無線局域網(wǎng)室內(nèi)信號(hào)干擾因素分析

引言

　　目前，無線局域網(wǎng)的規(guī)模在我國正逐漸擴(kuò)大，如：我國臺(tái)灣省的臺(tái)北市無線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的無線接入點(diǎn)數(shù)目已達(dá)4 200個(gè)，覆蓋面積133 km2，覆蓋了臺(tái)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(hào)傳送經(jīng)過室外和室內(nèi)各種遮蓋物時(shí)，居民區(qū)之間的無線局域網(wǎng)信號(hào)相互干擾，室內(nèi)路徑損耗，接收機(jī)系統(tǒng)的熱噪聲和級(jí)聯(lián)系統(tǒng)噪聲干擾，同頻干擾等引起信號(hào)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(hào)傳播的強(qiáng)度也會(huì)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(huì)隨著距離的增加而降低。當(dāng)移動(dòng)端遠(yuǎn)離AP節(jié)點(diǎn)時(shí)，會(huì)造成通信質(zhì)量差甚至無法連接。因此，有必要對(duì)各種干擾和信息損耗進(jìn)行分析，并提出相應(yīng)措施，從而使無線局域網(wǎng)信號(hào)最優(yōu)化。

　　1 干擾因素分析

　　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(xué)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(huì)影響樓層間的射頻衰減。測(cè)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(dāng)樓層數(shù)量增加時(shí)，整個(gè)路徑損耗以較小的比率增加。

　　一個(gè)室內(nèi)同時(shí)考慮樓層和墻壁的較為準(zhǔn)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(jī)與發(fā)射機(jī)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(jī)和發(fā)射機(jī)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(biāo)準(zhǔn)，在這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)下，工作頻帶常為5.8 GHz，提供的速率范圍為54 Mb/s。對(duì)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(dāng)接收天線和發(fā)射天線相距較近時(shí)取值較小，較遠(yuǎn)時(shí)取值較大，一般無線局域網(wǎng)n 取3.1。

　　無線信號(hào)傳播時(shí)室內(nèi)與室外差別較大。室外空曠，信號(hào)傳播時(shí)較少遇到障礙物；室內(nèi)則不同，室內(nèi)信號(hào)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(jī)之間是否有人走動(dòng)，天線如何安裝和安裝的位置等有密切關(guān)系。

　　1.2 接收機(jī)系統(tǒng)干擾

　　1.2.1 熱噪聲

　　熱噪聲存在于任何在絕對(duì)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(dú)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(duì)于負(fù)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(xué)溫度。

　　進(jìn)一步可得熱噪聲電流的均方差為：

　　式中：B 為接收機(jī)的電帶寬。

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

1.2.2 級(jí)聯(lián)系統(tǒng)噪聲

　　無線局域網(wǎng)接收機(jī)一般由天線、放大器、濾波器和混合器等部件組成。總系統(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(gè)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(hào)分量又有噪聲分量。

　　若有2 個(gè)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(shí)第一級(jí)（第一個(gè)部件）輸出和第二級(jí)（第二個(gè)部件）輸入是F1G1N0，第二級(jí)輸出為G2[（F2-1）N0+F1G1N0]，則總噪聲系數(shù)為：

　　以此類推，可得多級(jí)系統(tǒng)的噪聲系數(shù)為：