無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)室內信號干擾因素分析

引言

　　目前，無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)的規模在我國正逐漸擴大，如：我國臺灣省的臺北市無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )建設的無(wú)線(xiàn)接入點(diǎn)數目已達4 200個(gè)，覆蓋面積133 km2，覆蓋了臺北市90% 以上的區域；我國大陸，無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)建設也在快速發(fā)展。但是，在無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)的使用中，由于無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)發(fā)射天線(xiàn)和接收天線(xiàn)之間信號傳送經(jīng)過(guò)室外和室內各種遮蓋物時(shí)，居民區之間的無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)信號相互干擾，室內路徑損耗，接收機系統的熱噪聲和級聯(lián)系統噪聲干擾，同頻干擾等引起信號下降。
　　無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)工作頻段是2.4 GHz和5.8 GHz，這些無(wú)線(xiàn)信道為共享信道，頻率資源非常有限。隨著(zhù)工作頻率及數據傳輸率的提高，無(wú)線(xiàn)信號傳播的強度也會(huì )降低。因此，如果不考慮無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)的各種干擾，傳輸速率也會(huì )隨著(zhù)距離的增加而降低。當移動(dòng)端遠離AP節點(diǎn)時(shí)，會(huì )造成通信質(zhì)量差甚至無(wú)法連接。因此，有必要對各種干擾和信息損耗進(jìn)行分析，并提出相應措施，從而使無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)信號最優(yōu)化。

　　1 干擾因素分析

　　1.1 路徑損耗

　　隨著(zhù)無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)的逐步普及，商店、辦公室、家庭、學(xué)校、賓館等室內使用無(wú)線(xiàn)電腦的用戶(hù)越來(lái)越多。在建筑物內，建筑材料類(lèi)型、建筑物內結構和窗戶(hù)類(lèi)型等不同，都會(huì )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(xiàn)性增加，而是當樓層數量增加時(shí)，整個(gè)路徑損耗以較小的比率增加。

　　一個(gè)室內同時(shí)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(fā)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(fā)射機之間的墻壁和樓板的數目。

　　無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)常用的是IEEE 802.11n 標準，在這個(gè)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(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n 的值要根據具體條件選取，當接收天線(xiàn)和發(fā)射天線(xiàn)相距較近時(shí)取值較小，較遠時(shí)取值較大，一般無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)n 取3.1。

　　無(wú)線(xiàn)信號傳播時(shí)室內與室外差別較大。室外空曠，信號傳播時(shí)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(mén)與門(mén)之間是否打開(kāi)，收發(fā)機之間是否有人走動(dòng)，天線(xiàn)如何安裝和安裝的位置等有密切關(guān)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(wú)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(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；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(lián)系統噪聲

　　無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)接收機一般由天線(xiàn)、放大器、濾波器和混合器等部件組成?？傁到y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(gè)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(gè)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(shí)第一級（第一個(gè)部件）輸出和第二級（第二個(gè)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(lèi)推，可得多級系統的噪聲系數為：