干擾抑制：WLAN的“降噪耳機(jī)”！

本篇部分內(nèi)容來(lái)源自世界無(wú)線局域網(wǎng)應(yīng)用發(fā)展聯(lián)盟（WAA）同名白皮書(shū)原文。

在河套IT Talk第100期，我們解讀了WAA在其夏季論壇上發(fā)布的《企業(yè)典型場(chǎng)景高品質(zhì)WLAN網(wǎng)絡(luò)建設(shè)白皮書(shū)》。白皮書(shū)介紹了非常多構(gòu)建高品質(zhì)WLAN的技術(shù)。我們會(huì)通過(guò)幾期展開(kāi)談?wù)勥@個(gè)話題。之前已經(jīng)聊過(guò)了：《射頻資源管理——無(wú)線局域網(wǎng)竟然也需要紅綠燈管理！？》，《獅吼功還有一招大喇叭——覆蓋增強(qiáng)技術(shù)》，《WLAN資源調(diào)度——網(wǎng)紅餐廳的調(diào)度秘籍》，以及《無(wú)感漫游：不用費(fèi)盡找Wi-Fi信號(hào)啦！》。今天，咱們就談?wù)劯蓴_抑制技術(shù)。

干擾，顧名思義，就是指無(wú)線信號(hào)的傳播受到其他無(wú)線設(shè)備或外部因素的干擾，導(dǎo)致信號(hào)質(zhì)量下降，從而影響無(wú)線通信的穩(wěn)定性和性能。

隨著WLAN（無(wú)線局域網(wǎng)）技術(shù)的普及和應(yīng)用，特別是WLAN網(wǎng)絡(luò)在企業(yè)園區(qū)的規(guī)模使用，WLAN網(wǎng)絡(luò)干擾問(wèn)題也日益凸顯。以下是一些常見(jiàn)的干擾形成原因：

由于WLAN工作的ISM（Industry, Science and Medicine）頻段，也會(huì)被藍(lán)牙、Zigbee、WiMax、微波等技術(shù)使用。這使得許多非WLAN的電子設(shè)備、無(wú)線電設(shè)備或電磁輻射源也工作在該頻段，如：微波爐、無(wú)線攝像機(jī)、射頻識(shí)別設(shè)備、藍(lán)牙設(shè)備、戶(hù)外微波鏈路、無(wú)線游戲控制器等，導(dǎo)致這些設(shè)備產(chǎn)生的電磁波信號(hào)與WLAN網(wǎng)絡(luò)信號(hào)產(chǎn)生沖突。導(dǎo)致WLAN的信號(hào)無(wú)法被正確接收。還有一些非ISM頻段上的設(shè)備會(huì)在ISM頻段上產(chǎn)生射頻信號(hào)泄露，當(dāng)臨近距離很近的情況下，會(huì)對(duì)WLAN設(shè)備形成干擾。如3G基站，當(dāng)和WLAN共存于一個(gè)機(jī)架，或者共用室內(nèi)饋路系統(tǒng)時(shí)。

• WLAN干擾：干擾源發(fā)送的RF信號(hào)符合802.11協(xié)議規(guī)范的干擾。

  • 共頻干擾（Co-Channel Interference）：在同一頻道上有多個(gè)AP或無(wú)線設(shè)備同時(shí)工作，爭(zhēng)奪同一頻譜資源，造成信號(hào)互相干擾。比如一個(gè)辦公大樓中，很多層，每層都有很多AP，所有同層的同頻AP存在干擾情況，上下樓層之間的同頻AP也存在互相干擾的狀況。

  • 鄰頻干擾（Adjacent Channel Interference）：在相鄰頻道上有其他無(wú)線設(shè)備工作，信號(hào)波形可能會(huì)發(fā)生重疊，導(dǎo)致信號(hào)受到干擾。之所以會(huì)發(fā)生重疊，是因?yàn)槊總€(gè)信號(hào)都是有一定的中心發(fā)射頻率和發(fā)射頻寬，而且即便在發(fā)射頻寬之外，信號(hào)也不可能立即衰減為零，而是逐漸衰減，這就導(dǎo)致中心頻率不同但頻段相鄰的AP，是很可能發(fā)生重疊而相互干擾的情況的。

• 非WLAN干擾：

總體來(lái)說(shuō)，WLAN面臨的干擾狀況還是非常復(fù)雜的。WLAN網(wǎng)絡(luò)干擾往往會(huì)影響網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性、數(shù)據(jù)傳輸速度和網(wǎng)絡(luò)連接質(zhì)量，甚至導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)中斷等問(wèn)題。為了避免干擾并提高無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的性能，需要采取抗干擾的技術(shù)來(lái)進(jìn)行干擾管理和避免。

從干擾避免和消除的技術(shù)來(lái)看，首先要做好預(yù)管理，也就是在WLAN部署之初，就要認(rèn)真勘測(cè)部署環(huán)境，了解現(xiàn)場(chǎng)其他非WLAN干擾現(xiàn)狀，在規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)AP覆蓋的時(shí)候，還需要考慮到如何最大程度規(guī)避同頻干擾和鄰頻干擾。

• 頻譜規(guī)劃：通過(guò)合理的頻道規(guī)劃，將AP分配到不同的非重疊頻道，減少共頻和鄰頻干擾。頻道規(guī)劃可以在AP上手動(dòng)配置，也可以借助自動(dòng)頻道選擇（Auto Channel Selection）功能。

• 功率調(diào)整：調(diào)整AP的信道和功率，，確保信號(hào)覆蓋區(qū)域內(nèi)信號(hào)強(qiáng)度適中，避免信號(hào)過(guò)強(qiáng)造成相鄰頻道干擾或漫游不及時(shí)的問(wèn)題。

• 安裝和天線設(shè)置：選擇合適的安裝位置，采用合適的發(fā)射天線，比如使用定向天線或扇形天線來(lái)調(diào)整信號(hào)覆蓋范圍和方向等等。盡量減少信號(hào)的重疊覆蓋區(qū)域和干擾。

良好的網(wǎng)絡(luò)部署是干擾避免和消除的基礎(chǔ)，可以講，好的網(wǎng)絡(luò)部署已經(jīng)解決了大部分潛在的干擾問(wèn)題。

但干擾抑制絕對(duì)不是一個(gè)一勞永逸的工作，單純依賴(lài)部署是不行的，需要后續(xù)持續(xù)不斷去監(jiān)測(cè)周?chē)h(huán)境中的干擾源，并對(duì)干擾源進(jìn)行定位，以便進(jìn)一步采取干擾避免措施。下面就介紹四種典型的WLAN干擾抑制技術(shù)：

電磁波在傳播過(guò)程中會(huì)隨著距離的增加而逐漸衰減，這是因?yàn)樾盘?hào)在傳輸過(guò)程中會(huì)受到空氣、障礙物等影響而減弱。接收端測(cè)量到的接收信號(hào)強(qiáng)度RSSI（Received Signal Strength Indicator）與發(fā)送端的信號(hào)強(qiáng)度相減，得到的差值就是所謂的“路損”。路損可以衡量信號(hào)在傳播過(guò)程中的衰減程度，通常情況下，傳播距離越遠(yuǎn)，路損越大。由于空氣近似于均勻介質(zhì)，射頻信號(hào)在空氣中傳播時(shí)，路損的大小可以用來(lái)大致估算信號(hào)的傳輸距離。這個(gè)估算不是非常精確，但可以用來(lái)判斷信號(hào)的傳播范圍和衰減情況，從而有助于調(diào)整無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的布局和優(yōu)化。

傳統(tǒng)射頻調(diào)優(yōu)基于AP間互相測(cè)量得到的信號(hào)強(qiáng)度，根據(jù)AP兩兩之間的路損推斷它們之間的距離和相對(duì)位置關(guān)系，建立邏輯上的二維拓?fù)潢P(guān)系。通過(guò)這樣的拓?fù)潢P(guān)系，可以了解AP之間的鄰居關(guān)系，即哪些AP在信號(hào)覆蓋范圍內(nèi)相互靠近，從而建立一個(gè)簡(jiǎn)單的“AP-AP”鄰居關(guān)系圖。

在上述基礎(chǔ)上，傳統(tǒng)射頻調(diào)優(yōu)算法會(huì)根據(jù)這些“AP-AP”鄰居關(guān)系和信號(hào)強(qiáng)度信息，通過(guò)一些規(guī)則和算法來(lái)優(yōu)化無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的布局和設(shè)置。目標(biāo)是使得AP之間的信號(hào)干擾盡可能小，同時(shí)保持較好的覆蓋范圍和傳輸性能。

調(diào)優(yōu)的基本原則是避免近距離鄰居分配相同信道，在保障信號(hào)覆蓋的前提下，功率也要適當(dāng)?shù)慕档?，盡量降低干擾和保證及時(shí)漫游。由于AP安裝環(huán)境復(fù)雜，二維網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洳荒芡耆从矨P間的準(zhǔn)確關(guān)系，因此傳統(tǒng)射頻調(diào)優(yōu)對(duì)復(fù)雜點(diǎn)位AP的調(diào)優(yōu)結(jié)果不理想。有代表性的是AP間遮擋及AP高掛場(chǎng)景。

• AP間遮擋場(chǎng)景：如果物理上相鄰的兩個(gè)AP之間存在橫梁、拐角等對(duì)信號(hào)影響較大的遮擋物（路損比無(wú)遮擋場(chǎng)景偏大8dB及以上），彼此無(wú)法互相感知或者感知較弱，傳統(tǒng)調(diào)優(yōu)算法會(huì)誤認(rèn)為這兩個(gè)AP相距較“遠(yuǎn)”，可能分配相同的工作信道，從而導(dǎo)致在終端側(cè)出現(xiàn)同頻干擾嚴(yán)重、有信號(hào)卻無(wú)法上網(wǎng)的問(wèn)題。

• AP高掛場(chǎng)景：由于高掛（與地面距離＞5m），導(dǎo)致終端接收AP信號(hào)弱、速率低、漫游掉線等問(wèn)題。

立體射頻調(diào)優(yōu)算法解決了這些問(wèn)題。以終端反饋的歷史測(cè)量數(shù)據(jù)為參考，能適應(yīng)上述復(fù)雜的空間環(huán)境。立體射頻調(diào)優(yōu)算法借助于802.11k終端的LM測(cè)量能力（Link Measurement，鏈路測(cè)量），構(gòu)造“AP-終端-AP”之間的三維拓?fù)潢P(guān)系，能夠更真實(shí)地反映無(wú)線信號(hào)在空間中傳播情況以及信號(hào)對(duì)終端和AP的影響。更好地適應(yīng)復(fù)雜多變的空間環(huán)境，實(shí)現(xiàn)了立體射頻調(diào)優(yōu)，對(duì)AP間遮擋和AP高掛場(chǎng)景進(jìn)行了優(yōu)化，提升用戶(hù)體驗(yàn)：

• AP間遮擋場(chǎng)景：對(duì)于鄰居AP間有遮擋的場(chǎng)景，基于終端的LM測(cè)量結(jié)果，調(diào)優(yōu)算法可以更準(zhǔn)確地識(shí)別這兩個(gè)AP之間的鄰居關(guān)系，分配不同的工作信道，保障終端側(cè)業(yè)務(wù)體驗(yàn)。

• AP高掛場(chǎng)景：經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的采樣，剔除粘性終端的數(shù)據(jù)以后，調(diào)優(yōu)算法對(duì)終端上報(bào)的數(shù)據(jù)樣本（數(shù)據(jù)來(lái)自關(guān)聯(lián)AP）進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。如果有10%以上樣本的下行RSSI＜-70dBm，則認(rèn)為此點(diǎn)位為高掛場(chǎng)景，并以這10%樣本中最強(qiáng)的RSSI≥-65dBm為目標(biāo)調(diào)高關(guān)聯(lián)AP的發(fā)射功率，從而提高終端側(cè)的業(yè)務(wù)體驗(yàn)。

AP和AP之間可以進(jìn)行信道優(yōu)化選擇、AP 發(fā)射功率調(diào)整、負(fù)載均衡、 空間復(fù)用、時(shí)域和頻域的協(xié)調(diào)規(guī)劃，小區(qū)間的干擾協(xié)調(diào)等等協(xié)同方法，來(lái)有效降低AP之間的干擾，極大的提升空口資源的利用率。下面就介紹三個(gè)典型的AP間協(xié)同技術(shù)：

4.1 基本服務(wù)集著色機(jī)制（BSS Coloring）

Bss color，在Wi-Fi 6 標(biāo)準(zhǔn)提出了bss 著色技術(shù)，用于解決同頻率下BSS 重疊，提升空間重用率的方法，減少因?yàn)锽SS重疊導(dǎo)致的空口競(jìng)爭(zhēng)開(kāi)銷(xiāo)。Bss color 信息同時(shí)被添加在WLAN 報(bào)文的PHY 層和MAC 層，設(shè)備在競(jìng)爭(zhēng)時(shí)，根據(jù)檢測(cè)到PHY 層頭部的bss color 字段來(lái)分配MAC 層的競(jìng)爭(zhēng)行為，主要分為相同BSS（intra-bss）和重疊BSS（inter-bss）。如果顏色相同，則認(rèn)為是同一BSS內(nèi)的干擾信號(hào)，發(fā)送將推遲；如果顏色不同，則認(rèn)為兩者之間無(wú)干擾，兩個(gè)Wi-Fi設(shè)備可同信道同頻并行傳輸。引入的自適應(yīng)CCA 機(jī)制，通過(guò)提高inter-bss 信號(hào)檢測(cè)閾值，同時(shí)保持intra-bss 較低檢測(cè)閾值，來(lái)減少M(fèi)AC 層競(jìng)爭(zhēng)，提升MAC 層效率。

4.2 多AP 間發(fā)射功率協(xié)同

多AP 間發(fā)射功率協(xié)同，在高密辦公場(chǎng)景中，AP 部署比較密集，存在一定的同頻干擾，當(dāng)某AP 發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，會(huì)影響周?chē)耐lAP 正常發(fā)送數(shù)據(jù)。通過(guò)AP 間協(xié)同，控制AP 發(fā)送數(shù)據(jù)的發(fā)射功率來(lái)消除對(duì)周?chē)lAP 的干擾，使周?chē)lAP可同時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)，從而提升整網(wǎng)的容量。

4.3 多AP協(xié)同時(shí)間分割多址接入

協(xié)同時(shí)間分割多址接入（Co-TDMA）：允許多個(gè)AP在不同的時(shí)間片段上發(fā)送數(shù)據(jù)，通過(guò)協(xié)同調(diào)度和分配時(shí)間資源，避免了AP之間的沖突和干擾，減少傳輸延遲，并提供更穩(wěn)定和可靠的連接，提高網(wǎng)絡(luò)容量和頻譜利用效率。

在網(wǎng)絡(luò)使用過(guò)程中，終端個(gè)數(shù)會(huì)動(dòng)態(tài)變化，業(yè)務(wù)大小也是動(dòng)態(tài)變化。EDCA是一種用于Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)中的分布式信道訪問(wèn)機(jī)制，它基于優(yōu)先級(jí)的方式管理不同類(lèi)型的數(shù)據(jù)包的發(fā)送。通過(guò)檢測(cè)終端數(shù)目和整機(jī)業(yè)務(wù)大小，對(duì)EDCA參數(shù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，可以適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)負(fù)載的變化，減少干擾。

在終端數(shù)目少，業(yè)務(wù)單一情況下適當(dāng)調(diào)小EDCA窗口，減少不必要的退避，提高空口使用效率，而在終端數(shù)目多，業(yè)務(wù)多樣時(shí)，差異化調(diào)整不同優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)的EDCA參數(shù)，一方面對(duì)高優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)進(jìn)行一個(gè)空口保障，另外減少空口的沖突競(jìng)爭(zhēng)。

802.11協(xié)議定義了CCA機(jī)制以實(shí)現(xiàn)信道閑/忙的狀態(tài)監(jiān)測(cè)。信道忙閑狀態(tài)的準(zhǔn)確判斷對(duì)于避免干擾和沖突非常重要。當(dāng)監(jiān)測(cè)到信道空閑時(shí)，WLAN設(shè)備才開(kāi)始發(fā)送報(bào)文，進(jìn)行信道競(jìng)爭(zhēng)搶占動(dòng)作，減少因?yàn)樾诺罓顟B(tài)未知而發(fā)送報(bào)文導(dǎo)致的沖突。通過(guò)CCA機(jī)制可以避免在有干擾時(shí)發(fā)送信號(hào)，避免信號(hào)與干擾發(fā)生沖突，從而減少干擾對(duì)WLAN性能的影響，提升傳輸效率。然而在不同場(chǎng)景下，使用相同的默認(rèn)CCA門(mén)限值，取得的實(shí)際效果存在差異。動(dòng)態(tài)CCA機(jī)制能夠根據(jù)場(chǎng)景差異，動(dòng)態(tài)調(diào)整AP設(shè)備的CCA門(mén)限，來(lái)減少?zèng)_突概率、提升AP并發(fā)率，從而提升整網(wǎng)的用戶(hù)體驗(yàn)。

今天我們介紹了四種典型的WLAN干擾抑制技術(shù)，但并不意味著WLAN干擾抑制技術(shù)就這四種。除了上述四種，還可能有自適應(yīng)調(diào)制和編碼、動(dòng)態(tài)信道選擇等等其他干擾抑制和消除技術(shù)。在現(xiàn)實(shí)部署場(chǎng)景中，這些抗干擾技術(shù)可以綜合應(yīng)用，以提高無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的抗干擾能力，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)性能，并為用戶(hù)提供更穩(wěn)定、高效的無(wú)線連接體驗(yàn)。

好了，今天我們就先聊到這兒，下次我們?cè)賮?lái)談?wù)刉LAN中的其他技術(shù)。

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