传输部分、波形转换部分以及光电转换部分。光纤传输部分即光纤链路，截至现在来说光纤到户技术已经发展成熟，能够灵活安装部署在建筑物内，直接为用户提供高速信息接入；波形转换部分的关键部件为一个无隔离器的DFB半导体激光器和一个光学滤波器，用于实现UWB信号的产生和波形进一步处理；光电转换部分的核心组件为一个光电检测器（PD），用于实现信号的光电转换。图2-9UWB信号远端产生及输出系统方案基于图2-9所示的系统方案，光数字信号经光纤传输以后，在光纤远端经波形转换可以输出UWBmonocycle，doublet和trIPlet光信号波形，经PD转换即可输出UWB电信号，利用超宽带天线，就能够实现信号的室内接入。该系统在波形的选择上具有极高的灵活性，再者其核心器件是一个DFB半导体激光器，这种器件非常廉价，同时便于集成和模块化处理。目前，光纤到户技术的发展为基于UWB信号的接入技术奠定了硬件基础，即采用OPoF-UWBA的系统构造，仅在光纤远端配置UWB信号转换系统，直接输出UWB信号，由于UWB信号的覆盖范围约为10米，因此，单一信号源可覆盖约3