WLAN干扰分析及抗干扰技术方案(抗干扰)

动态信道调整
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
隐藏终端避免：RTS-CTS机制
引入握手机制，避免干扰
• RTS/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
干扰源 干扰源在AP附近吞吐率 （Mbps） 无干扰 4dBm蓝牙 信号 微波炉 86 87 有干扰 68 40 干扰源在终端附近 吞吐率 （Mbps） 无干扰 50 90 有干扰 40 25
系 统 外 干 扰
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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
• 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

功能开启需求：要求AP/AC、终端均支持
退避参数调整效果模拟
AIFS值=2时，ping包效果最优
CWmin/CWmax值越小， Ping包效果越好
WLAN传输机制
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
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 DIFS
34 us，用来检测 信道状态
Contention Window
45 40 35 30 25 20 15 10 5 0
1
41.7
吞吐量(Mbps)
22.3 18.3 18.4 18.2
21.1
2
3 4 AP2信道号
5
6
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
蜂窝网干扰：主要为TD-S/LTE E频段干扰
其他设备干扰:微波炉、无绳电话、蓝牙等
退避优化：竞争管理和竞争压制
优化退避参数，增强信道抢占能力，提升退避效率
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
感 谢 聆 听！
载波监听：干扰评估过程
CCA (clear channel assessment) ：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
单AP 20用户吞吐量较10用户下降 30%！
目录
WLAN系统干扰技术原理分析
WLAN干扰类型分类
抗干扰技术方案
WLAN干扰类型分类
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
两AP吞吐量之和
系 统 内 干 扰
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
PLCP Header
data Frame
SIFS 16us
ACK Time
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
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
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
吞吐量（Mbps）
11g AP吞吐量下降示意图 25 20 15 10 5 0 0 10 20 30 用户数 40 50 60
• 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
动态信道调整
RTS-CTS
各场景均适用，主要解决隐藏终端较多场景
CCA门限动态调整
各场景均适用，主要解决暴露终端较多场景
提升退避效率
新功能开发：AP/AC、终端支持
多运营商密集共存，退避较多
另外，为根本解决WLAN系统的资源受限造成干扰难以避免的现状，正积极联合产业 界推动5Ghz频段355M频率的为WLAN系统开放！
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： 11 a/g/n
Unlicense OFDM CSMA
中心接入点
BTS
Node B
eNode B
AP
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 资源分配控制节点 BSC RNC eNode B 无 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
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
WLAN干扰问题
隐藏终端 暴露终端 多设备竞争导致传输效率低
WLAN抗干扰方案
现有常规优化手段
动态功率控制
动态信道调整
RTS-CTS机制 微波炉、无绳电话、蓝牙干扰 CCA检测门限优化
DIFS/竞争窗优化
支持情况
已实现，企标已要求 部分厂家已实现，拟纳 入企标要求 未实现* 已实现，现网未明确配 置 未实现
注：cisco私有CCX协议可支 持该功能
控制AP对STA发送功率
上行：终端 侧功控
控制对AP发送功率
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
1个802.11N STA@屏蔽房 58Mbps 60Mbps
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
动态检测门限调整，优化检测性能
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
WLAN干扰分析及抗干扰技术方案
研究院
目录
WLAN系统干扰技术原理分析
WLAN干扰类型
抗干扰技术方案
WLAN系统特点概述
WLAN 与蜂窝网对比
GSM
频率占用方式 调制方式 多址方式 License 8PSK TDMA
TDSCDMA
License 16QAM CDMA
LTE
License OFDM OFDMA
监听到AP2
AP1
AP2
STA2

动态CCA调整效果模拟
• 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
下阶段将开展动态CCA门限调整的产品开发及试验测试
• 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
载 波 监 听 带 来 的 干 扰 问 题
•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
• 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RTSCTS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1524%（终端数不同）
SH区域
STA1
STA1
AP
STA2
AP1
SE区域
AP2
STA2
• 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
随机退避机制：避免干扰
随机退避为缓解干扰，也带来了干扰的开销
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
插损约6～10dB E频段已合路的 其它系统基站 Po=27dBm WLAN AP
1 3 2
端口间隔离度 80dB以上即可
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
目录
WLAN系统干扰技术原理分析
WLAN干扰类型分类
抗干扰技术方案
WLAN抗干扰方案
WLAN常规抗干扰技术
动态功率控制
目的
控制AP间可见程度 下行：AP 侧功控
方案
静态调整：检测同频AP，并调整功率 AP自调整：通过上行接收包强度及下行发送情况， 调整 协议动态方式：TPC通过action字段，由终端配合 调整 协议静态方式：TPC通过Beacon或Probe Response Association Response 下发STA最大 功率值 协议动态方式：TPC通过action字段扩展
抗干扰方案总结
WLAN抗干扰新方案，需要AP/AC软件功能开发，目前正在联合厂家开发，推动产品实现
抗干扰技术方案
动态功率调整
方案应用条件
AP侧功控：仅需AP支持 终端侧功控：AP、终端需改造 AP支持 参数优化：AP、终端支持，并配置合理门 限参数 新功能开发：AP/AC支持
应用场景
目前主要在布网初期，规划网络覆盖与频点配置时 使用
–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
性能 RTS保护 无RTS保护 1个802.11n STA @现网环境 47Mbps 38Mbps 32个 802.11n STA@屏蔽 房 46Mbps 37Mbps 32个 802.11n STA@现网环境 31Mbps 27Mbps