WLAN同邻频干扰研究

1一、背景情况随着全业务竞争的全面展开，各家运营商在用户争夺战上更加激烈。就江苏130万活跃用户的高校市场而言，更是各家运营商的必争之地。相对于电信结合校园宽带捆绑营销的优势，中国移动通信集团江苏有限公司通过半年时间对江苏xx所高校中的xx所高校进行了WLAN覆盖，为高校市场的全业务营销做好准备。WLAN业务可完成对高校市场互联网需求的快速覆盖，但相比有线宽带而言，WLAN业务使用的802.11a/b/g协议也存在一定劣势。比如：1、802.11a/b/g协议的工作频段分别为5GHz和2.4GHz，信号穿透能力差，信号整体覆盖存在一定难度；2、802.11b/g的公开频段共13个，但其互不干扰的频段只有3个，因此在信号覆盖过程中，如何降低信号间的同频、临频干扰，对于提高WLAN网络的质量和稳定性有至关重要的作用。截止2010年6月底，江苏移动南京分公司WLAN高校活跃用户已经达到9万人，而日均在线人数更是达到了4万人，晚间高峰时段的同时在线人数也已达到了1万人。在市场部对部分高校转网用户的调查中发现，70%的转网用户是受到电信有线宽带的吸引而转网的。就这种形势下，提升南京移动高校WLAN网络质量，提升用户使用WLAN感知度，对于防止高校用户流失，增加运营收入有着积极的意义。而高校WLAN网络由于覆盖集中，用户使用集中的特点，网络中存在的同邻频干扰尤为突出，因此通过WLAN无线网络的抗干扰技术研究和实施，可有效提升网络质量、改善用户使用感知。目前高校WLAN建设中广泛使用的是820.11b和802.11g协议。802.11b协议其工作频率为2.4GHz，可提供1、2、5.5、11Mbit/s的自适应速率，在2.4GHz的ISM频段上共有14个频宽为22MHz的频道可供使用。802.11g协议为802.11b协议的后续标准，其工作频率也为2.4GHz，原始传送速度为54Mbit/s，802.11g协议向下兼容802.11b协议。802.11b/g虽然在2.4GHz频段提供14个频道，但相邻频段之间存在重叠，可提供互不干扰的频道只有3个，国内广泛使用的为1、6、11这3个频道，由于只有3个互不干扰的频道可供选择，且此频道公开，即任何运营商、企事业和个人用户均可使用这几个频道，增加了WLAN无线网络的干扰。802.11b/g各频道之间的频率划分方式如图一所示：2图一80.11b/g频道划分WLAN无线频段干扰究竟会对网络造成什么影响呢？WLAN是基于CSMA/CA方式为终端服务，也就是说，一个终端需要使用WLAN进行通信时，首先要监听信道，这是就会出现两种情况。一是如果信道当时有人在使用，就一直监听下去直到信道空闲。二是如是信道空闲，就使用这个信道，此时信道是被占用的。820.11b和802.11g协议的理论最大速率虽然能够达11Mbit/s和54Mbit/s的速率，但如果此时AP1和AP2都使用的6频道，那么无论终端是接入到AP1还是AP2，只要有一个终端在进行通信，那么这个6信道就是被占用的，其他终端不能使用，这就是干扰。因为WLAN是采用竞争的，终端竞争到就完全使用这22MHz的信道，使用完后终端继续竞争。此时如果AP使用相同信道的话，竞争会使性能退化，单个AP的吞吐性能下降。而同时，同临频干扰产生波形的叠加或者衰落，导致接收端无法准确识别、还原信号，大量数据重传更增加了带宽开销，使无线网络的传送性能更加恶化。因此研究如何增加WLAN无线网络的抗干扰能力具有重大意义。二、技术方案：1、概述为量化WLAN同邻频干扰对网络的影响程度，为WLAN网络的规划与优化提供依据，江苏公司在现网环境下，完成WLAN网络干扰测试。测试内容包括无干扰环境下用户数及业务变化对网络吞吐量的影响；同频干扰下用户数及业务变化对网络吞吐量的影响；同频干扰下干扰AP信号强度变化对网络吞吐量的影响；邻频干扰下用户数及业务变化对网络吞吐量的影响；邻频干扰下干扰AP信号强度变化对网络吞吐量的影响。32、研究解决方案2.1测试环境介绍测试环境选择在现网环境下，二层交换机上层接入AC，通过AC为终端进行DHCP分配；旁挂吞吐量测试服务器，为测试提供下载上传服务；二层交换机下挂AP，提供WLAN接入并形成干扰；采用20台终端提供压力测试。测试中使用硬件列表如下，硬件名称数量单位AC(RFS7000)1台AP(AP300)6台POE供电模块6块笔记本21台交换机1台测试中使用软件列表如下：软件名称数量单位IxChariot21套42.2无干扰情况下测试分析无干扰情况测试下，只开启主AP电源，其余AP关闭，AP采用频点为6，测试终端使用IxChariot软件进行吞吐量测试。记录当接入用户数从1个增加至11个时，AP的吞吐量变化。测试接入如下图所示。从图中可以看到，在WLAN网络无干扰的情况下，随着接入用户数的增加，AP的吞吐量反而呈现下降趋势，分析此原因为802.11x采用的CSMA/CA的机制在用户数增加后竞争退避时间增加导致。测试结果中可以看到，当接入用户数为7个时，可以保证单个用户2Mbps的带宽需求，当用户数增加至10个时，单用户带宽为1Mbps，用户数继续增加后单用户带宽在1Mbps以下。在无干扰情况下，接入终端分别使用HTTP、P2P、在线视频业务进行流量测试。并按照现网用户使用模型将接入用户以3:1:1的比例使用HTTP、P2P、在线视频业务做模拟用户使用行为的测试。方法为在IxChariot软件中分别选用HTTP、P2P、在线视频协议进行测试。记录当接入用户数增加时各种不同业务模型的吞吐量变化。5从测试结果看，在无干扰情况下，在线视频业务尽量多的榨取带宽，且各用户间速率较为平均。当用户数增加到10个后，有用户无法建立视频连接，导致整体吞吐量急剧下降；模拟用户使用行为时，当用户数增加到10个后，整体吞吐量出现下降趋势；网页浏览随着用户数增加吞吐量稳步上升，P2P、在线视频当用户量超过一定值后出现下滑。2.3同频干扰情况下测试分析同频干扰测试下，主AP采用6频点不变，增加1个干扰AP同样采用6频点，主AP及干扰AP信号强度分别为-45dBm和-51dBm。主AP的接入用户数始终保持5个人，干扰AP的接入用户数由1个增加至5个。记录干扰AP接入用户无业务使用与有业务使用情况下的主AP吞吐量变化。6从测试结果可以发现，当WLAN环境中存在同频干扰，若同频干扰AP下接入用户未发生流量，主AP的吞吐量略受影响，最大为6%，影响程度小。当同频干扰AP下接入用户有流量时，主AP与干扰AP的吞吐量之和相当于一个AP的吞吐量，主AP的吞吐量只有干扰前的31%，影响严重。同频干扰情况下，测试各种业务模型的受影响情况。记录当主AP接入用户为5个，干扰AP接入用户数由1增加至5个时的AP吞吐量变化。从测试结果可以看到，在有1个同频干扰的情况下，干扰AP和主AP的各种业务吞吐量较无干扰单AP吞吐量最多下降26%。干扰情况下在线视频吞吐量下降最小的原因为，在无干扰情况下当用户增加到11个时，部分用户无法建立连接，导致吞吐量急剧下降，排除这个因素外，在线视频的下降17%，为受影响最严重的业务。7为量化干扰AP对主AP的干扰与信号强度的关系，在本次研究中，完成了干扰与信号强度变化分析。测试环境如下图所示，在主AP与干扰AP共同覆盖的情况下，随着干扰AP的信号强度变化，干扰AP覆盖范围与主AP覆盖范围的重叠区域变小，直至干扰AP与主AP的覆盖无重叠。主AP与干扰AP的接入用户都为5个，记录当干扰AP信号强度变化时，AP的吞吐量变化。8从测试结果看，干扰AP信号强度在-70dBm以内变化时，主AP吞吐量及干扰AP吞吐量均无明显变化，主AP吞吐量为无干扰情况时的54%，干扰AP吞吐量为无干扰情况时的45%。当干扰AP信号强度弱于-70dBm时，干扰AP吞吐量减小，主AP吞吐量增加。当干扰AP信号弱于-85时，终端无法连接，主AP吞吐量接近无干扰AP吞吐量。2.4邻频干扰情况下测试分析同频干扰测试下，主AP采用6频点不变，增加1个干扰AP同样采用5频点，主AP及干扰AP信号强度分别为-45dBm和-51dBm。主AP的接入用户数始终保持5个人，干扰AP的接入用户数由1个增加至5个。记录干扰AP接入用户无业务使用与有业务使用情况下的主AP吞吐量变化。9从测试结果可以发现，当WLAN环境中存在邻频干扰时，若同频干扰AP下接入用户未发生流量，主AP的吞吐量略受影响，最大为11%，影响程度小。当同频干扰AP下接入用户有流量时，总吞吐量低于无干扰情况下单个AP吞吐量，为无干扰情况下单个AP吞吐量的73%的。邻频干扰情况下，测试各种业务模型的受影响情况。记录当主AP接入用户为5个，干扰AP接入用户数由1增加至5个时的AP吞吐量变化。10从测试结果可以看到，在有1个邻频干扰的情况下，干扰AP和主AP的各种业务吞吐量较无干扰单AP吞吐量最多下降40%。测试结果看，邻频干扰各项测试指标较同频干扰情况更差。邻频干扰情况下，为明确干扰AP信号强度对WLAN网路吞吐量影响程度，进行了欧临频干扰信号强度对吞吐量的影响分析。主AP与干扰AP的接入用户都为5个，记录当干扰AP信号强度变化时，AP的吞吐量变化。11从测试结果看，在有1个邻频干扰AP的情况下，干扰AP下挂用户，但无业务产生的前提下，主AP的吞吐量随着干扰AP的信号强度变化而有所变化。当干扰AP信号强度在-70以内变化时，AP吞吐量为无干扰吞吐量的90%，当干扰AP信号强度在-75以下时，AP吞吐量接近无干扰时的吞吐量。当干扰AP有业务时，干扰AP信号强度在-70dBm以内变化时，主AP吞吐量及干扰AP吞吐量均无明显变化，主AP吞吐量为无干扰情况时的58%，干扰AP吞吐量为无干扰情况时的54%。当干扰AP信号强度弱于-70dBm时，干扰AP吞吐量减小，主AP吞吐量增加。当干扰AP信号弱于-85时，终端无法连接，主AP吞吐量接近无干扰AP吞吐量。2.5结论a)在无干扰情况下，随着接入用户数的增加AP吞吐量逐步下降。b)当接入用户数达到7个时，基本能保证每个用户的吞吐量在2Mbps，当用户超过10人后，每个用户吞吐量小于1Mbps。c)同频干扰多个AP总吞吐量相当于1个AP吞吐量。d)临频干扰各AP总吞吐量相当于无干扰情况下单个AP吞吐量的73%。e)当干扰AP信号强度低于-85dBm时，对主AP的几乎无干扰。三、效果分析通过WLAN同邻频干扰研究，明确了WLAN网络规划、优化中的的几项规划指标。a)AP覆盖最大在线用户数：7人（2Mbps/人）、10人（1Mbps/人）12b)WLAN干扰规划：干扰AP信号强度：小于-85dBm。根据WLAN优化依据，通过调整现网WLAN网络的频率优化与功率调整，减少WLAN干扰情况，对网络吞吐量的提升明显，整个网络吞吐量有明显增加，增幅达到了300%。四、本省应用推广情况WLAN网络抗干扰通过现场测试，调整AP功率及频道就可以有效提升WLAN网络的吞吐量，优化过程不必使用昂贵仪器仪表，通过笔记本终端进行吞吐量测试就可以完成，并不存在任何操作难度，适合于全网推广。