智能Wi-Fi應對射頻干擾挑戰

802.11技術(shù)在過(guò)去10年已經(jīng)取得了長(cháng)足的發(fā)展：更快、更強大且更具有可擴展性。但有一個(gè)問(wèn)題依然困擾著(zhù)Wi-Fi，即可靠性。沒(méi)有什么比用戶(hù)抱怨Wi-Fi性能不穩定、覆蓋不好、經(jīng)常掉線(xiàn)更讓網(wǎng)管人員崩潰的事了。要想把Wi-Fi這個(gè)看不到且不斷變化的環(huán)境給處理好的確是個(gè)問(wèn)題，而射頻干擾就是罪魁禍首。

射頻干擾幾乎來(lái)自于所有能發(fā)出電磁信號的裝置(無(wú)繩電話(huà)、藍牙手機、微波爐乃至智能儀表)。但大多數企業(yè)都沒(méi)有意識到的是，最大的Wi-Fi干擾源是他們自己的Wi-Fi網(wǎng)絡(luò )。

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

當一部802.11客戶(hù)端設備偵聽(tīng)到其它信號，無(wú)論該信號是否是Wi-Fi信號，該設備都會(huì )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(huì )導致數據丟包，從而強制Wi-Fi重傳數據。重傳數據會(huì )造成數據吞吐量下降，并給共享同一訪(fǎng)問(wèn)接入點(diǎn)(AP)的用戶(hù)帶來(lái)普遍的影響。

雖然頻譜分析工具現已集成在A(yíng)P中幫助IT部門(mén)觀(guān)察并甄別Wi-Fi干擾，但如果他們不能切實(shí)解決干擾問(wèn)題，那么就沒(méi)有什么實(shí)際意義。

射頻干擾的問(wèn)題由于新型無(wú)線(xiàn)標準802.11n的推出而變得更加嚴重。802.11n通常在一個(gè)AP中采用多個(gè)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(shí)現更高的連接速率。因此現在出問(wèn)題的機會(huì )將會(huì )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(zhù)提高數據傳輸速率的基本技術(shù)，空間復用和信道綁定將全部失效。

解決干擾問(wèn)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(fā)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(zhuān)長(cháng)，但沒(méi)有一種是直接針對射頻干擾問(wèn)題的。

目前市場(chǎng)上充斥著(zhù)大量采用全向雙極天線(xiàn)的AP，這些天線(xiàn)從各個(gè)方向發(fā)送和接收信號。由于這些天線(xiàn)總是不分環(huán)境、不分場(chǎng)合地發(fā)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(méi)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(jiǎn)直太影響效率了!而且隨之而來(lái)的是，共享該AP的所有用戶(hù)將會(huì )感受到無(wú)法忍受的性能下降。

不可思議的是，降低AP的數據速率實(shí)際卻產(chǎn)生了與期望相反的結果：數據包在空中停留的時(shí)間更長(cháng)。這就意味著(zhù)需要花更長(cháng)的時(shí)間接收這些數據包，從而增加了丟包的風(fēng)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(fā)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(fā)射功率的同時(shí)也會(huì )降低客戶(hù)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(jìn)而導致覆蓋空洞的形成。而這些空洞必須通過(guò)增加更多的AP來(lái)填補?？梢韵胂?，增加更多AP會(huì )制造更多的干擾。

不要改變信道

最后，大多數WLAN廠(chǎng)商希望客戶(hù)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(shí)，AP會(huì )自動(dòng)選擇另一個(gè)“干凈”的信道來(lái)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(shí)有時(shí)無(wú)。通過(guò)在有限的信道中跳轉，引發(fā)的問(wèn)題甚至比它解決的問(wèn)題還要多。

在使用最廣泛的2.4GHz Wi-Fi頻段，總共只有三個(gè)非干擾信道。即使是在5GHz頻段，在去除動(dòng)態(tài)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(gè)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(hù)端分離并再次關(guān)聯(lián)。這將引起語(yǔ)音和視頻類(lèi)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(fā)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(gè)信道或用同一無(wú)線(xiàn)頻段發(fā)射和接收Wi-Fi信號時(shí)產(chǎn)生的設備間干擾。為將同信道干擾降至最低，網(wǎng)管人員試圖更好地設計他們的網(wǎng)絡(luò )。而針對有限的可用頻譜，則通過(guò)將AP部署的間距拉到足夠遠，來(lái)達到它們之間無(wú)法偵聽(tīng)或無(wú)法相互干擾的目的。不過(guò)，Wi-Fi信號不會(huì )停止也不會(huì )受這些架構限制。

改變信道的方法也不會(huì )考慮到客戶(hù)的使用感受。在這些場(chǎng)景中，干擾取決于A(yíng)P所處的有利位置，但客戶(hù)得到了什么?難道轉移到一個(gè)干凈的信道真能改善用戶(hù)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(shù)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(fā)生，還會(huì )有一些其它的問(wèn)題令網(wǎng)管人員擔心，即信號與干擾加噪聲比，也稱(chēng)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(hù)吞吐量的負面影響，因此SINR是一個(gè)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(guò)提高信號增益或降低干擾來(lái)實(shí)現。但問(wèn)題是傳統的Wi-Fi系統只能通過(guò)提高功率或在A(yíng)P上豎起高增益定向天線(xiàn)來(lái)增加某個(gè)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(chuàng )新技術(shù)所采用的自適應天線(xiàn)陣列為網(wǎng)管人員帶來(lái)了福音，它利用定向天線(xiàn)的優(yōu)勢獲得增益和信道，而且用更少的AP實(shí)現了對同一區域的覆蓋。

采用更智能的天線(xiàn)解決干擾問(wèn)題

Wi-Fi的理想目標是將一個(gè)Wi-Fi信號直接發(fā)送給某個(gè)用戶(hù)，并監控該信號，確保它以最大速率傳送給用戶(hù)。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(wú)需變換信道的。

新型Wi-Fi技術(shù)結合了動(dòng)態(tài)波束形成技術(shù)和小型智能天線(xiàn)陣列(即所謂的“智能Wi-Fi”)，成為最接近無(wú)線(xiàn)理想境界的解決方案(圖3)。