第一章 緒論

1.1 論文選題的背景及研究意義
WLAN是一種使用方便、成本低廉、速率快速、結(jié)構(gòu)簡單、占用 2.4GHz 公共開放頻段的無線接入技術(shù)，因與目前的固網(wǎng)和移動蜂窩網(wǎng)能相互補(bǔ)充，所以一直備受全世界各大運營商的關(guān)注[1]。近年來，WLAN 廣泛應(yīng)用于智能終端，目前多使用 2.4G 頻段（5G，5.8G少數(shù)使用）。2.4G 頻段是一個免費、公共的開放頻段，使用這一頻段的設(shè)備除了目前廣泛使用的 WLAN 設(shè)備外，還有許多非 WLAN 設(shè)備和系統(tǒng)在使用，如地鐵 CBTC 列車控制系統(tǒng)，MIFI，LTE 網(wǎng)絡(luò)等，而隨著智能終端的普及及 AP 接入點的大量建設(shè)，2.4G 頻段的干擾也越來越嚴(yán)重，干擾不僅對通信帶來不利影響，如數(shù)據(jù)傳輸速率下降和網(wǎng)絡(luò)阻塞無法接入等；也對使用該頻段的一些工業(yè)控制系統(tǒng)等帶來嚴(yán)重后果，深圳就出現(xiàn)了乘客使用手機(jī)干擾地鐵控制系統(tǒng)的情況。本文希望通過設(shè)計科學(xué)合理的測試方案，更深度、貼切挖掘干擾原因，并對2.4G 頻段和越來越廣泛使用的 5G，5.8G 頻段 WLAN 建設(shè)提出建議，并對政府監(jiān)管、頻率規(guī)劃和管理提出相關(guān)建議。隨著智慧城市建設(shè)的步伐不斷向前邁進(jìn)，WLAN 網(wǎng)絡(luò)作為其建設(shè)的重要基礎(chǔ)設(shè)施之一，對之干擾進(jìn)行分析和研究具有重要意義。
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1.2 2.4G 頻段目前應(yīng)用現(xiàn)狀
WLAN 以 WIFI（Wireless Fidelity 無線保真技術(shù)）為主，因其結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、應(yīng)用豐富，已被家庭、個人、企業(yè)、城市建設(shè)所采用。迄今為止，對WLAN 技術(shù)的研究已有十年且仍在不斷發(fā)展和完善中，旨在滿足不斷增長的帶寬需求。在中國，電信、聯(lián)通、移動三大運營商均已投入大量的人力、財力來部署 WIFI 網(wǎng)絡(luò)，搶占市場先機(jī)�，F(xiàn)階段的三大運營商主要提供 WIFI 服務(wù)主要包括：互聯(lián)網(wǎng)無線寬帶接入、多媒體數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、基于 WI-FI 的增值業(yè)務(wù)、熱點地區(qū)服務(wù)等。在 WLAN 設(shè)備制造方面，據(jù)了解，截止到 2013 年底，全球手機(jī)（帶WIFI 功能）出貨量 10 億臺，平板電腦出貨量 2.17 億臺。在中國，路由器和智能手機(jī)的出貨量分別達(dá)到 5000 萬和 3.18 億臺，平板電腦出貨量也達(dá) 2278 萬臺，且仍處于快速增長中。不難看出，用戶使用 WI-FI 已然成為了一種習(xí)慣。然而從目前的數(shù)據(jù)和用戶反饋來看，WLAN 網(wǎng)絡(luò)建設(shè)依舊存在很多問題，如：網(wǎng)絡(luò)覆蓋能力不足（有的地方?jīng)]有覆蓋到）、網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性不高（時常斷線）、網(wǎng)速過慢等問題，這亟待解決和提高。LTE（Long Term Evolution，長期演進(jìn)）是第四代通信標(biāo)準(zhǔn)，LTE 標(biāo)準(zhǔn)化工作開始于 2004 年。LTE 技術(shù)實質(zhì)是移動通信技術(shù)與寬帶無線接入技術(shù)的融合和演變，它主要采用了 MIMO（Multiple Input Multiple Output，多入多出）技術(shù)和OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交頻分復(fù)用）技術(shù)，數(shù)據(jù)傳輸和網(wǎng)絡(luò)接入性能都得到了進(jìn)一步的增強(qiáng)。截至到 2011 年 9 月，全球已有 80個國家和地區(qū)擁有 208 個 LTE 網(wǎng)絡(luò)項目，并且 37 個 LTE 網(wǎng)絡(luò)正式商用，其中絕大多數(shù)是基于 FD-LTE（Frequency Division Long Term Evolution，頻分長期演進(jìn)）。
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第二章 WLAN 技術(shù)概述

2.1 WLAN 標(biāo)準(zhǔn)
WLAN 技術(shù)是借助無線手段，把以前通過有線方式來連接網(wǎng)絡(luò)的手段，取代為可移動性方式，以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)連接不受空間限制。該技術(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)主要由IEEE 802.11 工作組制定，且該組織仍在不斷的完善和發(fā)展該標(biāo)準(zhǔn)。802.11 體系進(jìn)程化如表 2-1 所示[7]。IEEE 802.11n 是目前實際應(yīng)用中最為廣泛的無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，IEEE 802.11n協(xié)議主要使用 2.4GHz 和 5GHz 兩個頻段，與以往的 IEEE 802.11a/b/g 標(biāo)準(zhǔn)兼容。IEEE 802.11n理論最大速率可達(dá)600Mbps，市場上常見的是支持300Mbps的IEEE802.11n 的產(chǎn)品，它主要采用了 MIMO 技術(shù)和 OFDM 技術(shù)，使得傳輸速率大大提高，另外通過改進(jìn)的天線技術(shù)及傳輸技術(shù)，使其覆蓋范圍和傳輸距離大大增加，甚至可達(dá)幾千米。然而，目前該體系依舊在不斷發(fā)展和完善當(dāng)中，針對其吞吐量的改善，新技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) 802.11ac 和 802.11ad 目前正在制定，MAC 吞吐量有望達(dá)到G 比特級，本文不作詳細(xì)分析。
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2.2 WLAN 系統(tǒng)組成
WLAN 技術(shù)作為一種操作方便、成本低、速率高、使用公共開放頻段的無線接入技術(shù)，其網(wǎng)絡(luò)主要由 WLAN 終端設(shè)備，接入設(shè)備 AP（Access Point，接入點），接入控制設(shè)備 AC（Access Controller，接入控制），PORTAL 服務(wù)器，RADIUS 認(rèn)證服務(wù)器，用戶認(rèn)證信息數(shù)據(jù)庫，業(yè)務(wù)運營支撐系統(tǒng) BOSS（Business& Operation Support System，業(yè)務(wù)運營支撐系統(tǒng)）等部分組成，如圖 2-1 所示。AP 作為無線接入點，WLAN 用戶通過相應(yīng)的 AP 接入外部的網(wǎng)絡(luò)資源[8][9]。AC 是無線局域網(wǎng)接入控制設(shè)備，負(fù)責(zé)將不同 AP 的數(shù)據(jù)進(jìn)行匯聚并接入互聯(lián)網(wǎng)，并負(fù)責(zé)對 AP 設(shè)備進(jìn)行配置管理和無線用戶的認(rèn)證，控制設(shè)備 AC 與 Radius service 相連，用于服務(wù)器的 Web 方式認(rèn)證。在業(yè)務(wù)控制方面，AC 提供 PORTAL功能，當(dāng)用戶認(rèn)證通過后，用戶才可以接入外部網(wǎng)絡(luò)。分布式協(xié)調(diào)功能 DCF（Distributed Coordination Function，，分布式協(xié)調(diào)功能）是 WLAN 系統(tǒng) MAC 層站點最基本的接入機(jī)制，其核心是 CSMA/CA（Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance，載波偵聽多點接入/沖突避免）算法[11][12]。該算法核心是通過與其他站點競爭的方式接入信道并進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)�。如果�?dāng)前無線信道中己有其他站點在傳輸數(shù)據(jù)，該站點就會不斷監(jiān)測無線信道直至該信道空閑，信道空前后，會在[0，CW]（CW 為該站點當(dāng)前的競爭窗口Contention Window 值）范圍內(nèi)隨機(jī)選擇一個值作為其退避時間并啟動 BC（Backoff Counter，退避計時器），當(dāng)退避計時器遞減到 0 且此時信道依舊空閑時，該站點便會在等待一個 DIPS（Distributed Inter-Frame Space，分布幀間隔）之后開始發(fā)送自己的數(shù)據(jù)包，此時處于等待階段的其他站點會馬上凍結(jié)其等待計數(shù)器的 BC 值，并持續(xù)檢測無線信道的使用狀態(tài)直至信道空閑并再次啟動。
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第三章 2.4G 頻段無線干擾問題分析......10
3.1 WLAN 網(wǎng)絡(luò)間同鄰頻干擾.....10
3.2 WLAN 與 LTE 網(wǎng)絡(luò)間干擾.........10
3.3 WLAN 網(wǎng)絡(luò)對地鐵 CBTC 的干擾........11
第四章 WLAN 網(wǎng)絡(luò)間同鄰頻干擾分析.......12
4.1 干擾類型分析..........12
4.2 同鄰頻干擾測試...........13
4.3 干擾分析.............13
4.4 抗干擾措施..............17
第五章 WLAN 與 TD-LTE 網(wǎng)絡(luò)間的干擾分析..... 18
5.1 干擾類型分析..........18
5.2 空間隔離度分析...........20
5.3 抗干擾措施..............27

第七章 WLAN 部署建議及未來規(guī)劃

7.1 2.4GWLAN 部署建議
針對上一章數(shù)據(jù)分析結(jié)果，我們可以提出有針對性的抗干擾措施。針對 WLAN 網(wǎng)絡(luò)的同鄰頻干擾，可以采取以下方法：
（1）合理規(guī)劃三大運營商的熱點部署以及頻點規(guī)劃，盡可能的保證相鄰或者相近熱點工作在互不干擾的信道上；
（2）合理調(diào)整 AP 功率或者采用方向性好的定向天線，可以有效減小同鄰頻干擾。
針對 TDD-LTE 網(wǎng)絡(luò)對 WLAN 網(wǎng)絡(luò)的干擾，主要可以采取以下方法：
（1）可以增加 WLAN 濾波器的方法，在接受端進(jìn)行濾波以減小 LTE 信號雜散、阻塞、三階互調(diào)對 WLAN 網(wǎng)絡(luò)的干擾；
（2）可以增加空間隔離度的方法減少 LTE 網(wǎng)絡(luò)對 WLAN 的干擾
（3）合理調(diào)整 WLAN AP 和 LTE 天線發(fā)射功率可以有效的減少相互之間的干擾問題。
針對 WLAN 信號對地鐵 CBTC 系統(tǒng)的干擾，對在建地鐵線路主要可以采取以下的方法：
（1）由于 FHSS-DCS 系統(tǒng)采用了與目前 WLAN 不同的技術(shù)，故在抗 WLAN信號的干擾上要優(yōu)于 OFDM-DCS 系統(tǒng)，但容量要低于 OFDM-DCS 系統(tǒng)，可以根據(jù)實際需要靈活部署，以減少 WLAN 的干擾；
（2）由于波導(dǎo)管傳輸?shù)膿p耗小、抗干擾能力強(qiáng)，實際部署時可以優(yōu)先采取波導(dǎo)管傳輸技術(shù)的 CBTC 系統(tǒng)方案。
對已建地鐵線路，可以采用以下的方法：
（1）合理規(guī)劃地鐵站內(nèi)的無線熱點，在保證用戶能正常上網(wǎng)的前提下，合理的減少 AP 發(fā)射功率以減少對軌交系統(tǒng)的干擾；
（2）優(yōu)化 CBTC 系統(tǒng)，升級成窄帶系統(tǒng)。

總結(jié)

論文主要針對 2.4GWLAN 網(wǎng)絡(luò)對目前現(xiàn)有的、已具一定規(guī)模的異系統(tǒng)的干擾進(jìn)行探討和研究，并以此作為借鑒，為尚未大規(guī)模部署的 5G、5.8GWLAN 網(wǎng)絡(luò)抗干擾以及部署提出合理性建議。文章主要包括三部分內(nèi)容：WLAN 系統(tǒng)間的同頻干擾和鄰頻干擾、WLAN 與 TD-LTE 網(wǎng)絡(luò)之間的干擾、WLAN 與地鐵CBTC 列車控制系統(tǒng)的干擾。本文通過軟件仿真、實驗室模擬場景搭建、實地測量等手段，在對數(shù)據(jù)深入分析的基礎(chǔ)上得出以下的結(jié)論：
（1）針對 WLAN 網(wǎng)絡(luò)間的同鄰頻干擾問題，主要通過合理規(guī)劃信道，使之盡可能的工作在互不重疊的信道上，同時也可以通過控制 AP 發(fā)射功率減少同鄰頻干擾；
（2）針對 WLAN 與 TD-LTE 網(wǎng)絡(luò)之間的干擾問題，主要是通過增加空間隔離度的方法，減少兩系統(tǒng)間的相互干擾，同時可以通過增加濾波器或選擇隔離度好的合路器來降低干擾影響；
（3）針對 WLAN 網(wǎng)絡(luò)對地鐵 CBTC 列車控制系統(tǒng)的干擾，一方面合理規(guī)劃地鐵站內(nèi)的無線熱點，在保證用戶能正常上網(wǎng)的前提下，合理的減少 AP 發(fā)射功率以減少對軌交系統(tǒng)的干擾，另一方面通過綜合考量和分析可以嘗試部署 5G、5.8GWLAN 來減少對地鐵 CBTC 系統(tǒng)的干擾。本文主要通過軟件仿真、實驗室模擬、實地測量這一研究路線，盡可能貼近實際測量環(huán)境，針對不同的環(huán)境和不同的干擾因素設(shè)計不同的測量方法。用軟件仿真和實驗室模擬結(jié)果來指導(dǎo)實際測量，綜合考慮各種干擾因素，盡可能地獲得準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)分析得出相應(yīng)的結(jié)論并提出相應(yīng)的抗干擾措施。
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參考文獻(xiàn)（略）