無線局域網(wǎng)室內(nèi)信號干擾因素分析
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引言
目前，無線局域網(wǎng)的規(guī)模在我國正逐漸擴大，如：我國臺灣省的臺北市無線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的無線接入點數(shù)目已達4 200個，覆蓋面積133 km2，覆蓋了臺北市90% 以上的區(qū)域；我國大陸，無線局域網(wǎng)建設(shè)也在快速發(fā)展。但是，在無線局域網(wǎng)的使用中，由于無線局域網(wǎng)發(fā)射天線和接收天線之間信號傳送經(jīng)過室外和室內(nèi)各種遮蓋物時，居民區(qū)之間的無線局域網(wǎng)信號相互干擾，室內(nèi)路徑損耗，接收機系統(tǒng)的熱噪聲和級聯(lián)系統(tǒng)噪聲干擾，同頻干擾等引起信號下降。
無線局域網(wǎng)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(shù)據(jù)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(wǎng)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(jié)點時，會造成通信質(zhì)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(wǎng)信號最優(yōu)化。
1.1 路徑損耗
隨著無線局域網(wǎng)的逐步普及，商店、辦公室、家庭、學校、賓館等室內(nèi)使用無線電腦的用戶越來越多。在建筑物內(nèi)，建筑材料類型、建筑物內(nèi)結(jié)構(gòu)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(shù)線性增加，而是當樓層數(shù)量增加時，整個路徑損耗以較小的比率增加。
一個室內(nèi)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(shù)；指1m 距離處的自由空間路徑損耗；r 表示接收機與發(fā)射機之間的距離；r0 是參考距離，假設(shè)為1 m；n 是路徑損耗指數(shù)；Wi 是墻體的衰減系數(shù)；Fj 是樓板的衰減系數(shù)；Nw 和NF 分別是室內(nèi)接收機和發(fā)射機之間的墻壁和樓板的數(shù)目。
無線局域網(wǎng)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(nèi)傳播，國際電信聯(lián)盟推薦的傳播模型為：
式中：P0 是發(fā)射功率。
路徑損耗指數(shù)n 的值要根據(jù)具體條件選取，當接收天線和發(fā)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(wǎng)n 取3.1。
無線信號傳播時室內(nèi)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(nèi)則不同，室內(nèi)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(nèi)門與門之間是否打開，收發(fā)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(guān)系。
1.2 接收機系統(tǒng)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(tǒng)中，這種噪聲可以看成是無數(shù)獨立的微小電流脈沖的疊加。根據(jù)概率論的極限定理，它們服從高斯正態(tài)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(shù)；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(shè)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(lián)系統(tǒng)噪聲
無線局域網(wǎng)接收機一般由天線、放大器、濾波器和混合器等部件組成?？傁到y(tǒng)的噪聲是這些部件的所有噪聲以某種方式共同作用的結(jié)果。
假設(shè)每個部件的噪聲系數(shù)為F，增益為G，內(nèi)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(tǒng)，其噪聲系數(shù)分別為F1和F2，增益分別為G1 和G2，輸入的假設(shè)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(shù)為：
以此類推，可得多級系統(tǒng)的噪聲系數(shù)為：
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