2.4GWLAN网络干扰分析

第一章 绪论

1.1 论文选题的背景及研究意义
WLAN是一种使用方便、成本低廉、速率快速、结构简单、占用 2.4GHz 公共开放频段的无线接入技术，因与目前的固网和移动蜂窝网能相互补充，所以一直备受全世界各大运营商的关注[1]。近年来，WLAN 广泛应用于智能终端，目前多使用 2.4G 频段（5G，5.8G少数使用）。2.4G 频段是一个免费、公共的开放频段，使用这一频段的设备除了目前广泛使用的 WLAN 设备外，还有许多非 WLAN 设备和系统在使用，如地铁 CBTC 列车控制系统，MIFI，LTE 网络等，而随着智能终端的普及及 AP 接入点的大量建设，2.4G 频段的干扰也越来越严重，干扰不仅对通信带来不利影响，如数据传输速率下降和网络阻塞无法接入等；也对使用该频段的一些工业控制系统等带来严重后果，深圳就出现了乘客使用手机干扰地铁控制系统的情况。本文希望通过设计科学合理的测试方案，更深度、贴切挖掘干扰原因，并对2.4G 频段和越来越广泛使用的 5G，5.8G 频段 WLAN 建设提出建议，并对政府监管、频率规划和管理提出相关建议。随着智慧城市建设的步伐不断向前迈进，WLAN 网络作为其建设的重要基础设施之一，对之干扰进行分析和研究具有重要意义。
……….

1.2 2.4G 频段目前应用现状
WLAN 以 WIFI（Wireless Fidelity 无线保真技术）为主，因其结构简单、操作方便、应用丰富，已被家庭、个人、企业、城市建设所采用。迄今为止，对WLAN 技术的研究已有十年且仍在不断发展和完善中，旨在满足不断增长的带宽需求。在中国，电信、联通、移动三大运营商均已投入大量的人力、财力来部署 WIFI 网络，抢占市场先机。现阶段的三大运营商主要提供 WIFI 服务主要包括：互联网无线宽带接入、多媒体数据业务、基于 WI-FI 的增值业务、热点地区服务等。在 WLAN 设备制造方面，据了解，截止到 2013 年底，全球手机（带WIFI 功能）出货量 10 亿台，平板电脑出货量 2.17 亿台。在中国，路由器和智能手机的出货量分别达到 5000 万和 3.18 亿台，平板电脑出货量也达 2278 万台，且仍处于快速增长中。不难看出，用户使用 WI-FI 已然成为了一种习惯。然而从目前的数据和用户反馈来看，WLAN 网络建设依旧存在很多问题，如：网络覆盖能力不足（有的地方没有覆盖到）、网络稳定性不高（时常断线）、网速过慢等问题，这亟待解决和提高。LTE（Long Term Evolution，长期演进）是第四代通信标准，LTE 标准化工作开始于 2004 年。LTE 技术实质是移动通信技术与宽带无线接入技术的融合和演变，它主要采用了 MIMO（Multiple Input Multiple Output，多入多出）技术和OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交频分复用）技术，数据传输和网络接入性能都得到了进一步的增强。截至到 2011 年 9 月，全球已有 80个国家和地区拥有 208 个 LTE 网络项目，并且 37 个 LTE 网络正式商用，其中绝大多数是基于 FD-LTE（Frequency Division Long Term Evolution，频分长期演进）。
……….

第二章 WLAN 技术概述

2.1 WLAN 标准
WLAN 技术是借助无线手段，把以前通过有线方式来连接网络的手段，取代为可移动性方式，以实现网络连接不受空间限制。该技术规范和标准主要由IEEE 802.11 工作组制定，且该组织仍在不断的完善和发展该标准。802.11 体系进程化如表 2-1 所示[7]。IEEE 802.11n 是目前实际应用中最为广泛的无线局域网标准，IEEE 802.11n协议主要使用 2.4GHz 和 5GHz 两个频段，与以往的 IEEE 802.11a/b/g 标准兼容。IEEE 802.11n理论最大速率可达600Mbps，市场上常见的是支持300Mbps的IEEE802.11n 的产品，它主要采用了 MIMO 技术和 OFDM 技术，使得传输速率大大提高，另外通过改进的天线技术及传输技术，使其覆盖范围和传输距离大大增加，甚至可达几千米。然而，目前该体系依旧在不断发展和完善当中，针对其吞吐量的改善，新技术标准 802.11ac 和 802.11ad 目前正在制定，MAC 吞吐量有望达到G 比特级，本文不作详细分析。
……….

2.2 WLAN 系统组成
WLAN 技术作为一种操作方便、成本低、速率高、使用公共开放频段的无线接入技术，其网络主要由 WLAN 终端设备，接入设备 AP（Access Point，接入点），接入控制设备 AC（Access Controller，接入控制），PORTAL 服务器，RADIUS 认证服务器，用户认证信息数据库，业务运营支撑系统 BOSS（Business& Operation Support System，业务运营支撑系统）等部分组成，如图 2-1 所示。AP 作为无线接入点，WLAN 用户通过相应的 AP 接入外部的网络资源[8][9]。AC 是无线局域网接入控制设备，负责将不同 AP 的数据进行汇聚并接入互联网，并负责对 AP 设备进行配置管理和无线用户的认证，控制设备 AC 与 Radius service 相连，用于服务器的 Web 方式认证。在业务控制方面，AC 提供 PORTAL功能，当用户认证通过后，用户才可以接入外部网络。分布式协调功能 DCF（Distributed Coordination Function，，分布式协调功能）是 WLAN 系统 MAC 层站点最基本的接入机制，其核心是 CSMA/CA（Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance，载波侦听多点接入/冲突避免）算法[11][12]。该算法核心是通过与其他站点竞争的方式接入信道并进行数据传输的。如果当前无线信道中己有其他站点在传输数据，该站点就会不断监测无线信道直至该信道空闲，信道空前后，会在[0，CW]（CW 为该站点当前的竞争窗口Contention Window 值）范围内随机选择一个值作为其退避时间并启动 BC（Backoff Counter，退避计时器），当退避计时器递减到 0 且此时信道依旧空闲时，该站点便会在等待一个 DIPS（Distributed Inter-Frame Space，分布帧间隔）之后开始发送自己的数据包，此时处于等待阶段的其他站点会马上冻结其等待计数器的 BC 值，并持续检测无线信道的使用状态直至信道空闲并再次启动。
……..

第三章 2.4G 频段无线干扰问题分析......10
3.1 WLAN 网络间同邻频干扰.....10
3.2 WLAN 与 LTE 网络间干扰.........10
3.3 WLAN 网络对地铁 CBTC 的干扰........11
第四章 WLAN 网络间同邻频干扰分析.......12
4.1 干扰类型分析..........12
4.2 同邻频干扰测试...........13
4.3 干扰分析.............13
4.4 抗干扰措施..............17
第五章 WLAN 与 TD-LTE 网络间的干扰分析..... 18
5.1 干扰类型分析..........18
5.2 空间隔离度分析...........20
5.3 抗干扰措施..............27

第七章 WLAN 部署建议及未来规划

7.1 2.4GWLAN 部署建议
针对上一章数据分析结果，我们可以提出有针对性的抗干扰措施。针对 WLAN 网络的同邻频干扰，可以采取以下方法：
（1）合理规划三大运营商的热点部署以及频点规划，尽可能的保证相邻或者相近热点工作在互不干扰的信道上；
（2）合理调整 AP 功率或者采用方向性好的定向天线，可以有效减小同邻频干扰。
针对 TDD-LTE 网络对 WLAN 网络的干扰，主要可以采取以下方法：
（1）可以增加 WLAN 滤波器的方法，在接受端进行滤波以减小 LTE 信号杂散、阻塞、三阶互调对 WLAN 网络的干扰；
（2）可以增加空间隔离度的方法减少 LTE 网络对 WLAN 的干扰
（3）合理调整 WLAN AP 和 LTE 天线发射功率可以有效的减少相互之间的干扰问题。
针对 WLAN 信号对地铁 CBTC 系统的干扰，对在建地铁线路主要可以采取以下的方法：
（1）由于 FHSS-DCS 系统采用了与目前 WLAN 不同的技术，故在抗 WLAN信号的干扰上要优于 OFDM-DCS 系统，但容量要低于 OFDM-DCS 系统，可以根据实际需要灵活部署，以减少 WLAN 的干扰；
（2）由于波导管传输的损耗小、抗干扰能力强，实际部署时可以优先采取波导管传输技术的 CBTC 系统方案。
对已建地铁线路，可以采用以下的方法：
（1）合理规划地铁站内的无线热点，在保证用户能正常上网的前提下，合理的减少 AP 发射功率以减少对轨交系统的干扰；
（2）优化 CBTC 系统，升级成窄带系统。

总结

论文主要针对 2.4GWLAN 网络对目前现有的、已具一定规模的异系统的干扰进行探讨和研究，并以此作为借鉴，为尚未大规模部署的 5G、5.8GWLAN 网络抗干扰以及部署提出合理性建议。文章主要包括三部分内容：WLAN 系统间的同频干扰和邻频干扰、WLAN 与 TD-LTE 网络之间的干扰、WLAN 与地铁CBTC 列车控制系统的干扰。本文通过软件仿真、实验室模拟场景搭建、实地测量等手段，在对数据深入分析的基础上得出以下的结论：
（1）针对 WLAN 网络间的同邻频干扰问题，主要通过合理规划信道，使之尽可能的工作在互不重叠的信道上，同时也可以通过控制 AP 发射功率减少同邻频干扰；
（2）针对 WLAN 与 TD-LTE 网络之间的干扰问题，主要是通过增加空间隔离度的方法，减少两系统间的相互干扰，同时可以通过增加滤波器或选择隔离度好的合路器来降低干扰影响；
（3）针对 WLAN 网络对地铁 CBTC 列车控制系统的干扰，一方面合理规划地铁站内的无线热点，在保证用户能正常上网的前提下，合理的减少 AP 发射功率以减少对轨交系统的干扰，另一方面通过综合考量和分析可以尝试部署 5G、5.8GWLAN 来减少对地铁 CBTC 系统的干扰。本文主要通过软件仿真、实验室模拟、实地测量这一研究路线，尽可能贴近实际测量环境，针对不同的环境和不同的干扰因素设计不同的测量方法。用软件仿真和实验室模拟结果来指导实际测量，综合考虑各种干扰因素，尽可能地获得准确的数据，通过数据分析得出相应的结论并提出相应的抗干扰措施。
............
参考文献（略）