鄭曙光

【摘要】 本文詳細介紹了在AP密集分布的區(qū)域中，常見Wifi信道干擾故障（包括協(xié)助信道干擾和重疊信道干擾），針對不同的故障類型，在不同的電平環(huán)境條件下，進行模擬實驗推演，從而得出有效依據(jù)。同時，本文將分享排障技巧，從而幫助我們更有效地解決相關(guān)故障問題。

【關(guān)鍵詞】 IEEE802.11n 協(xié)助信道干擾 重疊信道干擾 信道自干擾

引言：

市面上廣泛流行的家用級中低端Wifi設(shè)備均采用802.11n協(xié)議且工作在2.4Ghz模式，并默認使用速率較高的40Mhz信道帶寬。Wifi技術(shù)已普遍應(yīng)用于千家萬戶，在AP密集分布的區(qū)域中，不可避免地會存在信道之間互為干擾的情況。

一、模擬實驗

1.1模擬Wifi信號覆蓋范圍重合的實驗

本人使用2臺Wifi路由器，價位與品牌均不一樣，使用4臺電腦作測試，其中2臺電腦作為FTP服務(wù)器，2臺電腦作為無線終端設(shè)備（不具備MIMO技術(shù)）。如圖1-1所示，架設(shè)2個AP，分別命名為Testap-A（節(jié)點A）和Testap-C（節(jié)點C）；設(shè)置2臺電腦，分別命名為PC-B（終端B）和PC-D（終端D）。其中，節(jié)點A和終端B互聯(lián)；節(jié)點C和終端D互聯(lián)，對于節(jié)點A和終端B而言，節(jié)點C是隱藏節(jié)點。本實驗的目的：測試在2個AP的信道編號不一樣的情況下，不同的信道干擾條件會對實際速率帶寬所產(chǎn)生的影響。

1.2被干擾AP與干擾AP的信道帶寬均為40Mhz的情況下：

實驗中，設(shè)定節(jié)點A和節(jié)點C的信道帶寬均為40Mhz，節(jié)點A固定在“1+5信道”，設(shè)定終端D的速率為50Mbps，調(diào)整節(jié)點C的信道逐漸向“1+5信道”平移。如圖1-2所示，在2.4Ghz頻段中，2個AP只有一種條件可達到互不干擾的情況，在此條件下，終端B可穩(wěn)定在68Mbps。當節(jié)點C逐漸向該信道“平移”，使2個AP的信道開始互為交叉重疊時，受干擾的終端B的速率帶寬迅速下降，當交叉重疊的范圍愈加逼近，惡化程度愈加劇烈，峰值僅0.5Mbps，此干擾情況為“重疊信道干擾”（Overlapping）。而當2個AP的信道完全處于“1+5信道”時，受干擾的終端B的速率則大幅提升至48Mbps，信道惡化的情況得到改善，此時為“協(xié)助信道干擾”（Co-channel）。

當設(shè)定終端D的速率為8Mbps，并保持其他實驗條件不變，實驗結(jié)果基本不變。

二、對信道干擾的分析

2.1協(xié)助信道干擾

從2章節(jié)的實驗中可見，協(xié)助信道干擾的嚴重性較低，原因是，CSMA/CA沖突監(jiān)聽機制從中發(fā)揮作用。如圖1-1所示，終端B處于節(jié)點A的信號覆蓋范圍邊緣，節(jié)點C作為隱藏節(jié)點，在節(jié)點C與終端D通信的過程中，其射頻信號必定會對節(jié)點A和終端B之間的無線物理鏈路產(chǎn)生影響，但是，802.11中， CSMA/CA沖突監(jiān)聽機制，為解決此類隱藏節(jié)點發(fā)揮作用，而對應(yīng)此機制的，是RTS/CTS協(xié)議：如圖1-1所示，節(jié)點A向終端B發(fā)送數(shù)據(jù)前，要先發(fā)送1個請求發(fā)送幀RTS（節(jié)點C并未收到RTS），終端B收到RTS請求后，向節(jié)點A回復(fù)1個允許發(fā)送幀CTS，由于在同一信道內(nèi)，所以，節(jié)點C可收到終端B發(fā)出的CTS幀，此時，節(jié)點C將按CTS幀中描述的時間，暫停向終端D的數(shù)據(jù)發(fā)送，從而避讓沖突發(fā)生。

RTS/CTS握手協(xié)議屬于控制幀，占有一定長度與空口時隙，在半雙工的模式下，勢必會降低數(shù)據(jù)傳送的效率。市面上大多數(shù)Wifi路由器的RTS時閥值為2347，可以理解為，當數(shù)據(jù)幀長度≥2347時，則啟用RTS/CTS握手協(xié)議，然而802.11中的數(shù)據(jù)幀長度最大值是2346，所以，大多數(shù)Wifi路由器默認關(guān)閉CSMA/CA沖突監(jiān)聽機制。倘若手動修改RTS時閥值為2346，則在發(fā)送長度為2346的數(shù)據(jù)幀時，啟用該握手協(xié)議，避免沖突。

RTS/CTS握手協(xié)議存在閾值，當隱藏AP收到的RTS/ CTS幀的電平值低于閾值，則忽略握手請求，CSMA/CA沖突監(jiān)聽機制無法啟用。

2.2重疊信道干擾

在章節(jié)3.1中，可見CSMA/CA沖突監(jiān)聽機制在同信道隱藏節(jié)點問題上發(fā)揮重要作用。然而，不同信道之間若重疊信道干擾問題，則無法啟用該監(jiān)聽機制。如圖1-1所示，節(jié)點C與終端D之間的無線物理鏈路并不受節(jié)點A和終端B的干擾，所以，節(jié)點C和終端D的空口信道已被高效占用。終端B處于節(jié)點C的覆蓋范圍，但是信道卻互有重疊，當節(jié)點A向終端B發(fā)送數(shù)據(jù)時，其信道卻受到節(jié)點C的沖突干擾，由于重疊的信道并不完整，因此終端B認為信道受到噪聲干擾，繼而節(jié)點A啟用抗噪能力更強的調(diào)制方式，例如QPSK或BPSK等控制幀和占用時隙更長的調(diào)制方式。并且，由于沖突明顯，所以誤碼率陡增，傳輸效率更為低下。

在802.11n中，40Mhz頻寬的信道分為主信道和輔信道，2信道各占20Mhz頻寬，當輔信道收到干擾時，AP將自動切換為20Mhz模式。但是，在實驗中，在輔信道受重疊信道干擾，而主信道未收干擾的條件下，實際速率未達20Mhz頻寬所應(yīng)有的速度效果，劣化程度未見減緩。實際應(yīng)用中，若調(diào)整AP的信道帶寬為20Mhz可有效避免重疊信道干擾的發(fā)生。

三、信道自干擾

除來自隱藏節(jié)點的干擾外，自身節(jié)點覆蓋范圍內(nèi)的個別終端同時也會對信道“產(chǎn)生干擾”。在本文中，此類干擾可暫稱為“信道自干擾”。參照IEEE802.11，信道調(diào)制方式和編碼效率與接收信號靈敏度有直接關(guān)系：接收信號越大，則使用較為高效的調(diào)制方式（64Qam），速率高；接收信號越小，則受噪聲影響的可能性越大，因此，使用較為抗噪能力較強，但較為低效的調(diào)制方式（Qpsk或Bpsk），同時，為了提高數(shù)據(jù)幀的發(fā)送命中率，QPSK或BPSK模式下的控制幀較多，且占用時隙較長，因此速率低。

假設(shè)，終端B處于節(jié)點A覆蓋范圍的邊緣，接收信號為-80dbmv，則啟用BPSK調(diào)試方式進行數(shù)據(jù)傳輸，此類低速率調(diào)制方式的占用時隙較長，速率較低；終端C處于節(jié)點A覆蓋范圍中央位置，接收信號為-50dbmv，則啟用64Qam調(diào)制方式進行數(shù)據(jù)傳輸，此類低速率調(diào)制方式的占用時隙較短，速率較高。

當節(jié)點A持續(xù)以BPSK方式向終端B進行數(shù)據(jù)傳輸，則信道中的所有時隙均被占滿。同時，節(jié)點A以64Qam方式向終端C進行數(shù)據(jù)傳輸，但是，由于信道中的時隙被低速率的數(shù)據(jù)幀占滿，因此，高速數(shù)據(jù)幀與低速數(shù)據(jù)幀之間發(fā)生碰撞，導(dǎo)致節(jié)點A發(fā)送至終端C的誤碼率陡增。所以，即使節(jié)點C所處的電平條件較好，但是，其速率也無法得到應(yīng)有的速度效果。

四、總結(jié)

在信道復(fù)雜的環(huán)境中，應(yīng)盡量避免出現(xiàn)重疊信道干擾問題。若無法避開干擾信道，則應(yīng)調(diào)整自身信道與干擾信道完全重合，配合CSMA/CA機制，使2者在有序的條件下工作。需注意，應(yīng)在路由器高級設(shè)置中，改寫分片閾值和RTS閾值，否則CSMA/CA無法發(fā)揮作用。為避免出現(xiàn)信道自干擾的可能性，則應(yīng)注意Wifi的信號覆蓋問題。調(diào)整Wifi路由器的擺放位置，增設(shè)中繼AP，布設(shè)電力無線路由器都是擴大Wifi覆蓋范圍的辦法。