WLAN干擾分析及抗干擾技術(shù)方案(抗干擾)

1、WLAN干擾分析及抗干擾技術(shù)方案研究院目錄目錄抗干擾技術(shù)方案抗干擾技術(shù)方案WLAN干擾類型干擾類型WLAN系統(tǒng)系統(tǒng)特點概述特點概述頻率占用方式LicenseLicenseLicenseUnlicense調(diào)制方式8PSK16QAMOFDMOFDM多址方式TDMACDMAOFDMACSMA中心接入點BTSNode BeNode BAP資源分配控制節(jié)點BSCRNCeNode B無WLANWLAN更早采用了較先進的更早采用了較先進的OFDMOFDM調(diào)制方式來提升頻譜利用率，但基于局域網(wǎng)方式的非電信蜂窩調(diào)制方式來提升頻譜利用率，但基于局域網(wǎng)方式的非電信蜂窩網(wǎng)絡(luò)設(shè)計，具有許多不足：網(wǎng)絡(luò)設(shè)計，具有許多不足：

2、非專用頻率頻段：非專用頻率頻段：多WLAN設(shè)備，其他通信設(shè)備共存，頻率資源無保障CSMACSMA競爭接入信道資源，效率低：競爭接入信道資源，效率低：時分工作的方式使得同一時刻只能保證一個用戶進行有效傳輸，多用戶同時接入管理幀與數(shù)據(jù)幀同時傳輸，效率低無信道類型劃分：無信道類型劃分：控制幀與數(shù)據(jù)幀混傳，控制幀開銷較大無線資源管理能力弱：無線資源管理能力弱：有中心接入點AP，但無統(tǒng)一無線資源分配節(jié)點，無固定上下行信道劃分，造成不同于蜂窩網(wǎng)中的上下行競爭導(dǎo)致干擾更為嚴重WLAN 與與蜂窩網(wǎng)對比蜂窩網(wǎng)對比WLAN傳輸機制傳輸機制TimeDIFSContention WindowPLCP HeaderSI

3、FSACK16usdata Frame34 us，用來，用來檢測檢測信道狀態(tài)信道狀態(tài)隨機退避，隨機退避，可根據(jù)鏈路情況調(diào)整，可根據(jù)鏈路情況調(diào)整，避免設(shè)備同時競爭產(chǎn)生沖突避免設(shè)備同時競爭產(chǎn)生沖突單個用戶數(shù)據(jù)包傳輸過單個用戶數(shù)據(jù)包傳輸過程程AP與終端是平等的，對于與終端是平等的，對于AP、終端都遵循此過程、終端都遵循此過程多用戶傳輸機制示意多用戶傳輸機制示意載波監(jiān)聽載波監(jiān)聽CSMA：發(fā)送前監(jiān)聽載波，判斷信道是否可用，在DIFS時長內(nèi)，檢測信道空閑，判斷此時信道可用沖突避免沖突避免CA：在發(fā)送數(shù)據(jù)前，需要根據(jù)競爭窗設(shè)置隨機退避等待一段時間；重傳時，競爭窗設(shè)置拉大WLAN干擾來源于沖突與退避，干擾又加

4、劇了沖突與退避：多個設(shè)備同時傳輸造成空口碰撞時，接收端無法正常解析報文，發(fā)送端重傳退避使得空閑等待時長拉長，降低信道占用率載波監(jiān)聽：干擾評估過程載波監(jiān)聽：干擾評估過程CCA (clear channel assessment) ：WLAN設(shè)備在發(fā)送數(shù)據(jù)之前，通過信號能量檢測與特征檢測相設(shè)備在發(fā)送數(shù)據(jù)之前，通過信號能量檢測與特征檢測相結(jié)合判斷信道是否被占用，結(jié)合判斷信道是否被占用，根據(jù)標準規(guī)定根據(jù)標準規(guī)定 如偵測到為如偵測到為WLAN信號，判決門限：信號，判決門限：-82dBm 如未檢測出如未檢測出WLAN信號，判決門限：信號，判決門限：-62dBm隱藏節(jié)點隱藏節(jié)點：多見于終端與終端間：多見于終

5、端與終端間對于STA1，如在SH區(qū)域內(nèi)存在同頻設(shè)備STA2，由于STA1、STA2互相無法偵聽到發(fā)出的信號，誤以為信道空閑誤以為信道空閑兩終端同時發(fā)送，引起沖突，即對AP產(chǎn)生干擾暴露節(jié)點暴露節(jié)點：多見于：多見于APAP與與APAP之間之間 對于AP1、AP2 ，如在SE區(qū)域存在可互相感知AP設(shè)備，AP1正在傳輸，AP2將誤以為信道不可用 而此時實際情況，AP2與STA2可以互相通信SH區(qū)域載載波波監(jiān)監(jiān)聽聽帶帶來來的的干干擾擾問問題題 WLAN干擾檢測作為載波監(jiān)聽的基本機制，實際就是通過底層持續(xù)地監(jiān)聽空口信號判定否占干擾檢測作為載波監(jiān)聽的基本機制，實際就是通過底層持續(xù)地監(jiān)聽空口信號判定否占用信道

6、，而此用信道，而此過程本身的不準確即會造成干擾過程本身的不準確即會造成干擾SE區(qū)域隨機退避機制：避免干擾隨機退避機制：避免干擾n為避免多個節(jié)點在發(fā)現(xiàn)信道空閑后，同時發(fā)送數(shù)據(jù)而造成沖突，為避免多個節(jié)點在發(fā)現(xiàn)信道空閑后，同時發(fā)送數(shù)據(jù)而造成沖突，802.11采用了二進制隨機退避算法采用了二進制隨機退避算法來實現(xiàn)退避，回退值與來實現(xiàn)退避，回退值與CW設(shè)置相關(guān)設(shè)置相關(guān)CW（競爭窗口）時間會在0，CW-1之間選擇一個隨機數(shù)，并乘以Slottime（9us）回退算法：CW為CWmax與CWmin的采用二進制回退算法CWmax = CWmin *2(n-1)取值：CWmax最大不超過1024，CWmin最小值

7、為32隨機退避為緩解干擾，也帶來了干擾的開銷隨機退避為緩解干擾，也帶來了干擾的開銷多節(jié)點業(yè)務(wù)并發(fā)時，隨機退避效率較低，造成干擾嚴重，系統(tǒng)吞吐量下降多節(jié)點業(yè)務(wù)并發(fā)時，隨機退避效率較低，造成干擾嚴重，系統(tǒng)吞吐量下降 用戶數(shù)增多，隨機退避到同一時刻競爭的概率增大，造成沖突概率變高 CW取值而會隨著碰撞而指數(shù)倍放大，退避增多造成多用戶或多AP共存時網(wǎng)絡(luò)整體吞吐量的下降目錄目錄抗干擾技術(shù)方案抗干擾技術(shù)方案WLANWLAN系統(tǒng)干擾技術(shù)原理分析系統(tǒng)干擾技術(shù)原理分析WLAN干擾類型分類干擾類型分類同頻干擾同頻干擾：1、6、11同頻點工作WLAN設(shè)備鄰頻干擾鄰頻干擾：交叉頻點配置WLAN設(shè)備蜂窩網(wǎng)干擾蜂窩網(wǎng)干擾

8、：主要為TD-S/LTE E頻段干擾其他設(shè)備干擾其他設(shè)備干擾:微波爐、無繩電話、藍牙等兩AP吞吐量之和22.318.318.418.221.141.7051015202530354045123456AP2信道號吞吐量(Mbps)干擾源干擾源干擾源在干擾源在APAP附近吞吐率附近吞吐率（MbpsMbps）干擾源在終端附近干擾源在終端附近 吞吐率吞吐率（MbpsMbps）無干擾無干擾有干擾有干擾無干擾無干擾有干擾有干擾4dBm4dBm藍牙藍牙信號信號8686686850504040微波爐微波爐8787404090902525干擾不僅導(dǎo)致原AP吞吐量下降明顯，總吞吐量也呈下降趨勢，說明整體信道利用率

9、降低影響與同頻干擾類似，共享信道容量，但由于CCA判決機制，干擾程度更高藍牙系統(tǒng)性能下降約20%，微波爐下降50%以上施工時注意，AP天線位置遠離以上各類干擾源WLAN與現(xiàn)有GSM網(wǎng)絡(luò)、TD網(wǎng)絡(luò)，以及未來LTE網(wǎng)絡(luò)共址或者合路，產(chǎn)生雜散干擾，其中尤以2.3GHz頻段LTE對WLAN的干擾尤為嚴重E頻段已合路的其它系統(tǒng)基站W(wǎng)LAN AP插損約610dBPo=27dBm123端口間隔離度80dB以上即可主要干擾主要干擾目錄目錄WLANWLAN干擾類型分類干擾類型分類WLANWLAN系統(tǒng)干擾技術(shù)原理分析系統(tǒng)干擾技術(shù)原理分析WLAN抗干擾方案抗干擾方案WLANWLAN抗干擾方案抗干擾方案隱藏終端多設(shè)備

10、競爭導(dǎo)致傳輸效率低暴露終端WLANWLAN干擾問題干擾問題微波爐、無繩電話、藍牙干擾CCACCA檢測門限優(yōu)化檢測門限優(yōu)化動態(tài)功率控制動態(tài)信道調(diào)整DIFS/DIFS/競爭窗優(yōu)化競爭窗優(yōu)化RTS-CTSRTS-CTS機制機制現(xiàn)有常規(guī)優(yōu)化手段現(xiàn)有常規(guī)優(yōu)化手段避免被其他避免被其他WLANWLAN設(shè)備干擾：設(shè)備干擾：AP側(cè)掃描各信道占用率、信號場強等情況，并考慮整網(wǎng)的信道分布，選擇工作在質(zhì)量好的信道AP切換工作信道后，會造成正在工作的用戶斷線切換工作信道后，會造成正在工作的用戶斷線WLAN常規(guī)抗干擾技術(shù)常規(guī)抗干擾技術(shù)TPC產(chǎn)品支持現(xiàn)狀：產(chǎn)品支持現(xiàn)狀： 目前產(chǎn)品通過協(xié)議靜態(tài)方式可設(shè)置當(dāng)前AP下的STA對大

11、最大發(fā)射功率 通過action字段實現(xiàn)的方式目前并不支持目的目的方案方案支持情況支持情況下行：下行：AP側(cè)功控側(cè)功控控制控制AP間可見程度間可見程度靜態(tài)調(diào)整：靜態(tài)調(diào)整：檢測同頻檢測同頻AP，并調(diào)整功率，并調(diào)整功率已實現(xiàn)，企標已要求已實現(xiàn)，企標已要求控制控制AP對對STA發(fā)送功率發(fā)送功率AP自調(diào)整：自調(diào)整：通過上行接收包強度及下行發(fā)送情況，通過上行接收包強度及下行發(fā)送情況，調(diào)整調(diào)整部分廠家已實現(xiàn)，擬納部分廠家已實現(xiàn)，擬納入企標要求入企標要求協(xié)議動態(tài)方式：協(xié)議動態(tài)方式：TPC通過通過action字段，由終端配合字段，由終端配合調(diào)整調(diào)整未實現(xiàn)未實現(xiàn)*上行：終端上行：終端側(cè)功控側(cè)功控控制對控制對AP發(fā)

12、送功率發(fā)送功率協(xié)議靜態(tài)方式：協(xié)議靜態(tài)方式：TPC通過通過Beacon或或Probe Response Association Response 下發(fā)下發(fā)STA最大最大功率值功率值已實現(xiàn)，現(xiàn)網(wǎng)未明確配已實現(xiàn)，現(xiàn)網(wǎng)未明確配置置協(xié)議動態(tài)方式：協(xié)議動態(tài)方式：TPC通過通過action字段擴展字段擴展未實現(xiàn)未實現(xiàn)注：注：cisco私有私有CCX協(xié)議可支協(xié)議可支持該功能持該功能隱藏終端避免：隱藏終端避免：RTS-CTS機制機制性能1個802.11N STA屏蔽房1個802.11n STA 現(xiàn)網(wǎng)環(huán)境32個 802.11n STA屏蔽房32個 802.11n STA現(xiàn)網(wǎng)環(huán)境RTS保護58Mbps47Mbps4

13、6Mbps31Mbps無RTS保護60Mbps38Mbps37Mbps27Mbps RTS/CTSRTS/CTS機制機制：在發(fā)送數(shù)據(jù)報文之前，使用RTS/CTS交互，進行信道的預(yù)約，以短包的形式對其他節(jié)點說明了信道的占用時，避免碰撞 功能開啟需求：功能開啟需求：要求APAP、終端、終端均支持 參數(shù)設(shè)置參數(shù)設(shè)置：觸發(fā)RTS開啟包長門限，目前默認值為2347bytes2347bytes，參照此設(shè)置，大多數(shù)包傳輸時將不會開啟RTS-CTS機制，造成無法避免隱藏終端問題RTS-CTS機制示意RTS-CTS可緩解隱藏終端干擾及大數(shù)據(jù)傳輸?shù)呐鲎灿绊?，多用戶、大包傳輸時開啟，現(xiàn)網(wǎng)初測可提升可緩解隱藏終端干擾

14、及大數(shù)據(jù)傳輸?shù)呐鲎灿绊?，多用戶、大包傳輸時開啟，現(xiàn)網(wǎng)初測可提升15-24%（終端數(shù)不同）終端數(shù)不同）在用戶間干擾較少的環(huán)境，采用RTS-CTS保護會增加了信令開銷，系統(tǒng)性能略有降低在多用戶或多同頻AP場景下，由于碰撞概率比較大，采用RTS保護能夠有效的減小碰撞幾率避免暴露終端影響：動態(tài)避免暴露終端影響：動態(tài)CCA調(diào)整調(diào)整n調(diào)整調(diào)整CCACCA門限：門限：在干擾環(huán)境下，通過AP根據(jù)對無線環(huán)境的檢測，可適當(dāng)調(diào)高CCA門限n即使同信道上有其他AP或終端在發(fā)送信號，AP仍然發(fā)送數(shù)據(jù)，只要此信號可達到解調(diào)的SNR要求，就可完成正常通信，以降低暴露終端影響降低暴露終端影響時，避免碰撞n功能開啟需求：功能開

15、啟需求：要求AP/AC軟件功能開發(fā)、升級軟件功能開發(fā)、升級 初始AP持續(xù)向STA傳輸數(shù)據(jù)，信號強度良好 采用干擾信號源（AP觀測-75dBm）制造持續(xù)的噪聲，在開始的幾秒鐘內(nèi)，由于CCA起作用，性能明顯下降 但幾秒鐘后，干擾消除機制生效，吞吐率恢復(fù)監(jiān)聽到AP2退避優(yōu)化：競爭管理和競爭壓制退避優(yōu)化：競爭管理和競爭壓制n通過調(diào)整幀間隔時間DIFS、SIFS、CWmin、CWmax、Ack等待時間等，避免同頻干擾802.11e的WMM功能就采用了此種思想，即通過AIFS、CWmin、CWmax等參數(shù)的調(diào)整，達到增加信道競爭能力n在AP上配置Client的QoS參數(shù)，在Beacon中通過字段來通告當(dāng)前

16、WLAN的QoS參數(shù)n功能開啟需求：功能開啟需求：要求AP/AC、終端、終端均支持 STA在收到Beacon幀中通告的QoS參數(shù)，終端根據(jù)此值更新相應(yīng)參數(shù) 理論上說AIFS、CWmin、CWmax越小，對信道的競爭能力越強 注：調(diào)整過小可能加重競爭退避AIFS值=2時，ping包效果最優(yōu)CWmin/CWmax值越小， Ping包效果越好抗干擾方案總結(jié)抗干擾方案總結(jié)抗干擾技術(shù)方案抗干擾技術(shù)方案方案應(yīng)用條件方案應(yīng)用條件應(yīng)用場景應(yīng)用場景動態(tài)功率調(diào)整AP側(cè)功控：僅需AP支持終端側(cè)功控：AP、終端需改造目前主要在布網(wǎng)初期，規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)覆蓋與頻點配置時使用動態(tài)信道調(diào)整AP支持RTS-CTS參數(shù)優(yōu)化：AP、終端支持，并配置合