引言

隨著C+W（CDMA加WLAN）天翼3G業(yè)務(wù)的推廣，作為CDMAEV-DO（evolution data only）無線接入的補(bǔ)充和優(yōu)化，高速的WiFi（wireless fidelity）無線接入應(yīng)用越來越普及。但是，伴隨著應(yīng)用的普及和用戶接入量的逐漸增多，WiFi的射頻干擾現(xiàn)象也日益嚴(yán)重。WiFi的射頻干擾究竟是如何形成的？作為WiFi的無線優(yōu)化，又有什么手段可以有效解決這個(gè)問題？本文從WiFi的IEEE802.11協(xié)議的空口分析著手，對這兩個(gè)問題進(jìn)行了分析。

1、WiFi射頻介紹

WiFi目前使用最普及的IEEE802.11b/g協(xié)議，采用的是2.4GHz頻率，從2400MHz到2497MHz共14個(gè)頻點(diǎn)，由于每個(gè)信道的頻率帶寬為22MHz，所以14個(gè)頻點(diǎn)最多只有3個(gè)是互不干擾的。目前，常用的3個(gè)頻點(diǎn)為1、6、11。

在無線寬帶的使用過程中，影響用戶感知最常見的現(xiàn)象是網(wǎng)速慢、網(wǎng)絡(luò)時(shí)延大和掉線。造成這種現(xiàn)象的原因，除信號覆蓋不佳和設(shè)備負(fù)荷過重外，最常見因素，就是射頻干擾。但WiFi的射頻干擾除常見的對射頻物理層上的破壞干擾外，當(dāng)大量終端共享一個(gè)相同的空口信道進(jìn)行持續(xù)性較大流量傳輸時(shí)，會加大信道中數(shù)據(jù)幀沖突的概率，增多數(shù)據(jù)幀的重發(fā)頻率，導(dǎo)致單數(shù)據(jù)幀的傳輸時(shí)間變長，最終降低空口信道的傳輸效率。當(dāng)空口負(fù)荷增大到一定程度時(shí)，就會出現(xiàn)影響用戶感知的網(wǎng)速慢、丟包，甚至掉線等現(xiàn)象。

2、WiFi射頻應(yīng)用原理

WiFi的空口信道是一個(gè)TDD（時(shí)分雙工）的時(shí)分系統(tǒng)。一個(gè)基本數(shù)據(jù)幀操作是由多個(gè)幀結(jié)構(gòu)組成，幀之間以“幀間間隔”加以區(qū)分。訪問802.11媒介時(shí)，通常以分布式幀間間隔（DIFS）為起點(diǎn)，開始整個(gè)幀交換序列，之后的幀則以短幀間間隔（SIFS）加以區(qū)分。一個(gè)基本的數(shù)據(jù)幀傳送流程見圖1。而當(dāng)station1在某一個(gè)時(shí)隙中傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，station2發(fā)起監(jiān)聽信道的請求。這時(shí)，由于信道被使用，于是station2只能退避一個(gè)隨機(jī)的時(shí)隙后，再次監(jiān)聽信道傳遞數(shù)據(jù)。而在信道利用頻繁的時(shí)候，多個(gè)station監(jiān)聽信道空閑后，同時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)，繼而在該時(shí)隙上出現(xiàn)碰撞，導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳遞不成功，無ACK（確認(rèn)幀）返回，于是再次重傳，網(wǎng)絡(luò)時(shí)延變大。通常對于長幀的重傳設(shè)置規(guī)定為7次，即此數(shù)據(jù)幀當(dāng)退避重傳7次仍無ACK響應(yīng)后，則丟棄此數(shù)據(jù)幀，這時(shí)，對于網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用而言，出現(xiàn)丟包現(xiàn)象。

圖1、一個(gè)基本的數(shù)據(jù)幀傳送流程

根據(jù)WiFi的802.11協(xié)議物理層的規(guī)定，可以通過空口協(xié)議速率的大小來體現(xiàn)空口信道質(zhì)量的變化。其原理為數(shù)據(jù)報(bào)文初始以編碼效率最高的54Mb/s協(xié)議速率在空中信道發(fā)起傳輸，當(dāng)由于信號強(qiáng)度、距離、干擾等因素，造成在數(shù)據(jù)的傳輸中出現(xiàn)較大的時(shí)延和誤碼時(shí)，為了能有效應(yīng)對時(shí)延和誤碼，802.11協(xié)議規(guī)定采用不同的編碼方式〔從64QAM（正交幅度調(diào)制）到DBPSK（差分相干二進(jìn)制相移鍵控）〕，來提高數(shù)據(jù)報(bào)文在空口中抗誤碼和時(shí)延的能力。但伴隨著抗誤碼能力的提升的，是編碼效率的降低，其表征即為空口協(xié)議速率的變小。

下面，我們從802.11物理層協(xié)議原理的分析來解釋這種現(xiàn)象。

在802.11協(xié)議中，實(shí)現(xiàn)高速的無線接入能力源于其所采用的多載波調(diào)制技術(shù)OFDM（正交頻分復(fù)用調(diào)制）。在802.11g中，通過52個(gè)子載波頻道的正交頻分復(fù)用，實(shí)現(xiàn)高效的頻帶利用率。OFDM采用n-QAM，n表示各種調(diào)制映射到星座圖上的模數(shù)。由于星座圖上的點(diǎn)位需精確定位，所以，模數(shù)越低，對信號傳輸條件的要求越低，也就更能適應(yīng)惡劣的空口傳輸環(huán)境。但這種通過調(diào)整編碼方式，提高抗干擾能力的同時(shí)，每符號bit數(shù)越低，傳輸速率也逐級下降，見表1。以采用64QAM調(diào)制方式的54Mb/s為例，64QAM的碼率為6b/s。由于OFDM提供52個(gè)子載波頻道中有48個(gè)用于數(shù)據(jù)傳送，故實(shí)現(xiàn)了每符號有216bit的碼率。但當(dāng)網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量下降或退避次數(shù)過多時(shí)，空口會由于用戶數(shù)據(jù)阻塞、退避、丟失等原因使得無線網(wǎng)卡主動采用模數(shù)低甚至抗干擾能力更強(qiáng)的BPSK（二進(jìn)制移相鍵控）調(diào)制方式，以保證同無線設(shè)備間空口的傳輸質(zhì)量，而在終端顯示上，則以傳輸速率的降低表現(xiàn)出來。

表1、編碼方式與傳輸速率