引言

　　目前，無線局域網(wǎng)的規(guī)模在我國正逐漸擴(kuò)大，如：我國臺(tái)灣省的臺(tái)北市無線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的無線接入點(diǎn)數(shù)目已達(dá)4 200個(gè)，覆蓋面積133 km2，覆蓋了臺(tái)北市90% 以上的區(qū)域；我國大陸，無線局域網(wǎng)建設(shè)也在快速發(fā)展。但是，在無線局域網(wǎng)的使用中，由于無線局域網(wǎng)發(fā)射天線和接收天線之間信號(hào)傳送經(jīng)過室外和室內(nèi)各種遮蓋物時(shí)，居民區(qū)之間的無線局域網(wǎng)信號(hào)相互干擾，室內(nèi)路徑損耗，接收機(jī)系統(tǒng)的熱噪聲和級(jí)聯(lián)系統(tǒng)噪聲干擾，同頻干擾等引起信號(hào)下降。
　　無線局域網(wǎng)工作頻段是2.4 GHz和5.8 GHz，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(shù)據(jù)傳輸率的提高，無線信號(hào)傳播的強(qiáng)度也會(huì)降低。因此，如果不考慮無線局域網(wǎng)的各種干擾，傳輸速率也會(huì)隨著距離的增加而降低。當(dāng)移動(dòng)端遠(yuǎn)離AP節(jié)點(diǎn)時(shí)，會(huì)造成通信質(zhì)量差甚至無法連接。因此，有必要對各種干擾和信息損耗進(jìn)行分析，并提出相應(yīng)措施，從而使無線局域網(wǎng)信號(hào)最優(yōu)化。

　　1 干擾因素分析

　　1.1 路徑損耗

　　隨著無線局域網(wǎng)的逐步普及，商店、辦公室、家庭、學(xué)校、賓館等室內(nèi)使用無線電腦的用戶越來越多。在建筑物內(nèi)，建筑材料類型、建筑物內(nèi)結(jié)構(gòu)和窗戶類型等不同，都會(huì)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(shù)線性增加，而是當(dāng)樓層數(shù)量增加時(shí)，整個(gè)路徑損耗以較小的比率增加。

　　一個(gè)室內(nèi)同時(shí)考慮樓層和墻壁的較為準(zhǔn)確的路徑損耗模型為：

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

　　無線局域網(wǎng)常用的是IEEE 802.11n 標(biāo)準(zhǔn)，在這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)下，工作頻帶常為5.8 GHz，提供的速率范圍為54 Mb/s。對于頻帶為5.8 GHz 室內(nèi)傳播，國際電信聯(lián)盟推薦的傳播模型為：

　　式中：P0 是發(fā)射功率。

　　路徑損耗指數(shù)n 的值要根據(jù)具體條件選取，當(dāng)接收天線和發(fā)射天線相距較近時(shí)取值較小，較遠(yuǎn)時(shí)取值較大，一般無線局域網(wǎng)n 取3.1。

　　無線信號(hào)傳播時(shí)室內(nèi)與室外差別較大。室外空曠，信號(hào)傳播時(shí)較少遇到障礙物；室內(nèi)則不同，室內(nèi)信號(hào)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(nèi)門與門之間是否打開，收發(fā)機(jī)之間是否有人走動(dòng)，天線如何安裝和安裝的位置等有密切關(guān)系。

　　1.2 接收機(jī)系統(tǒng)干擾

　　1.2.1 熱噪聲

　　熱噪聲存在于任何在絕對零度以上工作的電路或系統(tǒng)中，這種噪聲可以看成是無數(shù)獨(dú)立的微小電流脈沖的疊加。根據(jù)概率論的極限定理，它們服從高斯正態(tài)分布。對于負(fù)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=1.380 650 5 × 10-23 J/K，為玻耳茲曼常數(shù)；T 為熱力學(xué)溫度。

　　進(jìn)一步可得熱噪聲電流的均方差為：

　　式中：B 為接收機(jī)的電帶寬。

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

     1.2.2 級(jí)聯(lián)系統(tǒng)噪聲

　　無線局域網(wǎng)接收機(jī)一般由天線、放大器、濾波器和混合器等部件組成?？傁到y(tǒng)的噪聲是這些部件的所有噪聲以某種方式共同作用的結(jié)果。

　　假設(shè)每個(gè)部件的噪聲系數(shù)為F，增益為G，內(nèi)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(hào)分量又有噪聲分量。

　　若有2 個(gè)這樣的部件系統(tǒng)，其噪聲系數(shù)分別為F1和F2，增益分別為G1 和G2，輸入的假設(shè)噪聲為N0。

　　這時(shí)第一級(jí)（第一個(gè)部件）輸出和第二級(jí)（第二個(gè)部件）輸入是F1G1N0，第二級(jí)輸出為G2[（F2-1）N0+F1G1N0]，則總噪聲系數(shù)為：

　　以此類推，可得多級(jí)系統(tǒng)的噪聲系數(shù)為：

1.3 藍(lán)牙無線干擾

　　如果2 種無線模塊在同一系統(tǒng)或同一地點(diǎn)時(shí)，如：藍(lán)牙無線和無線局域網(wǎng)共存時(shí)，干擾信號(hào)較強(qiáng)，甚至?xí)霈F(xiàn)丟失連接的情況。

　　藍(lán)牙無線（bluetooth ）采用跳頻擴(kuò)頻（frequencyhoppingspread spectrum），發(fā)射功率為1 mW，數(shù)據(jù)傳輸速率為1 Mb/s，傳輸距離為10 m。藍(lán)牙無線和2.4 GHz 的無線局域網(wǎng)工作于同一個(gè)ISM（industrialscientific medical）頻段，存在兩者相互干擾的問題。

　　無線局域網(wǎng)采用的是直接序列擴(kuò)頻（d i r e c tsequence spread spectrum）技術(shù)。IEEE802.11b標(biāo)準(zhǔn)在2.4 GHz 以上的83.5 MHz 帶寬中規(guī)定了可用信道，每信道帶寬5 MHz，通常只用3 個(gè)互不重疊的信道。無線局域網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)11 Mb/s 以上，一般室內(nèi)可傳輸距離為100 m[4]。

　　當(dāng)無線局域網(wǎng)工作在11 Mb/s 的速率以下時(shí)，一個(gè)數(shù)據(jù)包需要約1 ms 時(shí)間在空中傳播，采用單時(shí)隙的藍(lán)牙連接每個(gè)數(shù)據(jù)包占625 s。所以在一次無線局域網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸期間，若有2 個(gè)藍(lán)牙數(shù)據(jù)包傳遞，其中任何1個(gè)落在無線局域網(wǎng)占據(jù)的20MHz信道范圍之內(nèi)，就會(huì)導(dǎo)致無線局域網(wǎng)信號(hào)傳輸失敗。

　　對藍(lán)牙無線與802.11bWLAN 的相互干擾進(jìn)行實(shí)際測量[5]，發(fā)現(xiàn)相互干擾與距離有關(guān)。在同一個(gè)系統(tǒng)內(nèi)兩者近距離（小于2 m）工作時(shí)，相互干擾較嚴(yán)重，分組錯(cuò)誤率（packet error rate）達(dá)99%，系統(tǒng)吞吐量幾乎為0。當(dāng)兩者的距離超過3 m時(shí)，干擾明顯減少，分組錯(cuò)誤率及系統(tǒng)吞吐量基本維持正常水平。

　　藍(lán)牙無線的典型應(yīng)用是采用藍(lán)牙鼠標(biāo)、鍵盤，在這種場合下用無線局域網(wǎng)的個(gè)人電腦，二者存在相互干擾問題。為了避免藍(lán)牙傳輸干擾，可以根據(jù)現(xiàn)場情況動(dòng)態(tài)選擇信道，也可以通過改變無線局域網(wǎng)每一分組長度，減少數(shù)據(jù)包傳輸期間受干擾，減少數(shù)據(jù)重傳的概率，提高干擾存在時(shí)的吞吐量。

　　1.4 同頻干擾

　　周圍環(huán)境對無線局域網(wǎng)也會(huì)產(chǎn)生窄帶干擾和全波段干擾。窄帶信號(hào)在不同輸出功率、不同頻譜的頻率寬度等情形下，可能會(huì)間歇地打斷發(fā)射的信號(hào)。

　　要避免窄帶信號(hào)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(wǎng)設(shè)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(gè)使用的頻率范圍，如：老式微波爐等設(shè)備的使用。處理這種干擾較好的方法是，改變發(fā)射頻率，如：將局域網(wǎng)發(fā)射頻率從2.4 GHz 改為5.8 GHz，或采用擴(kuò)頻技術(shù)，或移除產(chǎn)生全波段干擾的設(shè)備，這樣處理后能提供無線局域網(wǎng)較好的吞吐率和延遲特性。此外，當(dāng)無線局域網(wǎng)設(shè)備發(fā)射信號(hào)時(shí)，還可能受到室內(nèi)正在使用的同類設(shè)備鄰近信道或相同信道的干擾，以及相鄰小區(qū)間相鄰頻道的干擾。實(shí)踐表明，使用非干擾頻段時(shí)2 個(gè)AP 信號(hào)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(tǒng)增益G，信號(hào)所占用的頻帶寬度W 和信息本身實(shí)際所需的最小帶寬Bmin 的關(guān)系是：

　　信息容量的香農(nóng)（Shannon）公式為：

　　式中：C 為信道容量；PS PN 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PS PN 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(tǒng)有較好的抗干擾性。

　　用信息帶寬的100 倍，甚至1 000 倍以上的寬帶信號(hào)來傳輸信息，能提高抗干擾能力。接收機(jī)采用頻碼序列進(jìn)行相關(guān)檢測，空中即使有同類信號(hào)進(jìn)行干擾，如果不能檢測出有用信號(hào)的碼序列，干擾也不明顯。

　　3 結(jié)語

　　除了要考慮以上幾個(gè)方面的干擾因素外，還要針對覆蓋設(shè)計(jì)、頻率規(guī)劃、容量規(guī)劃、系統(tǒng)優(yōu)化等問題進(jìn)行深入的調(diào)研和勘查，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行正確的選擇和施工。