WLAN干擾分析及抗干擾技術(shù)方案(抗干擾)

WLAN干擾分析及抗干擾技術(shù)方案研究院目錄抗干擾技術(shù)方案WLAN干擾類型WLAN系統(tǒng)干擾技術(shù)原理分析WLAN系統(tǒng)特點(diǎn)概述GSMTD-SCDMALTEWLAN：11a/g/n頻率占用方式LicenseLicenseLicenseUnlicense調(diào)制方式8PSK16QAMOFDMOFDM多址方式TDMACDMAOFDMACSMA中心接入點(diǎn)BTSNodeBeNodeBAP資源分配控制節(jié)點(diǎn)BSCRNCeNodeB無WLAN更早采用了較先進(jìn)的OFDM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(jì)，具有許多不足：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CSMA競爭接入信道資源，效率低：時(shí)分工作的方式使得同一時(shí)刻只能保證一個(gè)用戶進(jìn)行有效傳輸，多用戶同時(shí)接入管理幀與數(shù)據(jù)幀同時(shí)傳輸，效率低無信道類型劃分：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：有中心接入點(diǎn)AP，但無統(tǒng)一無線資源分配節(jié)點(diǎn)，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(yán)重WLAN與蜂窩網(wǎng)對(duì)比WLAN傳輸機(jī)制TimeDIFSContentionWindowPLCPHeaderSIFSACK16usdataFrame34us，用來檢測信道狀態(tài)隨機(jī)退避，可根據(jù)鏈路情況調(diào)整，避免設(shè)備同時(shí)競爭產(chǎn)生沖突單個(gè)用戶數(shù)據(jù)包傳輸過程AP與終端是平等的，對(duì)于AP、終端都遵循此過程多用戶傳輸機(jī)制示意載波監(jiān)聽CSMA：發(fā)送前監(jiān)聽載波，判斷信道是否可用，在DIFS時(shí)長內(nèi)，檢測信道空閑，判斷此時(shí)信道可用沖突避免CA：在發(fā)送數(shù)據(jù)前，需要根據(jù)競爭窗設(shè)置隨機(jī)退避等待一段時(shí)間；重傳時(shí)，競爭窗設(shè)置拉大WLAN干擾來源于沖突與退避，干擾又加劇了沖突與退避：多個(gè)設(shè)備同時(shí)傳輸造成空口碰撞時(shí)，接收端無法正常解析報(bào)文，發(fā)送端重傳退避使得空閑等待時(shí)長拉長，降低信道占用率載波監(jiān)聽：干擾評(píng)估過程CCA(clearchannelassessment)：WLAN設(shè)備在發(fā)送數(shù)據(jù)之前，通過信號(hào)能量檢測與特征檢測相結(jié)合判斷信道是否被占用，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定如偵測到為WLAN信號(hào)，判決門限：-82dBm如未檢測出WLAN信號(hào)，判決門限：-62dBm隱藏節(jié)點(diǎn)：多見于終端與終端間對(duì)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(hào)，誤以為信道空閑兩終端同時(shí)發(fā)送，引起沖突，即對(duì)AP產(chǎn)生干擾暴露節(jié)點(diǎn)：多見于AP與AP之間對(duì)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(shí)實(shí)際情況，AP2與STA2可以互相通信SH區(qū)域載波監(jiān)聽帶來的干擾問題WLAN干擾檢測作為載波監(jiān)聽的基本機(jī)制，實(shí)際就是通過底層持續(xù)地監(jiān)聽空口信號(hào)判定否占用信道，而此過程本身的不準(zhǔn)確即會(huì)造成干擾SE區(qū)域隨機(jī)退避機(jī)制：避免干擾為避免多個(gè)節(jié)點(diǎn)在發(fā)現(xiàn)信道空閑后，同時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)而造成沖突，802.11采用了二進(jìn)制隨機(jī)退避算法來實(shí)現(xiàn)退避，回退值與CW設(shè)置相關(guān)CW（競爭窗口）時(shí)間會(huì)在[0，CW-1]之間選擇一個(gè)隨機(jī)數(shù)，并乘以Slottime（9us）回退算法：CW為CWmax與CWmin的采用二進(jìn)制回退算法CWmax=CWmin*2^(n-1)取值：CWmax最大不超過1024，CWmin最小值為32隨機(jī)退避為緩解干擾，也帶來了干擾的開銷多節(jié)點(diǎn)業(yè)務(wù)并發(fā)時(shí)，隨機(jī)退避效率較低，造成干擾嚴(yán)重，系統(tǒng)吞吐量下降用戶數(shù)增多，隨機(jī)退避到同一時(shí)刻競爭的概率增大，造成沖突概率變高CW取值而會(huì)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(shí)網(wǎng)絡(luò)整體吞吐量的下降單AP20用戶吞吐量較10用戶下降30%！目錄抗干擾技術(shù)方案WLAN干擾類型分類WLAN系統(tǒng)干擾技術(shù)原理分析WLAN干擾類型分類系統(tǒng)內(nèi)干擾系統(tǒng)外干擾同頻干擾：1、6、11同頻點(diǎn)工作WLAN設(shè)備鄰頻干擾：交叉頻點(diǎn)配置WLAN設(shè)備蜂窩網(wǎng)干擾：主要為TD-S/LTEE頻段干擾其他設(shè)備干擾:微波爐、無繩電話、藍(lán)牙等兩AP吞吐量之和22.318.318.418.221.141.7051015202530354045123456AP2信道號(hào)吞吐量(Mbps)干擾源干擾源在AP附近吞吐率（Mbps）干擾源在終端附近吞吐率（Mbps）無干擾有干擾無干擾有干擾4dBm藍(lán)牙信號(hào)86685040微波爐87409025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降低影響與同頻干擾類似，共享信道容量，但由于CCA判決機(jī)制，干擾程度更高藍(lán)牙系統(tǒng)性能下降約20%，微波爐下降50%以上施工時(shí)注意，AP天線位置遠(yuǎn)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(duì)WLAN的干擾尤為嚴(yán)重E頻段已合路的其它系統(tǒng)基站W(wǎng)LANAP插損約6～10dBPo=27dBm123端口間隔離度80dB以上即可主要干擾目錄抗干擾技術(shù)方案WLAN干擾類型分類WLAN系統(tǒng)干擾技術(shù)原理分析WLAN抗干擾方案WLAN抗干擾方案隱藏終端多設(shè)備競爭導(dǎo)致傳輸效率低暴露終端WLAN干擾問題微波爐、無繩電話、藍(lán)牙干擾CCA檢測門限優(yōu)化動(dòng)態(tài)功率控制動(dòng)態(tài)信道調(diào)整DIFS/競爭窗優(yōu)化RTS-CTS機(jī)制現(xiàn)有常規(guī)優(yōu)化手段由于WLAN技術(shù)特點(diǎn)決定，WLAN系統(tǒng)的抗干擾性能較弱，除傳統(tǒng)工程優(yōu)化手段以外，可從檢測及退避角度進(jìn)行優(yōu)化避免被其他WLAN設(shè)備干擾：AP側(cè)掃描各信道占用率、信號(hào)場強(qiáng)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(huì)造成正在工作的用戶斷線動(dòng)態(tài)信道調(diào)整WLAN常規(guī)抗干擾技術(shù)TPC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(duì)大最大發(fā)射功率通過action字段實(shí)現(xiàn)的方式目前并不支持目的方案支持情況下行：AP側(cè)功控控制AP間可見程度靜態(tài)調(diào)整：檢測同頻AP，并調(diào)整功率已實(shí)現(xiàn)，企標(biāo)已要求控制AP對(duì)STA發(fā)送功率AP自調(diào)整：通過上行接收包強(qiáng)度及下行發(fā)送情況，調(diào)整部分廠家已實(shí)現(xiàn)，擬納入企標(biāo)要求協(xié)議動(dòng)態(tài)方式：TPC通過action字段，由終端配合調(diào)整未實(shí)現(xiàn)*上行：終端側(cè)功控控制對(duì)AP發(fā)送功率協(xié)議靜態(tài)方式：TPC通過Beacon或ProbeResponseAssociationResponse下發(fā)STA最大功率值已實(shí)現(xiàn)，現(xiàn)網(wǎng)未明確配置協(xié)議動(dòng)態(tài)方式：TPC通過action字段擴(kuò)展未實(shí)現(xiàn)注：cisco私有CCX協(xié)議可支持該功能動(dòng)態(tài)功率控制隱藏終端避免：RTS-CTS機(jī)制性能1個(gè)802.11NSTA@屏蔽房1個(gè)802.11nSTA@現(xiàn)網(wǎng)環(huán)境32個(gè)802.11nSTA@屏蔽房32個(gè)802.11nSTA@現(xiàn)網(wǎng)環(huán)境RTS保護(hù)58Mbps47Mbps46Mbps31Mbps無RTS保護(hù)60Mbps38Mbps37Mbps27MbpsRTS/CTS機(jī)制：在發(fā)送數(shù)據(jù)報(bào)文之前，使用RTS/CTS交互，進(jìn)行信道的預(yù)約，以短包的形式對(duì)其他節(jié)點(diǎn)說明了信道的占用時(shí)，避免碰撞功能開啟需求：要求AP、終端均支持參數(shù)設(shè)置：觸發(fā)RTS開啟包長門限，目前默認(rèn)值為2347bytes，參照此設(shè)置，大多數(shù)包傳輸時(shí)將不會(huì)開啟RTS-CTS機(jī)制，造成無法避免隱藏終端問題RTS-CTS機(jī)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(shí)開啟，現(xiàn)網(wǎng)初測可提升15-24%（終端數(shù)不同）在用戶間干擾較少的環(huán)境，采用RTS-CTS保護(hù)會(huì)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(hù)能夠有效的減小碰撞幾率引入握手機(jī)制，避免干擾AP與終端雖均支持RTS-CTS功能，但參數(shù)設(shè)置不合理，導(dǎo)致無實(shí)際效果AP側(cè)建儀配置RTS-CTS門限參數(shù)為1500下階段將推動(dòng)終端側(cè)RTS-CTS門限優(yōu)化避免暴露終端影響：動(dòng)態(tài)CCA調(diào)整調(diào)整CCA門限：在干擾環(huán)境下，通過AP根據(jù)對(duì)無線環(huán)境的檢測，可適當(dāng)調(diào)高CCA門限即使同信道上有其他AP或終端在發(fā)送信號(hào)，AP仍然發(fā)送數(shù)據(jù)，只要此信號(hào)可達(dá)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時(shí)，避免碰撞功能開啟需求：要求AP/AC軟件功能開發(fā)、升級(jí)初始AP持續(xù)向STA傳輸數(shù)據(jù)，信號(hào)強(qiáng)度良好采用干擾信號(hào)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(jī)制生效，吞吐率恢復(fù)動(dòng)態(tài)檢測門限調(diào)整，優(yōu)化檢測性能動(dòng)態(tài)CCA調(diào)整效果模擬下階段將開展動(dòng)態(tài)CCA門限調(diào)整的產(chǎn)品開發(fā)及試驗(yàn)測試監(jiān)聽到AP2退避優(yōu)化：競爭管理和競爭壓制通過調(diào)整幀間隔時(shí)間DIFS、SIFS、CWmin、CWmax、Ack等待時(shí)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(dá)到增加信道競爭能力在AP上配置Client的QoS參數(shù)，在Beacon中通過字段來通告當(dāng)前WLAN的QoS參數(shù)功能開啟需求：要求AP/AC、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(duì)信道的競爭能力越強(qiáng)注：調(diào)整過小可能加重競爭退避AIFS值=2時(shí)，ping包效果最優(yōu)CWmin/CWmax值越小，Ping包效果越好優(yōu)化退避參數(shù)，增強(qiáng)信道搶占能力，提升退避效率退避參數(shù)調(diào)整效果模擬抗干擾方案總結(jié)抗干擾技術(shù)方案方案應(yīng)用條件應(yīng)用場景動(dòng)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(diǎn)配置時(shí)使用動(dòng)態(tài)信道調(diào)整AP支持RTS-CTS參數(shù)優(yōu)化：AP、終端支持，并配置合理門