WLAN干扰分析及抗干扰技术方案(抗干扰)

WLAN干扰分析及抗干扰技术方案研究院目录抗干扰技术方案WLAN干扰类型WLAN系统干扰技术原理分析WLAN系统特点概述GSMTD-SCDMALTEWLAN：11a/g/n频率占用方式LicenseLicenseLicenseUnlicense调制方式8PSK16QAMOFDMOFDM多址方式TDMACDMAOFDMACSMA中心接入点BTSNodeBeNodeBAP资源分配控制节点BSCRNCeNodeB无WLAN更早采用了较先进的OFDM调制方式来提升频谱利用率，但基于局域网方式的非电信蜂窝网络设计，具有许多不足：非专用频率频段：多WLAN设备，其他通信设备共存，频率资源无保障CSMA竞争接入信道资源，效率低：时分工作的方式使得同一时刻只能保证一个用户进行有效传输，多用户同时接入管理帧与数据帧同时传输，效率低无信道类型划分：控制帧与数据帧混传，控制帧开销较大无线资源管理能力弱：有中心接入点AP，但无统一无线资源分配节点，无固定上下行信道划分，造成不同于蜂窝网中的上下行竞争导致干扰更为严重WLAN与蜂窝网对比WLAN传输机制TimeDIFSContentionWindowPLCPHeaderSIFSACK16usdataFrame34us，用来检测信道状态随机退避，可根据链路情况调整，避免设备同时竞争产生冲突单个用户数据包传输过程AP与终端是平等的，对于AP、终端都遵循此过程多用户传输机制示意载波监听CSMA：发送前监听载波，判断信道是否可用，在DIFS时长内，检测信道空闲，判断此时信道可用冲突避免CA：在发送数据前，需要根据竞争窗设置随机退避等待一段时间；重传时，竞争窗设置拉大WLAN干扰来源于冲突与退避，干扰又加剧了冲突与退避：多个设备同时传输造成空口碰撞时，接收端无法正常解析报文，发送端重传退避使得空闲等待时长拉长，降低信道占用率载波监听：干扰评估过程CCA(clearchannelassessment)：WLAN设备在发送数据之前，通过信号能量检测与特征检测相结合判断信道是否被占用，根据标准规定如侦测到为WLAN信号，判决门限：-82dBm如未检测出WLAN信号，判决门限：-62dBm隐藏节点：多见于终端与终端间对于STA1，如在SH区域内存在同频设备STA2，由于STA1、STA2互相无法侦听到发出的信号，误以为信道空闲两终端同时发送，引起冲突，即对AP产生干扰暴露节点：多见于AP与AP之间对于AP1、AP2，如在SE区域存在可互相感知AP设备，AP1正在传输，AP2将误以为信道不可用而此时实际情况，AP2与STA2可以互相通信SH区域载波监听带来的干扰问题WLAN干扰检测作为载波监听的基本机制，实际就是通过底层持续地监听空口信号判定否占用信道，而此过程本身的不准确即会造成干扰SE区域随机退避机制：避免干扰为避免多个节点在发现信道空闲后，同时发送数据而造成冲突，802.11采用了二进制随机退避算法来实现退避，回退值与CW设置相关CW（竞争窗口）时间会在[0，CW-1]之间选择一个随机数，并乘以Slottime（9us）回退算法：CW为CWmax与CWmin的采用二进制回退算法CWmax=CWmin*2^(n-1)取值：CWmax最大不超过1024，CWmin最小值为32随机退避为缓解干扰，也带来了干扰的开销多节点业务并发时，随机退避效率较低，造成干扰严重，系统吞吐量下降用户数增多，随机退避到同一时刻竞争的概率增大，造成冲突概率变高CW取值而会随着碰撞而指数倍放大，退避增多造成多用户或多AP共存时网络整体吞吐量的下降单AP20用户吞吐量较10用户下降30%！目录抗干扰技术方案WLAN干扰类型分类WLAN系统干扰技术原理分析WLAN干扰类型分类系统内干扰系统外干扰同频干扰：1、6、11同频点工作WLAN设备邻频干扰：交叉频点配置WLAN设备蜂窝网干扰：主要为TD-S/LTEE频段干扰其他设备干扰:微波炉、无绳电话、蓝牙等两AP吞吐量之和22.318.318.418.221.141.7051015202530354045123456AP2信道号吞吐量(Mbps)干扰源干扰源在AP附近吞吐率（Mbps）干扰源在终端附近吞吐率（Mbps）无干扰有干扰无干扰有干扰4dBm蓝牙信号86685040微波炉87409025干扰不仅导致原AP吞吐量下降明显，总吞吐量也呈下降趋势，说明整体信道利用率降低影响与同频干扰类似，共享信道容量，但由于CCA判决机制，干扰程度更高蓝牙系统性能下降约20%，微波炉下降50%以上施工时注意，AP天线位置远离以上各类干扰源WLAN与现有GSM网络、TD网络，以及未来LTE网络共址或者合路，产生杂散干扰，其中尤以2.3GHz频段LTE对WLAN的干扰尤为严重E频段已合路的其它系统基站WLANAP插损约6～10dBPo=27dBm123端口间隔离度80dB以上即可主要干扰目录抗干扰技术方案WLAN干扰类型分类WLAN系统干扰技术原理分析WLAN抗干扰方案WLAN抗干扰方案隐藏终端多设备竞争导致传输效率低暴露终端WLAN干扰问题微波炉、无绳电话、蓝牙干扰CCA检测门限优化动态功率控制动态信道调整DIFS/竞争窗优化RTS-CTS机制现有常规优化手段由于WLAN技术特点决定，WLAN系统的抗干扰性能较弱，除传统工程优化手段以外，可从检测及退避角度进行优化避免被其他WLAN设备干扰：AP侧扫描各信道占用率、信号场强等情况，并考虑整网的信道分布，选择工作在质量好的信道AP切换工作信道后，会造成正在工作的用户断线动态信道调整WLAN常规抗干扰技术TPC产品支持现状：目前产品通过协议静态方式可设置当前AP下的STA对大最大发射功率通过action字段实现的方式目前并不支持目的方案支持情况下行：AP侧功控控制AP间可见程度静态调整：检测同频AP，并调整功率已实现，企标已要求控制AP对STA发送功率AP自调整：通过上行接收包强度及下行发送情况，调整部分厂家已实现，拟纳入企标要求协议动态方式：TPC通过action字段，由终端配合调整未实现*上行：终端侧功控控制对AP发送功率协议静态方式：TPC通过Beacon或ProbeResponseAssociationResponse下发STA最大功率值已实现，现网未明确配置协议动态方式：TPC通过action字段扩展未实现注：cisco私有CCX协议可支持该功能动态功率控制隐藏终端避免：RTS-CTS机制性能1个802.11NSTA@屏蔽房1个802.11nSTA@现网环境32个802.11nSTA@屏蔽房32个802.11nSTA@现网环境RTS保护58Mbps47Mbps46Mbps31Mbps无RTS保护60Mbps38Mbps37Mbps27MbpsRTS/CTS机制：在发送数据报文之前，使用RTS/CTS交互，进行信道的预约，以短包的形式对其他节点说明了信道的占用时，避免碰撞功能开启需求：要求AP、终端均支持参数设置：触发RTS开启包长门限，目前默认值为2347bytes，参照此设置，大多数包传输时将不会开启RTS-CTS机制，造成无法避免隐藏终端问题RTS-CTS机制示意RTS-CTS可缓解隐藏终端干扰及大数据传输的碰撞影响，多用户、大包传输时开启，现网初测可提升15-24%（终端数不同）在用户间干扰较少的环境，采用RTS-CTS保护会增加了信令开销，系统性能略有降低在多用户或多同频AP场景下，由于碰撞概率比较大，采用RTS保护能够有效的减小碰撞几率引入握手机制，避免干扰AP与终端虽均支持RTS-CTS功能，但参数设置不合理，导致无实际效果AP侧建仪配置RTS-CTS门限参数为1500下阶段将推动终端侧RTS-CTS门限优化避免暴露终端影响：动态CCA调整调整CCA门限：在干扰环境下，通过AP根据对无线环境的检测，可适当调高CCA门限即使同信道上有其他AP或终端在发送信号，AP仍然发送数据，只要此信号可达到解调的SNR要求，就可完成正常通信，以降低暴露终端影响时，避免碰撞功能开启需求：要求AP/AC软件功能开发、升级初始AP持续向STA传输数据，信号强度良好采用干扰信号源（AP观测-75dBm）制造持续的噪声，在开始的几秒钟内，由于CCA起作用，性能明显下降但几秒钟后，干扰消除机制生效，吞吐率恢复动态检测门限调整，优化检测性能动态CCA调整效果模拟下阶段将开展动态CCA门限调整的产品开发及试验测试监听到AP2退避优化：竞争管理和竞争压制通过调整帧间隔时间DIFS、SIFS、CWmin、CWmax、Ack等待时间等，避免同频干扰802.11e的WMM功能就采用了此种思想，即通过AIFS、CWmin、CWmax等参数的调整，达到增加信道竞争能力在AP上配置Client的QoS参数，在Beacon中通过字段来通告当前WLAN的QoS参数功能开启需求：要求AP/AC、终端均支持STA在收到Beacon帧中通告的QoS参数，终端根据此值更新相应参数理论上说AIFS、CWmin、CWmax越小，对信道的竞争能力越强注：调整过小可能加重竞争退避AIFS值=2时，ping包效果最优CWmin/CWmax值越小，Ping包效果越好优化退避参数，增强信道抢占能力，提升退避效率退避参数调整效果模拟抗干扰方案总结抗干扰技术方案方案应用条件应用场景动态功率调整AP侧功控：仅需AP支持终端侧功控：AP、终端需改造目前主要在布网初期，规划网络覆盖与频点配置时使用动态信道调整AP支持RTS-CTS参数优化：AP、终端支持，并配置合理门