智能Wi-Fi應對射頻干擾挑戰

802.11技術在過去10年已經取得了長足的發展：更快、更強大且更具有可擴展性。但有一個問題依然困擾著Wi-Fi，即可靠性。沒有什么比用戶抱怨Wi-Fi性能不穩定、覆蓋不好、經常掉線更讓網管人員崩潰的事了。要想把Wi-Fi這個看不到且不斷變化的環境給處理好的確是個問題，而射頻干擾就是罪魁禍首。

射頻干擾幾乎來自于所有能發出電磁信號的裝置(無繩電話、藍牙手機、微波爐乃至智能儀表)。但大多數企業都沒有意識到的是，最大的Wi-Fi干擾源是他們自己的Wi-Fi網絡。

不同于授權頻譜，可以將一定的帶寬授權給特定的服務商使用。Wi-Fi是一個任何人都可以使用的共享介質，它工作在2.4GHz和5GHz這兩個免授權頻段。

當一部802.11客戶端設備偵聽到其它信號，無論該信號是否是Wi-Fi信號，該設備都會暫緩傳輸數據直到該信號消失。如果在數據傳輸中出現干擾則會導致數據丟包，從而強制Wi-Fi重傳數據。重傳數據會造成數據吞吐量下降，并給共享同一訪問接入點(AP)的用戶帶來普遍的影響。

雖然頻譜分析工具現已集成在AP中幫助IT部門觀察并甄別Wi-Fi干擾，但如果他們不能切實解決干擾問題，那么就沒有什么實際意義。

射頻干擾的問題由于新型無線標準802.11n的推出而變得更加嚴重。802.11n通常在一個AP中采用多個射頻信號在不同的方向和方位傳輸幾路 Wi-Fi數據流，從而實現更高的連接速率。因此現在出問題的機會將會翻倍。這些信號中如果有一路信號受到干擾，那么作為802.11n用于顯著提高數據傳輸速率的基本技術，空間復用和信道綁定將全部失效。

解決干擾問題的通行做法

通常解決射頻干擾的方法包括降低物理數據率，降低受影響AP的發射功率，以及改變AP的信道分配三種方式。雖然這些方法都有它們各自的專長，但沒有一種是直接針對射頻干擾問題的。

目前市場上充斥著大量采用全向雙極天線的AP，這些天線從各個方向發送和接收信號。由于這些天線總是不分環境、不分場合地發送和接收信號，一旦出現干擾，這些系統除了與干擾做斗爭以外沒有其它辦法。它們不得不降低物理數據傳輸速率，直至達到可接受的丟包水平為止。這簡直太影響效率了!而且隨之而來的是，共享該AP的所有用戶將會感受到無法忍受的性能下降。

不可思議的是，降低AP的數據速率實際卻產生了與期望相反的結果：數據包在空中停留的時間更長。這就意味著需要花更長的時間接收這些數據包，從而增加了丟包的風險，使它們在周期性干擾中變得更加脆弱。

另一種針對Wi-Fi設計的通常做法是降低AP的發射功率，從而更好地利用有限的信道數量。這樣做可以減少共享一臺AP的設備數量，以提高AP的性能。但是降低發射功率的同時也會降低客戶端接收信號的強度，這就轉變成了更低的數據率和更小范圍的Wi-Fi覆蓋，進而導致覆蓋空洞的形成。而這些空洞必須通過增加更多的AP來填補。可以想象，增加更多AP會制造更多的干擾。

不要改變信道

最后，大多數WLAN廠商希望客戶能相信，解決Wi-Fi干擾的最佳方案是“改變信道”。也就是當射頻干擾增加時，AP會自動選擇另一個“干凈”的信道來使用。

雖然改變信道是一種在特定頻率上解決持續干擾的有效方法，但干擾更傾向于不斷變化且時有時無。通過在有限的信道中跳轉，引發的問題甚至比它解決的問題還要多。

在使用最廣泛的2.4GHz Wi-Fi頻段，總共只有三個非干擾信道。即使是在5GHz頻段，在去除動態頻率選擇(DFS：一種允許非授權設備與現有雷達系統共享頻譜的機制)之后也只有4個非重疊40MHz寬信道(圖1)。

圖1：針對802.11工作在5GHz頻段的可用信道。

AP執行的改變信道操作需要將連接的客戶端分離并再次關聯。這將引起語音和視頻類應用的中斷，并導致由于相鄰AP為防止同信道干擾而變換信道，從而引發的多米諾骨牌效應。

同信道干擾是在不同的設備使用同一個信道或用同一無線頻段發射和接收Wi-Fi信號時產生的設備間干擾。為將同信道干擾降至最低，網管人員試圖更好地設計他們的網絡。而針對有限的可用頻譜，則通過將AP部署的間距拉到足夠遠，來達到它們之間無法偵聽或無法相互干擾的目的。不過，Wi-Fi信號不會停止也不會受這些架構限制。

改變信道的方法也不會考慮到客戶的使用感受。在這些場景中，干擾取決于AP所處的有利位置，但客戶得到了什么?難道轉移到一個干凈的信道真能改善用戶體驗嗎?

征集方案：更強的信號，更低的干擾

一種預測Wi-Fi系統性能的技術指標就是信噪比(SNR)。SNR是接收信號水平與背景噪聲強度的差值(圖2)。通常，信噪比越高，則誤碼率越低且吞吐量越高。但是，一旦干擾發生，還會有一些其它的問題令網管人員擔心，即信號與干擾加噪聲比，也稱作SINR。SINR是信號水平與干擾水平的差值。由于反映了射頻干擾對用戶吞吐量的負面影響，因此SINR是一個更好的用于反映Wi-Fi系統能夠達到何種性能的指標。SINR值越高，數據傳輸率就越高，頻譜容量就越大。

圖2：SINR是決定Wi-Fi系統性能的重要指標。

為獲得更高的SINR指標，Wi-Fi系統必須通過提高信號增益或降低干擾來實現。但問題是傳統的Wi-Fi系統只能通過提高功率或在AP上豎起高增益定向天線來增加某個方向上的信號強度，但這卻限制了對小區域的覆蓋。最新的Wi-Fi創新技術所采用的自適應天線陣列為網管人員帶來了福音，它利用定向天線的優勢獲得增益和信道，而且用更少的AP實現了對同一區域的覆蓋。

采用更智能的天線解決干擾問題

Wi-Fi的理想目標是將一個Wi-Fi信號直接發送給某個用戶，并監控該信號，確保它以最大速率傳送給用戶。它不斷在信號路徑上重定向Wi-Fi傳輸，而該路徑是干凈且無需變換信道的。

新型Wi-Fi技術結合了動態波束形成技術和小型智能天線陣列(即所謂的“智能Wi-Fi”)，成為最接近無線理想境界的解決方案(圖3)。