WLAN抗干扰分析

WLAN抗干扰分析

　　今天，WLAN已经不再仅仅是最初的一种简便的网络接入方式，企业的许多重要应用，诸如语音、视频、定位等服务都逐渐部署到无线网络上。即便是普通的网络访问，用户也是希望带宽越高越好。随着应用的增加，无线干扰问题对网络服务的质量影响日显突出

　　一、 无线干扰的分类和来源

　　无线干扰按照类型可划分为WLAN干扰和非WLAN干扰。WLAN干扰是指干扰源发送的RF信号也符合802.11标准，除此之外都是非WLAN干扰。对WLAN干扰，可进一步按照频率范围分为同频干扰和邻频干扰。按照来源划分，可分为WLAN网络自身的互干扰和网络外的干扰

　　1. WLAN网络自身的同频干扰

　　同频干扰是指两个工作在相同频率上的WLAN设备之间的相互干扰。WLAN工作ISM(Industry, Science and Medicine)频段，包括2.4G和5G两个频段。对某些国家或地区来说，仅有2.4G频段可用。在2.4G频段上，互不干扰的频段十分有限，通常只有1、6、11信道(如图1所示)。

　　因此，对一个大的WLAN网络来说，尤其是高密度部署的网络，同一信道常常需要被不同AP使用。而这些AP之间存在着重复区域时，就存在互相干扰问题。图2是一幅学生公寓的AP部署信道排列图，由于墙壁隔离度差，不仅同一层楼的同信道AP之间可见，上下楼层之间的同信道AP也存在互相干扰的情况。

　　同频AP之间如果可见，以802.11为基础的WLAN，空口是所有设备的公共传输媒介，两个AP之间将根据CSMA/CA原则，进行互相退避，这势必会大大降低性能，两个AP的总性能将不会超过一个信道的性能。

　　如果同频AP之间不可见但覆盖区域有交集，则对处于交集区域的Client而言可能会形成隐藏节点或暴露节点问题(如图3所示)。

　　隐藏节点和暴露节点会产生两个方面的问题，其一是报文发送时需要退避或不断重传;其二是由于报文重传时会降低报文发送的物理速率，导致同一AP的影响范围扩大，也使得报文发送占用更多的空口时长，冲突几率加大，引起更多的重传。

　　2.邻频干扰

　　根据802.11标准，RF信号发送时其频谱宽度有一定的要求。以2.4G为例，信号的频谱掩码如图4所示：

　　其发射频宽为22MHz，在距离中心频率11MHz之外时，要求衰减超过30dB。对任何WLAN发射机来说，在发射频宽之外，信号也不可能马上降低为0，而是逐渐衰减。如果两个中心频率不同的WLAN设备之间的发射频宽有重叠的部分，就会产生相互影响，形成了邻频干扰。即使对不重叠的相邻信道(如2.4G的1、6信道，11a的161、162信道)，如果两个设备之间距离过近且发送功率比较大，也会产生影响。

　　对一个WLAN网络来说，邻频干扰包括自身的邻频干扰和来自邻居网络的邻频干扰。WLAN网络应首先避免自身的邻频干扰，所有设备建议部署在不重叠的信道上，并且设备之间避免过近。对5G来说，相邻设备最好部署为不相邻的信道，完全避免相邻信道之间可能产生的干扰。

　　3.来自WLAN网络外部的干扰

　　来自WLAN网络外部的干扰也分为WLAN干扰和非WLAN干扰。WLAN干扰主要包括Rogue设备、邻居WLAN网络、Ad hoc网络等。WLAN工作在ISM频段，除了WLAN设备外，还有许多非WLAN设备也工作在该频段，如微波炉、无绳电话、蓝牙设备、无线摄像机、户外微波链路、无线游戏控制器、Zigbee、WiMax等等。非WLAN干扰源会干扰WLAN信号，导致WLAN信号无法被正确接收。还有一些非ISM频段上的设备会在ISM频段上产生射频信号泄露，当临近距离很近的情况下，会对WLAN设备形成干扰。如3G基站，当和WLAN共存于一个机架，或者共用室内馈路系统时。

　　总的来说，一个WLAN网络，影响它的干扰源可以从以下几个方面来考虑：

　　网络自身的干扰

　　自身的同频干扰

　　自身的邻频干扰

　　来自外部的干扰

　　WLAN干扰

二、无线干扰的检测

　　大型的WLAN网络一般采用瘦AP架构。对无线干扰的检测和消减既可以利用提供接入服务的AP来扫描，也可以通过专门的设备组成的网络来进行，甚至还可以配合专门的手持RF设备来进行干扰定位。后两者属于频谱分析的范围。手持RF设备的定位，一般适用于小的网络或小范围的精确定位。而大的网络，一般需要部署专门的网络来监控。这种专门的网络，其设备一般是处于Monitor状态的AP，或者是专门的Sensor。这些设备会将从空口监控到的数据发给服务器，进行分析、保存和处理。

　　专门的检测网络和提供接入的网络之间有两种协作方式，其一是相互独立方式，即检测网络的设备和接入网络的设备是由不同控制器管理的，二者无任何交互;另一种是集成方式，即检测网络的设备和接入网络的设备是由相同的控制器管理的，检测网络的服务器也能处理来自接入网络的AP的监控数据。集成方式的网络相比较独立方式的网络来说，具有能够统一管理、充分利用接入网络的资源、检测和定位方便等特点。

　　无线干扰的检测实际就是持续地监视空口信号。当空口信号能量超过一定值后，就进行FFT变换，并进一步输出给WLAN接收机和各种识别器(Classifier)，前者判断干扰是否为WLAN信号，并进一步分析MAC信息，后者判断非WLAN干扰源的类型(如图5所示)。

　　三、无线干扰的避免和消减

　　对无线干扰的避免和消减，目前有以下5种措施：

　　网络部署勘测和优化。即在部署网络时需要勘测部署环境、各种阻挡物的衰减系数、规划网络的应用服务、规划AP覆盖范围、选择AP安装位置、选择合适的发射天线等。没有良好的网络部署，很难达到最佳的网络性能。

　　RRM(射频资源管理)。即对整个网络中的各个AP进行功率优化和信道优化;

　　频谱分析;

　　信道复用;

　　频谱导航;即将双频用户尽量引导到5G频段上，降低2.4G上的负荷。5G上的非WLAN设备要相对少得多，信道数量多，能够获得非常好的性能。

　　1.RRM

　　RRM是WLAN网络的频谱资源管理模块，负责空口噪声、网络外的WLAN干扰、空口利用率，以及AP和Client的流量交互等信息的监控和分析，并根据这些信息动态调整AP的信道，选择最佳信道进行传输。信道调整必须进行整网考虑，并需要考虑对Client的影响最小。如图6所示，要覆盖的目标办公区外有两个其他网络的AP，分别工作在信道11和信道6上，则RRM能够根据空口扫描结果，将和它们临近的AP自动调整到其他非干扰信道上。

　　另一方面，RRM能够监控本网络中各个AP的邻居信息、Client的RF信息等，并根据这些信息动态调整每个AP的发送功率。当发现覆盖黑洞时，将加大发射功率;当发现同信道的邻居AP的信号强度高于一定程度时，将降低发送功率，从而降低相互干扰(如图7所示)。

　　2.频谱分析

　　频谱分析能够及时、全面地检测出来自周围环境的非WLAN干扰。当频谱分析检测到新的干扰时，将会发出告警，并显示干扰的类型、干扰的信道、干扰强度、占空比等信息，并可以进一步定位干扰所在位置，便于及时排除。频谱分析还能监控整个网络的空口性能的情况，并适时发出告警。

　　频谱分析和RRM结合，能够使得整个网络在无需人工介入的情况下，及时规避干扰信道，从而保证网络的可用性。

　　3.信道复用

　　在高密度部署的环境中，如宽敞的会议大厅、学生宿舍、图书馆等，AP部署密度比较高，常会导致同信道的AP之间可见，相互干扰严重。利用信道复用技术，可以进一步降低AP的覆盖范围，从而消弥相互干扰，提高信道重用程度。

　　信道复用实际上是提高AP的CCA门限并降低接收灵敏度。CCA，即信道空闲评估，是指WLAN芯片在向空口发射信号前需要评估信道是否为空闲。若为空闲，则在执行完冲突退避算法后就可以发送报文;若为忙，则需等待。接收灵敏度是指要求到达WLAN接收机的RF信号强度不能低于一定值，才能被正确接收。实际上，当RF信号强度低于接收灵敏度时，WLAN芯片将不启动接收动作。

　　当接收灵敏度降低时，将会缩小AP的覆盖范围，但同时能够忽略同信道的邻居AP信号，从而不影响各自范围内的接收。当提高CCA门限时，即使同信道的邻居AP在发送信号，只要信号强度不超过CCA门限，AP仍能够发送自己的信号。此时只要该信号到达Client处能够满足SNR(信噪比)要求，仍能被Client正确接收。

　　四、 其他无线干扰避免和消减措施

　　上述几种技术给WLAN网络性能能够带来非常大的性能改善，业界普遍都实现了这些技术特性。除了上述方法外，H3C公司还创新地实现了下述技术特点。这些技术特点从802.11报文传输或WLAN整网协调等细节上进一步完善整个网络，降低相互干扰，对提高WLAN网络性能也有很好的效果。这些技术特点包括：

　　报文发送速率调整;

　　逐包功率控制;

　　智能负载均衡技术;