WLAN抗干擾分析

一個(gè)沒有經(jīng)過仔細(xì)設(shè)計(jì)、部署和維護(hù)的WLAN網(wǎng)絡(luò)，其整體性能將會(huì)大打折扣，因此發(fā)現(xiàn)和解決干擾一直是伴隨WLAN發(fā)展的任務(wù)之一。

WLAN抗干擾分析

今天，WLAN已經(jīng)不再僅僅是最初的一種簡(jiǎn)便的網(wǎng)絡(luò)接入方式，企業(yè)的許多重要應(yīng)用，諸如語音、視頻、定位等服務(wù)都逐漸部署到無線網(wǎng)絡(luò)上。即便是普通的網(wǎng)絡(luò)訪問，用戶也是希望帶寬越高越好。隨著應(yīng)用的增加，無線干擾問題對(duì)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的質(zhì)量影響日顯突出

一、 無線干擾的分類和來源

無線干擾按照類型可劃分為WLAN干擾和非WLAN干擾。WLAN干擾是指干擾源發(fā)送的RF信號(hào)也符合802.11標(biāo)準(zhǔn)，除此之外都是非WLAN干擾。對(duì)WLAN干擾，可進(jìn)一步按照頻率范圍分為同頻干擾和鄰頻干擾。按照來源劃分，可分為WLAN網(wǎng)絡(luò)自身的互干擾和網(wǎng)絡(luò)外的干擾

1. WLAN網(wǎng)絡(luò)自身的同頻干擾

同頻干擾是指兩個(gè)工作在相同頻率上的WLAN設(shè)備之間的相互干擾。WLAN工作ISM(Industry, Science and Medicine)頻段，包括2.4G和5G兩個(gè)頻段。對(duì)某些國(guó)家或地區(qū)來說，僅有2.4G頻段可用。在2.4G頻段上，互不干擾的頻段十分有限，通常只有1、6、11信道(如圖1所示)。

因此，對(duì)一個(gè)大的WLAN網(wǎng)絡(luò)來說，尤其是高密度部署的網(wǎng)絡(luò)，同一信道常常需要被不同AP使用。而這些AP之間存在著重復(fù)區(qū)域時(shí)，就存在互相干擾問題。圖2是一幅學(xué)生公寓的AP部署信道排列圖，由于墻壁隔離度差，不僅同一層樓的同信道AP之間可見，上下樓層之間的同信道AP也存在互相干擾的情況。

同頻AP之間如果可見，以802.11為基礎(chǔ)的WLAN，空口是所有設(shè)備的公共傳輸媒介，兩個(gè)AP之間將根據(jù)CSMA/CA原則，進(jìn)行互相退避，這勢(shì)必會(huì)大大降低性能，兩個(gè)AP的總性能將不會(huì)超過一個(gè)信道的性能。

如果同頻AP之間不可見但覆蓋區(qū)域有交集，則對(duì)處于交集區(qū)域的Client而言可能會(huì)形成隱藏節(jié)點(diǎn)或暴露節(jié)點(diǎn)問題(如圖3所示)。

隱藏節(jié)點(diǎn)和暴露節(jié)點(diǎn)會(huì)產(chǎn)生兩個(gè)方面的問題，其一是報(bào)文發(fā)送時(shí)需要退避或不斷重傳;其二是由于報(bào)文重傳時(shí)會(huì)降低報(bào)文發(fā)送的物理速率，導(dǎo)致同一AP的影響范圍擴(kuò)大，也使得報(bào)文發(fā)送占用更多的空口時(shí)長(zhǎng)，沖突幾率加大，引起更多的重傳。

2.鄰頻干擾

根據(jù)802.11標(biāo)準(zhǔn)，RF信號(hào)發(fā)送時(shí)其頻譜寬度有一定的要求。以2.4G為例，信號(hào)的頻譜掩碼如圖4所示：

其發(fā)射頻寬為22MHz，在距離中心頻率11MHz之外時(shí)，要求衰減超過30dB。對(duì)任何WLAN發(fā)射機(jī)來說，在發(fā)射頻寬之外，信號(hào)也不可能馬上降低為0，而是逐漸衰減。如果兩個(gè)中心頻率不同的WLAN設(shè)備之間的發(fā)射頻寬有重疊的部分，就會(huì)產(chǎn)生相互影響，形成了鄰頻干擾。即使對(duì)不重疊的相鄰信道(如2.4G的1、6 信道，11a的161、162信道)，如果兩個(gè)設(shè)備之間距離過近且發(fā)送功率比較大，也會(huì)產(chǎn)生影響。

對(duì)一個(gè)WLAN網(wǎng)絡(luò)來說，鄰頻干擾包括自身的鄰頻干擾和來自鄰居網(wǎng)絡(luò)的鄰頻干擾。WLAN網(wǎng)絡(luò)應(yīng)首先避免自身的鄰頻干擾，所有設(shè)備建議部署在不重疊的信道上，并且設(shè)備之間避免過近。對(duì)5G來說，相鄰設(shè)備最好部署為不相鄰的信道，完全避免相鄰信道之間可能產(chǎn)生的干擾。

3.來自WLAN網(wǎng)絡(luò)外部的干擾

來自WLAN網(wǎng)絡(luò)外部的干擾也分為WLAN干擾和非WLAN干擾。WLAN干擾主要包括Rogue設(shè)備、鄰居WLAN網(wǎng)絡(luò)、Ad hoc網(wǎng)絡(luò)等。WLAN工作在ISM頻段，除了WLAN設(shè)備外，還有許多非WLAN設(shè)備也工作在該頻段，如微波爐、無繩電話、藍(lán)牙設(shè)備、無線攝像機(jī)、戶外微波鏈路、無線游戲控制器、Zigbee、WiMax等等。非WLAN干擾源會(huì)干擾WLAN信號(hào)，導(dǎo)致WLAN信號(hào)無法被正確接收。還有一些非ISM頻段上的設(shè)備會(huì)在ISM頻段上產(chǎn)生射頻信號(hào)泄露，當(dāng)臨近距離很近的情況下，會(huì)對(duì)WLAN設(shè)備形成干擾。如3G基站，當(dāng)和WLAN共存于一個(gè)機(jī)架，或者共用室內(nèi)饋路系統(tǒng)時(shí)。

總的來說，一個(gè)WLAN網(wǎng)絡(luò)，影響它的干擾源可以從以下幾個(gè)方面來考慮：

網(wǎng)絡(luò)自身的干擾

自身的同頻干擾

自身的鄰頻干擾

來自外部的干擾

二、無線干擾的檢測(cè)

大型的WLAN網(wǎng)絡(luò)一般采用瘦AP架構(gòu)。對(duì)無線干擾的檢測(cè)和消減既可以利用提供接入服務(wù)的AP來掃描，也可以通過專門的設(shè)備組成的網(wǎng)絡(luò)來進(jìn)行，甚至還可以配合專門的手持RF設(shè)備來進(jìn)行干擾定位。后兩者屬于頻譜分析的范圍。手持RF設(shè)備的定位，一般適用于小的網(wǎng)絡(luò)或小范圍的精確定位。而大的網(wǎng)絡(luò)，一般需要部署專門的網(wǎng)絡(luò)來監(jiān)控。這種專門的網(wǎng)絡(luò)，其設(shè)備一般是處于Monitor狀態(tài)的AP，或者是專門的Sensor。這些設(shè)備會(huì)將從空口監(jiān)控到的數(shù)據(jù)發(fā)給服務(wù)器，進(jìn)行分析、保存和處理。

專門的檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)和提供接入的網(wǎng)絡(luò)之間有兩種協(xié)作方式，其一是相互獨(dú)立方式，即檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備和接入網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備是由不同控制器管理的，二者無任何交互;另一種是集成方式，即檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備和接入網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備是由相同的控制器管理的，檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)器也能處理來自接入網(wǎng)絡(luò)的AP的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)。集成方式的網(wǎng)絡(luò)相比較獨(dú)立方式的網(wǎng)絡(luò)來說，具有能夠統(tǒng)一管理、充分利用接入網(wǎng)絡(luò)的資源、檢測(cè)和定位方便等特點(diǎn)。

無線干擾的檢測(cè)實(shí)際就是持續(xù)地監(jiān)視空口信號(hào)。當(dāng)空口信號(hào)能量超過一定值后，就進(jìn)行FFT變換，并進(jìn)一步輸出給WLAN接收機(jī)和各種識(shí)別器(Classifier)，前者判斷干擾是否為WLAN信號(hào)，并進(jìn)一步分析MAC信息，后者判斷非WLAN干擾源的類型(如圖5所示)。

三、無線干擾的避免和消減