楊文翰，李建欣，王曉冬，李明明

（國家無線電監(jiān)測中心，北京 100037）

5.8GHz頻段微功率設(shè)備與WLAN干擾分析與實(shí)驗

楊文翰，李建欣，王曉冬，李明明

（國家無線電監(jiān)測中心，北京 100037）

本文分析了5.8GH z頻段微功率設(shè)備對WLAN設(shè)備的干擾機(jī)理，計算了微功率設(shè)備與WLAN設(shè)備間的干擾保護(hù)距離，并設(shè)計實(shí)驗測試了一款微功率設(shè)備對802.11a設(shè)備的干擾。

微功率設(shè)備；電磁干擾；5.8GH z 802.11a

1 引言

ITU-R SM.1538-2建議書“短距離無線電通信設(shè)備技術(shù)和操作參數(shù)及頻譜要求”中定義短距離無線電通信設(shè)備（SRD）為：短距無線通信設(shè)備指提供單向或雙向通信、功率低、對其他無線電設(shè)備不易造成干擾的無線電發(fā)射設(shè)備。這些設(shè)備運(yùn)行的原則是不干擾，不保護(hù)。

鑒于短距離無線電通信設(shè)備通常是在無干擾、無保護(hù)的基礎(chǔ)上使用，工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)療（ISM）頻段已被選作這些設(shè)備的主要頻率范圍。國際上很多國家（包括美國，歐洲大部分國家，日本以及韓國等），都在5.8GHz（5725-5850MHz）頻段廣泛使用短距離無線電通信設(shè)備。另外，WLAN系統(tǒng)也工作在此頻段，必須對兩者使用同一頻段的兼容性進(jìn)行研究。

本文首先分析了5.8GH z頻段微功率設(shè)備對WLAN設(shè)備的干擾機(jī)理，計算了微功率設(shè)備與WLAN設(shè)備間的干擾保護(hù)距離，然后設(shè)計實(shí)驗測試了802.11a設(shè)備在某型號微功率雷達(dá)干擾下的性能影響。結(jié)果表明，WLAN設(shè)備不易受到微功率設(shè)備的干擾。

2 微功率設(shè)備對WLAN設(shè)備干擾分析

無線系統(tǒng)受到的干擾包括同信道干擾與鄰信道干擾，本文主要研究的是同信道干擾。為了分析系統(tǒng)的受干擾機(jī)理，本文先提出了無線系統(tǒng)受同信道干擾的三個條件：受干擾系統(tǒng)接收干擾功率超過門限值；信號在頻域上發(fā)生碰撞；信號在時域上發(fā)生碰撞。

本文在微功率設(shè)備與WLAN設(shè)備同頻，并且以最大發(fā)射功率連續(xù)發(fā)射的條件下，分析了微功率設(shè)備對WLAN設(shè)備的干擾，根據(jù)分析結(jié)果，建議將5.8GHz頻段規(guī)劃用于微功率設(shè)備。

2.1 干擾門限

802.11a協(xié)議采用載波偵聽多路接入/沖突避免（CSMA/CA）的信道接入機(jī)制，WLAN發(fā)送端在發(fā)送數(shù)據(jù)前，會先偵聽信道上有無其他設(shè)備在發(fā)送信息，如果沒有（即信道空閑），則發(fā)送數(shù)據(jù)；否則（信道忙）暫不發(fā)送，退避一段時間后再嘗試。當(dāng)WLAN工作信道存在干擾時，WLAN在發(fā)送數(shù)據(jù)前會對接收到的干擾信號進(jìn)行判斷，如果干擾信號的功率超過載波偵聽（CCA）門限，WLAN會認(rèn)為干擾信號占用了信道，暫不發(fā)送數(shù)據(jù)，退避一段時間后再嘗試。WLAN會因為不斷退避而無法接入信道造成數(shù)據(jù)包傳輸時延變大，影響正常通信。干擾機(jī)理如圖1所示。因此，可以CCA偵聽門限作為干擾門限，文獻(xiàn)[1]中給出了CCA偵聽門限：-62dBm/20MHz。

2.2 干擾保護(hù)距離計算

圖1 干擾機(jī)理

WLAN設(shè)備接收微功率設(shè)備的干擾功率可用式（1）計算。

式中，Pi為WLAN系統(tǒng)接收干擾功率；Pt為微功率系統(tǒng)全向等效發(fā)射功率（EIRP）；Lp為路徑損耗；Gr為WLAN天線增益；Ls為饋線損耗。

CEPT/ERC/REC70-03建議書“關(guān)于短距離設(shè)備（SRD）的使用”中規(guī)定該頻段通用微功率設(shè)備EIRP為25mW。所以，以下分析都基于25mW的發(fā)射功率進(jìn)行。

[2]中，給出了不同場景的WLAN路損模型：

路損可按（2）式計算，式中，d為距離（m）；dBP為斷點(diǎn)（m）；f為頻率（MHz）；LFS(d)為自由空間損耗（dB）。另外需要加上陰影衰落，其概率分布為

表1 路損模型參數(shù)

圖2 干擾保護(hù)距離

確定性計算的干擾保護(hù)距離如圖2所示，結(jié)果表明，在微功率設(shè)備以最大功率連續(xù)發(fā)射，并且天線主瓣正對著WLAN設(shè)備時，需要11～18米的保護(hù)距離。

3 微功率設(shè)備對802.11a干擾測試

圖3 測試實(shí)驗示意圖

本文測試了一款微功率測距雷達(dá)對WLAN的干擾。該雷達(dá)最大發(fā)射功率為25mW，該系統(tǒng)主從設(shè)備采用18dBi的定向天線，并需正對使用。該系統(tǒng)信號為5.758GHz～5.817GHz的59MHz范圍內(nèi)的掃頻信號，信號為間斷發(fā)射，廠家給出典型發(fā)射概率為50%。

按照圖3布置實(shí)驗系統(tǒng)，其中，微功率系統(tǒng)終端之間工作距離為3米；WLAN AP始終在微功率系統(tǒng)天線的最大輻射方向上，WLAN AP與筆記本終端的距離為3米，WLAN AP與WLAN流量監(jiān)控終端用網(wǎng)線連接，WLAN流量監(jiān)控終端與WLAN通信終端通過WLAN AP加載FTP業(yè)務(wù)，并在WLAN流量監(jiān)控終端實(shí)時監(jiān)控吞吐量。測試兩系統(tǒng)在不同間隔距離下，WLAN系統(tǒng)的吞吐量變化。

圖4 微功率測距雷達(dá)系統(tǒng)對WLAN干擾

實(shí)驗中把WLAN信道固定在157號信道（5.775～5.795GHz），并且讓微功率系統(tǒng)的信號以最大功率連續(xù)發(fā)射。觀察在不同干擾距離下，WLAN系統(tǒng)的吞吐量的影響。

圖4為測距雷達(dá)系統(tǒng)對WLAN干擾的測試結(jié)果，在間隔1米時，WLAN系統(tǒng)的吞吐量在某些時刻有所下降，而WLAN平均吞吐量只下降了3%。2米以后的平均吞吐量變化都穩(wěn)定在3%以內(nèi)，這種變化很難分辨是雷達(dá)系統(tǒng)的干擾還是WLAN本身信道的變化，因此可以認(rèn)為微功率測距雷達(dá)并不對WALN系統(tǒng)造成干擾。

4 結(jié)論與建議

確定性計算表明，在微功率設(shè)備以最大功率連續(xù)發(fā)射，并且天線主瓣正對著WLAN設(shè)備時，需要11～18米的保護(hù)距離。微功率設(shè)備為降低功耗，一般不會以最大功率發(fā)射；微功率設(shè)備的信號一般不會連續(xù)發(fā)射，而是間斷發(fā)射；微功率設(shè)備使用定向天線時，天線主瓣正對WLAN設(shè)備的概率并不高。實(shí)測結(jié)果表明，微功率設(shè)備對WLAN設(shè)備并不產(chǎn)生干擾。

綜上所述，WLAN設(shè)備并不容易受到微功率設(shè)備的干擾，兩者可以在一定條件下共存。目前5.8GHz頻段已經(jīng)廣泛應(yīng)用于SRD設(shè)備，并且市場上對這些設(shè)備有很大的需求，以至于有不少沒經(jīng)過型號核準(zhǔn)的無線設(shè)備通過非法渠道進(jìn)入我國市場并被非法購買、使用，難以有效地監(jiān)管。

為促進(jìn)5725～5850 MHz各種無線電業(yè)務(wù)協(xié)調(diào)、健康的發(fā)展，滿足行業(yè)應(yīng)用需求，根據(jù)《中華人民共和國無線電頻率劃分規(guī)定》及我國頻譜使用情況，參照國際上通用的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，建議我國在該頻段允許通用微功率（短距離）設(shè)備使用。

參考文獻(xiàn)：

[1] IEEE Standard for Information Technology-Telecommunicationsand Information Exchange Between Systems-Local andMetropolitan Area Networks-Specific Requirements-Part 11:Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and PhysicalLayer (PHY) Specifcations. IEEE Std 802.11-2007 (Revisionof IEEE Std 802.11-1999), 2007: p. 1-1076.

[2] Eldad Perahia, Robert Stacey. Next Generation Wireless LANs.Cambridge University Press. 2008.

Analysis and Testing of Electromagnetic Interference from Short Rang Devices to WLAN on 5.8GHz Band

Yang Wenhan, Li Jianxin, Wang Xiaodong, Li Mingming
(State Radio Monitoring Center, Beijing, 100037, China)

Analysis of the interference mechanism of Short Range Device and WLAN equipment on the 5.8GHzband, calculate the interference protection distance, and test the interference from one Short Range Device(SDR)to 802.11a devices. The calculate results show that 11 to 18 meters separation distance is needed to protect 802.11adevices. Experimental results show that the SDR devices may not cause harm ful interference to 802.11a devices.Finally, recommendation of planning 5.8GHz band for SDR devices is proposed according to the analysis results.

Short Range Device; Electromagnetic Interference ; 5.8GHz 802.11a

10.3969/j.issn.1672-7274.2014.05.014

TN924

A

1672-7274（2014）05-0059-03

國家科技重大專項基金資助項目（No.2012ZX03003004, No. 2012ZX03006003）。

楊文翰，男，廣東人，2011年獲北京郵電大學(xué)電子工程學(xué)院微波與電磁場博士學(xué)位，主要從事無線電頻譜規(guī)劃、認(rèn)知無線電等方面的研究工作。

李建欣，女，1983年生，北京人，碩士，主要從事衛(wèi)星頻率和軌道資源的規(guī)劃研究、衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)技術(shù)協(xié)調(diào)和衛(wèi)星系統(tǒng)電兼容研究工作等。

王曉冬，畢業(yè)于北京理工大學(xué)電子工程系通信工程專業(yè)，獲學(xué)士學(xué)位，現(xiàn)在主要研究方向為衛(wèi)星通信、電磁兼容、頻率協(xié)調(diào)和無線電新業(yè)務(wù)頻率規(guī)劃，曾負(fù)責(zé)“衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)協(xié)調(diào)和干擾保護(hù)研究”、“物聯(lián)網(wǎng)頻率及干擾問題研究”等多個國家重大專項課題研究工作。

李明明，博士，北京郵電大學(xué)信息與信號處理專業(yè)畢業(yè)，主要研究方向為認(rèn)知無線通信、WLAN等，現(xiàn)在從事頻譜管理相關(guān)研究工作，工程師。已在國外重要期刊或?qū)W術(shù)會議發(fā)表EI檢索文章10余篇。