精品文檔-下載后可編輯關于無線局域網室內信號干擾因素分析-基礎電子引言

隨著電腦的普遍應用，無線局域網IEEE.11n技術的應用范圍在不斷地擴大，它推動流媒體、數字家庭、移動辦公等實現根本性的變化，其優勢也進一步顯現出來。如：連接無線局域網的電腦可以在不同場所移動辦公而無需中斷網絡；各種智能家電連接無線局域網后可實現遠程遙控使用；流媒體連接無線局域網后可隨時隨地觀賞音像影視。目前，無線局域網的規模在我國正逐漸擴大，如：我國臺灣省的臺北市無線網絡建設的無線接入點數目已達4200個，覆蓋面積133km2，覆蓋了臺北市90%以上的區域；我國大陸，無線局域網建設也在快速發展。但是，在無線局域網的使用中，由于無線局域網發射天線和接收天線之間信號傳送經過室外和室內各種遮蓋物時，居民區之間的無線局域網信號相互干擾，室內路徑損耗，接收機系統的熱噪聲和級聯系統噪聲干擾，同頻干擾等引起信號下降。

無線局域網工作頻段是2.4GHz和5.8GHz，這些無線信道為共享信道，頻率資源非常有限。隨著工作頻率及數據傳輸率的提高，無線信號傳播的強度也會降低。因此，如果不考慮無線局域網的各種干擾，傳輸速率也會隨著距離的增加而降低。當移動端遠離AP節點時，會造成通信質量差甚至無法連接。因此，有必要對各種干擾和信息損耗進行分析，并提出相應措施，從而使無線局域網信號化。

1干擾因素分析

1.1路徑損耗

隨著無線局域網的逐步普及，商店、辦公室、家庭、學校、賓館等室內使用無線電腦的用戶越來越多。在建筑物內，建筑材料類型、建筑物內結構和窗戶類型等不同，都會影響樓層間的射頻衰減。測量表明，樓層間的損耗并不隨分隔距離的增加成分貝數線性增加，而是當樓層數量增加時，整個路徑損耗以較小的比率增加。

一個室內同時考慮樓層和墻壁的較為準確的路徑損耗模型為：

式中：LP為功率損耗系數；指1m距離處的自由空間路徑損耗；r表示接收機與發射機之間的距離；r0是參考距離，假設為1m；n是路徑損耗指數；Wi是墻體的衰減系數；Fj是樓板的衰減系數；Nw和NF分別是室內接收機和發射機之間的墻壁和樓板的數目。

無線局域網常用的是IEEE802.11n標準，在這個標準下，工作頻帶常為5.8GHz，提供的速率范圍為54Mb/s。對于頻帶為5.8GHz室內傳播，國際電信聯盟推薦的傳播模型為：

式中：P0是發射功率。

路徑損耗指數n的值要根據具體條件選取，當接收天線和發射天線相距較近時取值較小，較遠時取值較大，一般無線局域網n取3.1。

無線信號傳播時室內與室外差別較大。室外空曠，信號傳播時較少遇到障礙物；室內則不同，室內信號的傳播不僅受到建筑物的布局和所使用的建筑材料等因素的影響，還和室內門與門之間是否打開，收發機之間是否有人走動，天線如何安裝和安裝的位置等有密切關系。

1.2接收機系統干擾

1.2.1熱噪聲

熱噪聲存在于任何在零度以上工作的電路或系統中，這種噪聲可以看成是無數獨立的微小電流脈沖的疊加。根據概率論的極限定理，它們服從高斯正態分布。對于負載電阻為RL，其熱噪聲電流的雙邊譜密度由式（3）給出：

式中：k=1.3806505×10-23J/K，為玻耳茲曼常數；T為熱力學溫度。

進一步可得熱噪聲電流的均方差為：

式中：B為接收機的電帶寬。

式（4）表明，熱噪聲均方差與負載電阻RL成反比，在接收機的設計中，常采用高阻抗前端。熱噪聲均方差與接收機的電帶寬成正比，為降低熱噪聲，要限制接收機的帶寬。

1.2.2級聯系統噪聲

無線局域網接收機一般由天線、放大器、濾波器和混合器等部件組成。總系統的噪聲是這些部件的所有噪聲以某種方式共同作用的結果。

假設每個部件的噪聲系數為F，增益為G，內在噪聲源的譜密度為（F-1）kT0。如果S（f）是部件的輸入，則電路的輸出為：

其輸出既有信號分量又有噪聲分量。

若有2個這樣的部件系統，其噪聲系數分別為F1和F2，增益分別為G1和G2，輸入的假設噪聲為N0。

這時級（個部件）輸出和第二級（第二個部件）輸入是F1G1N0，第二級輸出為G2[（F2-1）N0+F1G1N0]，則總噪聲系數為：

以此類推，可得多級系統的噪聲系數為：

1.3藍牙無線干擾

如果2種無線模塊在同一系統或同一地點時，如：藍牙無線和無線局域網共存時，干擾信號較強，甚至會出現丟失連接的情況。

藍牙無線（bluetooth）采用跳頻擴頻（frequencyhoppingspreadspectrum），發射功率為1mW，數據傳輸速率為1Mb/s，傳輸距離為10m。藍牙無線和2.4GHz的無線局域網工作于同一個ISM（industrialscientificmedical）頻段，存在兩者相互干擾的問題。

無線局域網采用的是直接序列擴頻（directsequencespreadspectrum）技術。IEEE802.11b標準在2.4GHz以上的83.5MHz帶寬中規定了可用信道，每信道帶寬5MHz，通常只用3個互不重疊的信道。無線局域網數據傳輸速率可達11Mb/s以上，一般室內可傳輸距離為100m[4]。

當無線局域網工作在11Mb/s的速率以下時，一個數據包需要約1ms時間在空中傳播，采用單時隙的藍牙連接每個數據包占625s。所以在無線局域網數據傳輸期間，若有2個藍牙數據包傳遞，其中任何1個落在無線局域網占據的20MHz信道范圍之內，就會導致無線局域網信號傳輸失敗。

對藍牙無線與802.11bWLAN的相互干擾進行實際測量[5]，發現相互干擾與距離有關。在同一個系統內兩者近距離（小于2m）工作時，相互干擾較嚴重，分組錯誤率（packeterrorrate）達99%，系統吞吐量幾乎為0。當兩者的距離超過3m時，干擾明顯減少，分組錯誤率及系統吞吐量基本維持正常水平。

藍牙無線的典型應用是采用藍牙鼠標、鍵盤，在這種場合下用無線局域網的個人電腦，二者存在相互干擾問題。為了避免藍牙傳輸干擾，可以根據現場情況動態選擇信道，也可以通過改變無線局域網每一分組長度，減少數據包傳輸期間受干擾，減少數據重傳的概率，提高干擾存在時的吞吐量。

1.4同頻干擾

周圍環境對無線局域網也會產生窄帶干擾和全波段干擾。窄帶信號在不同輸出功率、不同頻譜的頻率寬度等情形下，可能會間歇地打斷發射的信號。

要避免窄帶信號干擾，必須要找到原始干擾源，并移除這些干擾源，正確配置無線局域網設備的信道，有效地處理窄帶干擾。全波段干擾是指在任何情況下，干擾覆蓋整個使用的頻率范圍，如：老式微波爐等設備的使用。處理這種干擾較好的方法是，改變發射頻率，如：將局域網發射頻率從2.4GHz改為5.8GHz，或采用擴頻技術，或移除產生全波段干擾的設備，這樣處理后能提供無線局域網較好的吞吐率和延遲特性。此外，當無線局域網設備發射信號時，還可能受到室內正在使用的同類設備鄰近信道或相同信道的干擾，以及相鄰小區間相鄰頻道的干擾。實踐表明，使用非干擾頻段時2個AP信號的吞吐量是使用有干擾頻段吞吐量的2倍。

2抗干擾措施

系統增益G，信號所占用的頻帶寬度W和信息本身實際所需的帶寬Bmin的關系是：

信息容量的香農（Shannon）公式為：

式中：C為信道容量；PSPN為信噪比。

式（9）表明，在給定信道容量C即傳輸速率不變的條件下，頻帶寬度W和信噪比PSPN可以互換，即可通過增加頻帶寬度的方法，在較低的信噪比情況下傳輸信息，這表明寬帶系統有較好的抗干擾性。

用信息帶寬的100倍，甚至1000倍以上的寬帶信號來傳輸信息，能提高抗干擾能力。接收機采用頻碼序列進行相關檢測，空中即使有同類信號進行干擾，如果不能檢測出有用信號的碼序列，干擾也不明顯。

3結語

在無線局域網建設時，為使局域網的信號優化，除了要考慮以上幾個方面的干擾因素外，還要針對覆