无线局域网室内信号干扰因素分析

引言

　　目前，无线局域网的规模在我国正逐渐扩大，如：我国台湾省的台北市无线网络建 设的无线接入点数目已达4 200个，覆盖面积133 km2，覆盖了台北市90% 以上的区域；我国大陆，无线局域网建设也在快速发展。但是，在无线局域网的使用中，由于无线局域网发射天线和接收天线之间信号传送经过室外和室内各种遮盖 物时，居民区之间的无线局域网信号相互干扰，室内路径损耗，接收机系统的热噪声和级联系统噪声干扰，同频干扰等引起信号下降。

　　无线局域网工作频段是2.4 GHz和5.8 GHz，这些无线信道为共享信道，频率资源非常有限。随着工作频率及数据传输率的提高，无线信号传播的强度也会降低。因此，如果不考虑无线局域网的各种干 扰，传输速率也会随着距离的增加而降低。当移动端远离AP节点时，会造成通信质量差甚至无法连接。因此，有必要对各种干扰和信息损耗进行分析，并提出相应 措施，从而使无线局域网信号最优化。

　　1 干扰因素分析

　　1.1 路径损耗

　　随着无线局域网的逐步普及，商店、办公室、家庭、学校、宾馆等室内使用无线电脑的用户越来越多。在建筑 物内，建筑材料类型、建筑物内结构和窗户类型等不同，都会影响楼层间的射频衰减。测量表明，楼层间的损耗并不随分隔距离的增加成分贝数线性增加，而是当楼 层数量增加时，整个路径损耗以较小的比率增加。

　　一个室内同时考虑楼层和墙壁的较为准确的路径损耗模型为：

　　式中：LP 为功率损耗系数；指1m 距离处的自由空间路径损耗；r 表示接收机与发射机之间的距离；r0 是参考距离，假设为1 m；n 是路径损耗指数；Wi 是墙体的衰减系数；Fj 是楼板的衰减系数；Nw 和NF 分别是室内接收机和发射机之间的墙壁和楼板的数目。

　　无线局域网常用的是IEEE 802.11n 标准，在这个标准下，工作频带常为5.8 GHz，提供的速率范围为54 Mb/s。对于频带为5.8 GHz 室内传播，国际电信联盟推荐的传播模型为：

　　式中：P0 是发射功率。

　　路径损耗指数n 的值要根据具体条件选取，当接收天线和发射天线相距较近时取值较小，较远时取值较大，一般无线局域网n 取3.1。

　　无线信号传播时室内与室外差别较大。室外空旷，信号传播时较少遇到障碍物；室内则不同，室内信号的传播不仅受到建筑物的布局和所使用的建筑材料等因素的影响，还和室内门与门之间是否打开，收发机之间是否有人走动，天线如何安装和安装的位置等有密切关系。

　　1.2 接收机系统干扰

　　1.2.1 热噪声

　　热噪声存在于任何在绝对零度以上工作的电路或系统中，这种噪声可以看成是无数独立的微小电流脉冲的叠加。根据概率论的极限定理，它们服从高斯正态分布。对于负载电阻为RL，其热噪声电流的双边谱密度由式（3）给出：

　　式中：k=1.380 650 5 × 10-23 J/K，为玻耳兹曼常数；T 为热力学温度。

　　进一步可得热噪声电流的均方差为：

　　式中：B 为接收机的电带宽。

　　式（4）表明，热噪声均方差与负载电阻RL 成反比，在接收机的设计中，常采用高阻抗前端。热噪声均方差与接收机的电带宽成正比，为降低热噪声，要限制接收机的带宽。

1.2.2 级联系统噪声

　　无线局域网接收机一般由天线、放大器、滤波器和混合器等部件组成。总系统的噪声是这些部件的所有噪声以某种方式共同作用的结果。

　　假设每个部件的噪声系数为F，增益为G，内在噪声源的谱密度为（F-1）kT0。如果S（f）是部件的输入，则电路的输出为：

　　其输出既有信号分量又有噪声分量。

　　若有2 个这样的部件系统，其噪声系数分别为F1和F2，增益分别为G1 和G2，输入的假设噪声为N0。

　　这时第一级（第一个部件）输出和第二级（第二个部件）输入是F1G1N0，第二级输出为G2[（F2-1）N0+F1G1N0]，则总噪声系数为：

　　以此类推，可得多级系统的噪声系数为：

1.3 蓝牙无线干扰

　　如果2 种无线模块在同一系统或同一地点时，如：蓝牙无线和无线局域网共存时，干扰信号较强，甚至会出现丢失连接的情况。

　　蓝牙无线（bluetooth ）采用跳频扩频（frequencyhoppingspread spectrum），发射功率为1 mW，数据传输速率为1 Mb/s，传输距离为10 m。蓝牙无线和2.4 GHz 的无线局域网工作于同一个ISM（industrialscientific medical）频段，存在两者相互干扰的问题。

　　无线局域网采用的是直接序列扩频（d i r e c tsequence spread spectrum）技术。IEEE802.11b标准在2.4 GHz 以上的83.5 MHz 带宽中规定了可用信道，每信道带宽5 MHz，通常只用3 个互不重叠的信道。无线局域网数据传输速率可达11 Mb/s 以上，一般室内可传输距离为100 m[4]。

当无线局域网工作在11 Mb/s 的速率以下时，一个数据包需要约