一种民用飞机客舱wifi热点布置及信号传播覆盖方法与流程

本发明涉及民用航空通信技术，尤其涉及一种民用飞机客舱wifi热点布置及信号传播覆盖方法。
背景技术：
：随着无线保真wifi（WirelessFidelity）通信技术的普及与发展，在民用飞机客舱内提供wifi通信接入服务已成为航空运营商必要的服务项目，依然成为一种趋势。但是，民用飞机客舱属于一种特殊的应用环境，它会根据飞机的机体尺寸，客舱布局，载客数量等因素对wifi的通信质量有很大影响。因此，随着飞机型号的不同，客舱内wifi信号的均匀覆盖效果也会收到影响。为了能够提供稳定而均匀的wifi信号，在飞机客舱内部署wifi热点，保证信号均匀覆盖成为重要的技术手段之一。但是，随着拥有wifi功能的电子产品种类不断增加，乘客携带wifi网络移动终端的多样化以及乘客对客舱内wifi通信质量需求不断提高，目前全覆盖wifi热点布置优化方案已经相对成熟，但是难以满足飞机客舱这一特殊环境要求，一种情况是客舱内某些地方会出现盲点现象，导致wifi连接不畅；另一种情况是，客舱内某些地方移动网络终端会出现信道反复切换现象，这样不仅使用户体验较差，还会增加系统负担，带来不必要的故障。因此，基于上述情况，实现飞机客舱内wifi信号均匀覆盖有着实质性的意义。技术实现要素：鉴于现有技术状况和存在的问题，本发明提供一种民用飞机客舱wifi热点布置及其信号传播覆盖方法，可以为飞机客舱改装提供有效的技术支持。本发明所采取的技术方案是：一种民用飞机客舱wifi热点布置及信号传播覆盖方法，其特征在于，该方法包括：首先根据飞机客舱布局、飞机机体尺寸、载客数量计算飞机客舱热点安装数量；然后根据热点安装数量确定飞机客舱内热点安装位置；同时通过采取频率规划、限制接入速率、双频接入及信道调整多种方法并行减小信号干扰，使wifi信号传播均匀覆盖飞机客舱各个热点。本发明所述的计算飞机客舱热点安装数量则首先根据每个热点的连接速率和传输速率计算出每个热点的预算带宽，每个热点的预算带宽的算法公式为：每个热点的预算带宽=每个热点的连接速率*传输速率其次根据乘客总数和预设带宽计算总的预算带宽需求，其算法公式为：预算带宽=乘客总人数*每个热点的预算带宽*传输速率最后确认飞机客舱内需要安装的热点数量，其算法公式为：热点数量=预算带宽/每个热点的预算带宽。本发明所述的根据热点安装数量确定飞机客舱内热点安装位置，首先确定一个热点为安装基准点，通过机载wifi信号测试设备测量，在飞机客舱内不同位置测试，且不少于三个测试点，使wifi信号强度相差不超过±3%，使信号覆盖均匀；再根据基准热点确认第二个热点安装位置，若是需要安装多排热点，则分别测量两个相邻热点间的信号强度，判断是否存在相邻热点信号强度差，若是，则将调整除基准点外的其他热点的安装位置，直至客舱内全部位置得到至少一个热点的覆盖，若否，则确定该位置为热点安装位置。本发明所述的为避免2.4GHz频率干扰，采取对wifi进行频率规划并引入蜂窝结构，且两个相邻热点设置在不相迭代的信道上；采用信道CH1、信道CH6、信道CH11，三个信道重复使用；当网络容量需求很高或者频率复用率困难时，采用信道CH1、信道CH5、信道CH9、信道CH13，进行复用；同时采取控制热点的用户协议速率来限制用户接入，即禁止1、2、5.5、6、9、24Mb/S接入协议速率，这样在设备上以避免低速率的信号接入；采用2.4GHz和5.8GHz双频接入覆盖，将2.4GHz的信道接入终端转移到5.8GHz的信道上，减轻2.4GHz信道上的压力；通过信道动态调整使每个热点都分到最优的信道。本发明所产生的有益效果是：通过本方法可为现役飞机机载wifi设备改装，提供方案制定依据。本方法可适用不同型号民用飞机的客舱布局，节约飞机改装时间，降低成本。本方法是在不影响飞行安全的前提下为乘客提供更畅通、便捷的网络服务。附图说明图1为本发明提供的民用飞机客舱wifi热点布置及信号传播覆盖方法流程图；图2为本发明的具体实施方式中飞机客舱热点安装数量和热点安装位置示意图；图3为本发明的具体实施方式中飞机客舱内wifi安装架构设计图；图4、图5为本发明的具体实施方式中对wifi信道初始状态调整前和调整后示意图；图6、图7为本发明的具体实施方式中对wifi信道的动态分配调整前和调整后示意图。具体实施方式以下参照附图和实施例对本发明作进一步说明：1.飞机客舱wifi覆盖（以A330-300机型为例）不同机型在设计上有不同的差别，所以在WiFi覆盖设计上也有些不同。这里主要以空客A330-300为例。A330-300飞机采取两级客舱布局，机身长度是63.6米，高度是16.85米，客舱长度是50.35米，舱内顶部高度是2.2米，宽度是5.64米。飞机舱内的座位高度是1.4米，座位长度是1.5米。A330-300飞机的载客量在300人左右。实施流程如图1所示。2.飞机机体天线与舱内热点选择由于飞机大部分时间是在平流层飞行的，飞行速度大约均在每小时700～800千米之间，要和卫星完成实时信息传输的话，需要很短的反应时间。如果采用一般的全向天线的话，由于覆盖方向没有针对性，在和卫星进行数据传输时延迟时间会长一点。所以为了便于接收追踪并持续上传下载卫星信号，设计在飞机上安装一个可以360度旋转的极化天线及支架。相比于一般的全向天线，360度旋转极化天线的优点在于可以根据卫星的位置实时的调整方向，减少了延迟时间，方便随时传输。由于A330-300飞机属于中型飞机，载客量在300人左右，在舱内相对狭小的空间来说，如果机上乘客都同时上网的话，这样的负荷还是蛮大的。一方面为了满足乘客的上网体验，我们所设置的WiFi信号速率不能太低，另一方面，得考虑成本问题，不能盲目的增加带宽。为了满足乘客们的需求，必须保证机舱内的信号强度不低于最低要求。而且每个热点的容量有限，所以必须确定需要多少热点才能满足需求。如图2所示。WiFi每个热点的预算带宽可以按下列公式计算：每个热点的预算带宽=每个热点的连接速率*传输速率，传输速率一般为40%。在本实施例中选用的是基于卫星通讯的方式，虽然它的覆盖范围广泛，可实现全球漫游，但其缺点也较为明显——仅能提供窄带服务，通讯带宽仅有864Kbps，通常在飞机上仅能提供收发邮件，网页浏览等简单上网应用服务。部分美国航空公司推出全球高速(GX)航空网络，将有望实现网速达50Mbps的宽带通讯。这里综合技术以及用户体验等原因，将通讯带宽设置在2Mbps。预算带宽=300（乘客总人数）*2（设置带宽到2Mbps）*40%=240Mbps。单个热点实际带宽大约在40Mbps左右，所以可以确定机舱内至少需要安装6个热点才能满足需求。如图3所示。热点的安装方式：确定热点的安置位置，首先应该考虑的问题是信号均匀覆盖的问题。由于飞机内部存在路径损耗等问题，所以在计算信号覆盖强度时要把路径损耗考虑进去。通过相关软件的测量，接入点热点1和接入点热点2信号覆盖相交的地方其信号强度是一样的，同理，经过测量，其他相邻接入点信号覆盖相交的地方其信号强度也是大体相等的。然后在单个热点覆盖范围内选取多个测量点，测量各个点的信号强度，发现信号强度随着覆盖半径是单调递减的。所以在机舱内部基本做到了信号的均匀覆盖。机舱内路径损耗分析：主要包括路径损耗因子n、截距K和最小均方差（MMSE）。Friis定律对自由空间损耗的描述是：接收功率PTX是以自由空间距离d为变量的参数。表达式为：Prx（d）=PtxGtxGrx(λ/4πd）2------------（1）式(1)中：Ptx为发射天线的发射功率；Gtx为发射天线的增益；Grx为接收天线的天线增益；(λ/4πd）2为自由空间损耗因子。一般在计算实际测量数据路径损耗中，由于环境的限制不可能达到理想的自由空间的传输，通常利用表达式(2)来计算路径损耗参数：PLdB(d)=PLdB(d0)+10nLog10（d/d0）+ξd---------------(2)式（2）是根据收发天线之间的实际距离来计算路径损耗的，其中PLdB(d)为平均路径损耗，单位为dB；d为发射天线和接收天线之间的空间实际距离，单位为m；d0是参考距离，单位为m；PLdB(d0)是在参考距离d0=1米时的自由空间路径损耗，单位为dB；ξd是均值为0；n为路径损耗因子，以下表1是不同测量位置的参数统计表：表1量位置nKMMSE过道1.5258.441.73靠背1.7361.593.52桌板1.8360.143.31表1中：n为路径损耗因子、K为截距、MMSE为最小均方差。3.频率的重新规划由于2.4GHz是属于ISM频段无需申请的自由频率，因此会出现不同的运营商或者其他设备同时使用同一频点的情况，热点的前期环境测试尤为重要，直接关系到热点覆盖效果。为避免频率干扰，需进行频率规划，与移动通信网一样，为了扩大覆盖范围和提高频谱利用率，WiFi也必然需要引入蜂窝结构。同频干扰时无线通信组网中的主要干扰源，他会带来单个热点性能的下降。所以在频率重新规划时，要特别注意将两个相邻热点设置在不相迭代的信道上。以确保在增加热点数量的同时，网络容量也同比增加。在开始时或者优化时通过扫频设定频点，确保任意相邻区域使用无频率交叉的频道，一般采用信道CH1、CH6、CH11三个信道重复使用。在网络容量需求很高或者频率复用率困难时，可以选择信道CH1、CH5、CH9、CH13进行复用。4.限制接入速率2.4GHz频率下的WiFi信号具有13个信道，由于信道之间存在干扰，所以我们在使用过程中一般不会将13个信道全部使用。但是事实却是我们在连接过程中会有许多信道是没有用户接入的；这就导致了空口信道的产生。在一定程度上规避空口信道干扰。连续低速空口信号的接入影响空口信道使用质量，可以通过控制热点的用户协议速率来限制用户接入，即禁止1、2、5.5、6Mb/S、9、24Mb/S接入协议速率，这样就可以在设备上避免低速率的信号接入，在一定程度上规避空口信号干扰。5.采用双频接入采用2.4GHz和5.8GHz双频接入，解决同频干扰。由于2.4GHz频段下只有CH1、CH6、CH11三个频点互不干扰，我们一般只要采用这三个信道。可想而知，在同一地区大量布放热点组网，信道干扰是不可避免的，1、6、11信道会造成用户囤积，整个信道总会现实容量满额。而其他信道又由于频率重叠，干扰效应强。所以在做好频率规划的同时，通过对5.8GHz的频段进行优化补充。采用2.4GHz和5.8GHz双频进行覆盖，将2.4GHz的信道接入终端转移到5.8GHz的信道上，从而减轻2.4GHz信道上的压力，保证了2.4GHz的信道上的用户有效应用。所以在高密度的网络接入环境中，双频覆盖模式优化效果显著。6.热点的信道选择WiFi无线系统主要由接入控制器和热点组成。为了确保机舱信号覆盖面积，一般将热点放置于机舱顶部。由于机舱空间有限，相邻热点之间容易发生频率干扰，所以相邻热点要选择不同的信道。对于WiFi来说，信道是数据传输的关键，WiFi信道通常被划分为13个信道，而且信道之间都是相互重叠的，只有1、6、11这三个信道才是完全错开没有重叠的。两信道如果在频段上有重叠，覆盖在同一区域内的时候就会发生干扰。根据信道间隔与吞吐速率关系可知，当两个信道越相邻，其频谱重叠得越多，两者的干扰情况就会越严重。所以在机舱内我们选择不重叠的1、6、11信道。7.自动信道调整由于机舱是一个相对封闭、狭小的空间。机上的电子设备如：VOR（甚高频全向信标）、DME（测距机）、雷达等会对WiFi信号在不同方向上产生复杂的衰减现象。由于在2.4GHz这频段上存在太多的干扰源，会极大的影响热点的正常工作，导致机上乘客无法舒适的上网，通过动态信道调整可以保证每个热点都分到最优的信道，尽可能的避免了相邻信道的干扰，实现通信的持续进行。初始状态下信道自动调整：在热点建立服务之前，接入控制器将热点工作信道设置为自动信道。热点通过初始信道扫描、信道选择和配置两个过程去实现热点工作信道的设置。初始信道扫描过程中，通过热点监听周围环境中的信息，其中信息主要包括工作信道（CH）、信号强度（RSSI）等射频信息。通过读取周围环境的射频信息，收集各热点所使用的信道，然后在给热点选择适合的信道。如图4和图5所示。运行状态下的信道调整：对于已经接入的热点，主要采取动态信道分配（DCA）来调整热点的信道。在多重干扰存在下的WiFi环境中，信道动态调整主要通过处于工作状态下的热点进行实时的信道监控，实时的获取网络的射频环境信道，然后根据实际情况及时做出信道调整，尽可能的减少或者避免相邻信道的干扰。实时避开来自VOR、DME、机载雷达等设备的干扰，保证每个信道都分配到最优信道。如图6和图7所示。8.自动功率的调整在机舱整个无线网络运营过程中，不能单纯为了追求覆盖面积而将热点发射功率调到最大值，这样反而会导致对其他无线设备造成不必要的干扰。因此，需要选择一个综合覆盖面积问题以及系统容量的最佳功率。对于飞机无线网络运营环境进行实时的监控，根据实际情况，动态的分配热点的发射功率。当第一次运行时，热点使用最大功率，当在同一覆盖区域内增加了其他热点时，启动功率自动调节功能。9.负载均衡负载均衡主要目的是在wifi网络中平衡用户的负载，保证每个无线用户的性能和带宽。在飞机飞行过程中，客户连接某一台热点的客户端，接入控制器执行负载均衡。每台热点周期性的向接入控制器反馈客户端连接信息，由接入控制器来判定用户数量是否超过了额定限制值。如果没有，则此次连接将会通过，如果超过了限定值，那么接入控制器就会拒绝用户连接此台热点，而自动连接到下一台热点，保证了设备的合理利用率。当前第1页1 2 3