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WLAN同邻频干扰研究


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:

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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: 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。

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2、研究解决方案 、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
AC(RFS7000) AP(AP300) POE 供电模块 笔记本 交换机

数量
1 6 6 21 1

单位
台 台 块 台 台

测试中使用软件列表如下:
软件名称
IxChariot

数量
21

单位


3

2.2 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, 的吞 AP 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。

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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。

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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。
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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, 的吞吐量 AP 变化。

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从测试结果看, 干扰 AP 信号强度在-70dBm 以内变化时, AP 吞吐量及干扰 AP 吞吐 主 量均无明显变化, AP 吞吐量为无干扰情况时的 54%, 主 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。

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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。

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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, 的吞吐量 AP 变化。

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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, AP 吞吐量及干扰 AP 吞吐量均无明显变化, AP 吞吐量为无干扰情况时的 58%, 主 主 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)
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b) 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。

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