浅谈WLAN干扰与抗干扰技术

91LAB网络实验室2021-06-06 10:30:59

浅谈WLAN干扰与抗干扰技术

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)。

图1 2.4G频段信道划分示意图

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。

图2 学生公寓的AP部署信道排列图

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。

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3所示:

图3 2.4G信号的频谱掩码

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),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

n 自身的同频干扰

n 自身的邻频干扰

来自外部的干扰

n WLAN干扰

n 非WLAN干扰

二、 无线干扰的避免和消减

1. 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、调整AP的信道和功率、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。

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。

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。

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。

图4 采用信道复用后,AP的覆盖效果以及不同距离内的吞吐性能对比

4. 报文发送速率调整;

报文发送速率调整就是动态计算每个报文发送速率。H3C AP能够针对每个Client每次发送报文或重传报文时,都会考虑Client的信号强度、历史发送信息等,动态计算当前报文合适的发送速率。当发送失败时,可以根据不同环境采用不同的速率调整算法。例如,高密度部署环境下,当采用高速率导致报文发送失败时,不会采用非常低的速率来重发报文。这是由于高密度环境下,报文发送失败一般是由报文冲突引起的,采用非常低的发送报文时,只会导致发送报文的空口时长变长,影响的范围更大,从而导致更大可能的冲突,引起其他AP也进一步降低发送速率,使得整个网络处于低性能状态。而只采用高速率重传,即使多次发送不成功,也可以利用上层的重传机制,最终不影响上层应用的可用性。

5. 逐包功率控制;

逐包功率控制的目的在于减少同频AP之间的干扰。H3C AP在发送每个报文时,都会根据Client的RF状态调整当前报文的发送功率。逐包功率控制能够最大程度减小信号发送影响的范围,还能同时保证AP的覆盖范围。

6. 智能负载均衡技术;

智能负载均衡技术不同于简单的负载均衡技术,无线控制器会根据Client的位置进行判断,只有处于两个AP重叠区域的Client才启动均衡,让其Client接入到负载轻的AP上。智能负载均衡能够减轻单个AP的负荷,从而降低这个AP下各个Client的冲突比例。

7. 降低低质量用户的影响。

因用户所使用网卡的差异(或者所处位置等其他差异),同一AP下各用户的表现往往也有差异,常会出现个别用户的速率非常低的情况。如果某AP下存在一个高速率用户,一个低速率用户,则由于两个人抢到的空口机会差不多相等,导致高速率每次快速发完自己的数据后都要等待低速用户慢腾腾地发完它的数据。所以高速率用户的性能受到了低速率用户的很大制约。因此通过抑制低速率用户占用的空口时间,降低其对空口的影响,从而提高整个网络的吞吐性能。

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