無線局域網室內信號干擾因素分析

引言

　　目前，無線局域網的規模在我國正逐漸擴大，如：我國臺灣省的臺北市無線網絡建設的無線接入點數目已達4 200個，覆蓋面積133 km2，覆蓋了臺北市90% 以上的區域；我國大陸，無線局域網建設也在快速發展。但是，在無線局域網的使用中，由于無線局域網發射天線和接收天線之間信號傳送經過室外和室內各種遮蓋物時，居民區之間的無線局域網信號相互干擾，室內路徑損耗，接收機系統的熱噪聲和級聯系統噪聲干擾，同頻干擾等引起信號下降。
　　無線局域網工作頻段是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。隨著工作頻率及數據傳輸率的提高，無線信號傳播的強度也會降低。因此，如果不考慮無線局域網的各種干擾，傳輸速率也會隨著距離的增加而降低。當移動端遠離AP節點時，會造成通信質量差甚至無法連接。因此，有必要對各種干擾和信息損耗進行分析，并提出相應措施，從而使無線局域網信號最優化。

　　1 干擾因素分析

　　1.1 路徑損耗

　　隨著無線局域網的逐步普及，商店、辦公室、家庭、學校、賓館等室內使用無線電腦的用戶越來越多。在建筑物內，建筑材料類型、建筑物內結構和窗戶類型等不同，都會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線性增加，而是當樓層數量增加時，整個路徑損耗以較小的比率增加。

　　一個室內同時考慮樓層和墻壁的較為準確的路徑損耗模型為：

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

　　無線局域網常用的是IEEE 802.11n 標準，在這個標準下，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 室內傳播，國際電信聯盟推薦的傳播模型為：

　　式中：P0 是發射功率。

　　路徑損耗指數n 的值要根據具體條件選取，當接收天線和發射天線相距較近時取值較小，較遠時取值較大，一般無線局域網n 取3.1。

　　無線信號傳播時室內與室外差別較大。室外空曠，信號傳播時較少遇到障礙物；室內則不同，室內信號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，還和室內門與門之間是否打開，收發機之間是否有人走動，天線如何安裝和安裝的位置等有密切關系。

　　1.2 接收機系統干擾

　　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中，這種噪聲可以看成是無數獨立的微小電流脈沖的疊加。根據概率論的極限定理，它們服從高斯正態分布。對于負載電阻為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；T 為熱力學溫度。

　　進一步可得熱噪聲電流的均方差為：

　　式中：B 為接收機的電帶寬。

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

1.2.2 級聯系統噪聲

　　無線局域網接收機一般由天線、放大器、濾波器和混合器等部件組成。總系統的噪聲是這些部件的所有噪聲以某種方式共同作用的結果。

　　假設每個部件的噪聲系數為F，增益為G，內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：

　　其輸出既有信號分量又有噪聲分量。

　　若有2 個這樣的部件系統，其噪聲系數分別為F1和F2，增益分別為G1 和G2，輸入的假設噪聲為N0。

　　這時第一級（第一個部件）輸出和第二級（第二個部件）輸入是F1G1N0，第二級輸出為G2[（F2-1）N0+F1G1N0]，則總噪聲系數為：

　　以此類推，可得多級系統的噪聲系數為：