基于相鄰信道抑制/干擾對802.11 WLAN的影響分析

帶內(nèi)干擾與鏈路預(yù)算

本部分討論了帶內(nèi)干擾及其對限制WLAN的RF鏈路的影響。為了說明該問題，我們簡單介紹由兩個802.11接入點(diǎn)引起的干擾，但該分析同樣適用于由藍(lán)牙、無繩電話或微波爐引起的帶內(nèi)干擾。

802.11AP的信號傳播損耗取決于環(huán)境，但一般而言，信號損耗是AP到用戶之間距離的函數(shù)。在理想的視距條件下，信號損耗與距離的平方(R2)成正比。一般在實(shí)際環(huán)境中，信號損耗可表示成距離的立方(R3)。在不利的條件下，信號損耗通常等于距離的四次方(R4)。

此外，特殊802.11AP的范圍也是幾個其它因子的函數(shù)，包括AP的傳送功率(通常為20dBm)、天線增益以及用于某調(diào)制的接收機(jī)的靈敏度。在本例中，假設(shè)天線為一般的全向天線，其增益為0dB。更復(fù)雜的調(diào)制方案需要更高的信噪比(SNR)，以便能夠以某個位誤差率(BER)接收802.11信號。要獲得更高的SNR，接收機(jī)必須具有更高的靈敏度與/或發(fā)射信號的范圍必須成比例縮小。

表2顯示了802.11g與802.11b的不同調(diào)制方案如何影響SNR、接收機(jī)靈敏度及信號范圍。請注意，采用CCK調(diào)制的802.11b與采用PBCC調(diào)制的802.11b具有相同的SNR。

從該表可以看出，如果在實(shí)際設(shè)置中，信號傳播損耗一般為R3，則采用CCK調(diào)制的11-MbpsAP或采用PBCC調(diào)制的22-MbpsAP的相應(yīng)范圍大約為400英尺。假設(shè)一般郊區(qū)范圍大約為200英尺，隨著802.11的部署越來越密集，相鄰小區(qū)AP的戶與戶之間的干擾發(fā)生的機(jī)率也越大。單個居住單元的最不利情形為并排房屋中的兩個AP可能僅間隔10英尺的空間及兩堵墻。在復(fù)雜的公寓式結(jié)構(gòu)中，兩個或多個AP的間隔可能僅為一堵墻或一層地板，因而使得帶內(nèi)干擾面臨更嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。一般公寓的寬度不大于100英尺，僅為郊區(qū)房屋寬度的一半。

值得一提的是，通過具有22-MbpsAP的802.11電池(采用TI開發(fā)的PBCC調(diào)制方案)的平均數(shù)據(jù)吞吐量非常合理。表3顯示了在不同級別的信號傳播損耗下，不同調(diào)制的平均數(shù)據(jù)吞吐速率。假設(shè)在大多數(shù)現(xiàn)有設(shè)置的情況下，信號損耗通常為R3。最重要的是，從表3中可以看出，在整個電池上，PBCC的平均數(shù)據(jù)速率幾乎比CCK調(diào)制高出了一倍。PBCC與CCK具有相同的靈敏度，因此也具有相同的范圍。此外，從這些平均數(shù)據(jù)速率圖形中可以看出，當(dāng)一個電池中采用多種調(diào)制方案時，可以使吞吐量稍微提高5%至10%。借助多個調(diào)制方案，可以為客戶提供最佳的數(shù)據(jù)速率及范圍。PBCC調(diào)制的802.11b具有相同的SNR。

　　帶內(nèi)信號與干擾分析

圖11說明了兩個相鄰的AP怎樣才會產(chǎn)生相互干擾的問題。當(dāng)兩個RF信號源(如兩個AP)放得很近時，熱噪聲與路徑損失就成為第二大要考慮的因素，因?yàn)閹?nèi)干擾將對AP的有效范圍及數(shù)據(jù)速率產(chǎn)生主要影響。如圖所示，帶內(nèi)RF干擾會使AP在其覆蓋區(qū)域的大部分范圍內(nèi)失效。

表4對圖11中所示的兩個AP的帶內(nèi)干擾問題進(jìn)行了定量分析。這一分析假設(shè)未實(shí)施任何技術(shù)(如電源控制)來緩解某些問題。表4中的數(shù)據(jù)來源于兩個802.11AP的一般城區(qū)部署。這兩個AP的發(fā)射功率均為20dBm，它們相隔的距離為25米(大約75英尺)，并且它們的信號傳播損耗為R3。根據(jù)每個AP到這兩者中點(diǎn)的距離來分析SIR。表4顯示了不同距離的SIR以及各SIR級所支持的數(shù)據(jù)速率。

這一分析指出了帶內(nèi)干擾的致命影響。例如，采用PBCC調(diào)制的AP通常有效范圍為135米以上，但帶內(nèi)干擾會使其有效范圍縮小到僅為7。5米。而且，采用54MbpsOFDM調(diào)制的802.11gAP應(yīng)具有近40米的有效范圍，但由于帶內(nèi)干擾的影響，其覆蓋范圍僅限于2。5米。

如今，由于802.11WLAN應(yīng)用相對較少，而大多數(shù)應(yīng)用均要求較小的WLAN帶寬，而且可快速糾正發(fā)射過程中出現(xiàn)的錯誤，因此很少會注意到從一個AP到另一個AP的帶內(nèi)RF干擾。但是，隨著WLAN技術(shù)變得越來越普及，要求QoS能力的較高帶寬應(yīng)用越來越多，使得帶內(nèi)干擾也隨之增加。實(shí)際上，由802.11技術(shù)引起的帶內(nèi)干擾在高密度辦公室以及諸如市區(qū)住宅、住戶共有公寓及公寓等住所將變得越來越嚴(yán)重。

電源控制對帶內(nèi)干擾的影響

過去，需要在移動設(shè)備中使用先進(jìn)的電源控制技術(shù)來降低功耗并延長電池使用壽命?，F(xiàn)在，電源控制的另一個優(yōu)勢脫穎而出。在采用802.11的系統(tǒng)或設(shè)備中，電源控制可以降低帶內(nèi)干擾。例如，假設(shè)開環(huán)電源控制的精度為1dB，在同一個RF信道上，相互距離較近的兩個AP之間的平均干擾可降低6dB。在較小的802.11電池中，電源控制可更進(jìn)一步降低干擾。

表5顯示了電源控制技術(shù)對不同距離AP的SIR以及各SIR級支持的相應(yīng)調(diào)制功能的影響。

即使信號仍受帶內(nèi)干擾的限制，電源控制技術(shù)也能將帶內(nèi)干擾平均降低6dB，從而可將AP的范圍提高25%。在實(shí)際應(yīng)用中，隨著部署的WLAN越來越多，高寬帶QoS應(yīng)用變得越來越規(guī)范，可能會采用包括電源控制、自動選頻以及多頻帶(2.4GHz與5.xGHz)在內(nèi)的幾種戰(zhàn)略措施來增加RF信道選項(xiàng)。

預(yù)期的干擾問題

在未來幾年內(nèi)，隨著無線局域網(wǎng)在居民及辦公環(huán)境中變得越來越普遍，設(shè)備制造商在進(jìn)行接收機(jī)設(shè)計(jì)時必須謹(jǐn)慎考慮兩個潛在的問題。這兩個問題是：

1)RF源因信道靠近無許可限制的802.11頻帶產(chǎn)生的非WLAN干擾。這可能來自藍(lán)牙設(shè)備、無繩電話或微波。

2)由一個802.11AP或客戶機(jī)到另一個802.11AP或客戶機(jī)引起的帶內(nèi)干擾。隨著WLAN技術(shù)的廣泛應(yīng)用及其越來越密集，該問題必然會更加嚴(yán)重。

通過遵循考慮周到的設(shè)計(jì)實(shí)踐，可以采用適當(dāng)?shù)泥徯诺酪种?ACR)功能來開發(fā)802.11接收機(jī)，以克服WLAN部署中遇到的大量鄰信道干擾(ACI)問題。此外，還可在WLAN接收機(jī)及發(fā)送器的設(shè)計(jì)中采用電源控制及其它戰(zhàn)略，以便在出現(xiàn)帶內(nèi)RF干擾時大大提高AP與客戶機(jī)的數(shù)據(jù)吞吐量及范圍性能。

總之，那些可提供令人滿意、引人注目的用戶體驗(yàn)的802.11WLAN設(shè)備供應(yīng)商將在市場中取得成功。注重在WLAN設(shè)備中實(shí)施WLAN芯片組的設(shè)計(jì)質(zhì)量，將對確保用戶滿意度起著重要的作用。