多扇区Wi-Fi基站的干扰抑制要求分析

李育霞 彭四斌 武汉虹信通信技术有限责任公司

1 引言

近年来随着WLAN热点的快速建设，WLAN网络已形成一定规模。前期的WLAN建设主要是以室内覆盖为主，集中在高校、城区热点区域。为了提高WLAN覆盖率，WLAN建设将由热点覆盖向热区、无线城市、小区/乡镇/农村等逐步延伸，室外覆盖的WLAN产品的市场需求量也会逐步增加。

智能终端的普及与数据业务需求爆发式增长，将使得WLAN的使用率会大大提高。在高校、会展中心等用户密集区，WLAN的网络建设除了覆盖质量外，还需为覆盖区提供更高的容量。

多扇区Wi-Fi基站与移动通信系统基站类似，通过定向天线多扇区覆盖，每个扇区使用不同的信道，该产品可提高覆盖效率，通过扇区化覆盖提高容量，满足了当前WLAN高容量、广覆盖的建设需求，具有广阔的市场前景。

2 多扇区Wi-Fi基站的特殊性

Wi-Fi基站采用多扇区提高室外AP覆盖区容量，结合CPE的使用可扩大覆盖区域、快速建设组网，能广泛地应用于城乡无线宽带的建设。

多扇区Wi-Fi基站的主要目的是提高覆盖区的容量，但与移动通信系统不一样，如果需要在小范围提供大容量的无线局域网，不能简单地在同一覆盖区通过同一频段内的不同信道使用来提高容量。以2.4G为例，1、6、11三个子信道的AP可以相邻覆盖，但不可以增加容量重叠覆盖。在实际工程测试中，设置1、6两个子信道的11g的AP重叠覆盖，每个AP最高传输速率只能达到13Mbps左右，总速率只有26Mbps，比非重叠覆盖的总速率40Mbps下降了不少。

Wi-Fi基站的扇区间干扰比2G/3G/LTE共址干扰影响大得多，其原因是由于WLAN AP采用了CSMA（冲突检测载波侦听多路存取）协议，下行的杂散信号会引起邻道上行信号的接收干扰，因此要通过增加信道来增加容量，必须保持信道间上下行足够的隔离度。对于Wi-Fi基站，就是要增加扇区间的隔离度，降低扇区间干扰。

3 多扇区Wi-Fi基站的干扰抑制度要求分析

为实现Wi-Fi基站与2G/3G/LTE共址以及抑制WLAN扇区间的干扰，需在Wi-Fi基站增加干扰抑制滤波器，抑制AP带外杂散信号，减少对2G/3G/LTE等其他通信系统的干扰。

以2.4GHz Wi-Fi基站为例，对2.4GHz干扰抑制滤波器的基本要求如下：

（1）2.4GHz频段内20M信道滤波功能，支持对1、6、11三个信道分别滤波，减少扇区间的干扰；

（2）信道滤波器只支持11g和11n HT20模式，不支持11b和11n HT40；

（3）EVM、频谱模板、接收灵敏度等指标满足运营商增强型设备要求。

多扇区Wi-Fi基站的干扰抑制度分析如下：

干扰抑制度的指标预算考虑三个方面：杂散指标、阻塞指标和工程应用需要。其中，杂散指标和阻塞指标参考中国移动集团规范；工程应用需要考虑天线增益、天线安装方式以及重叠覆盖等对指标的影响。

（1）AP杂散指标

AP杂散指标如表1所示。

（2）工程安装空间隔离度分析

当Wi-Fi基站采用三扇区部署时，有以下两种典型的覆盖场景：

1）三扇区覆盖，分别选择1、6、11三个信道，每扇区覆盖角度60°～120°（部分区域使用天线旁瓣覆盖），3副天线安装在同一水平面，天线水平夹角120°；

2）两扇区覆盖，分别选择1、6、11三个信道，其中6信道单独覆盖一个方向，覆盖角度60°，1和11叠加覆盖另外一个方向提供更大容量，覆盖角度60°，信道6扇区天线单独覆盖，信道1和11扇区天线在同一垂直平面，上下安装，距离0.5m以上。

表1 AP杂散指标

根据上述两种覆盖方式，分别计算天线隔离度。

当天线水平放置，则天线隔离度计算公式为（单位：dB）：

其中，S为天线水平间距（单位：m）；λ为中心频率对应的波长（单位：m）；Gt为在收发天线直线连线上发射天线增益（单位：dBi）；Gr为在收发天线直线连线上接收天线增益（单位：dBi）。

计算Gt和Gr时，需要天线辐射方位图，可根据方位图算出这个方向上的增益，天线增益均为15.5dBi，前后比25dB，Gt和Gr均为-9.5dB。

其他参数取值如下：

S=1m，λ=0.123m，取2.4G 6信道中心频率计算：

DH=22+20lg(S/λ)-(Gt+Gr)=59.2dB

当天线垂直放置，则天线隔离度计算公式为（单位：dB）：

其中，S为天线垂直间距（单位：m），λ为中心频率对应的波长（单位：m）。

参数取值如下：

S=0.5m，λ=0.123m，取2.4G 6信道中心频率计算：

DV=28+40lg(S/λ)=52.3dB

比较水平天线隔离度和垂直天线隔离度，可知天线垂直隔离度较小，当间距0.5m时隔离度为52.3dB，以空间隔离度52dB设定扇区间空间隔离度。

（3）杂散干扰及抑制度要求

AP的扇区杂散发射按照-46dBm/100K（-23dBm/22M）计算，WLAN系统工作信道带宽为22MHz，因此WLAN系统工作信道带宽内总的热噪声功率为：

Pn4=-174+10lg(22×106)=-101dBm

可接受的杂散信号按-105dBm考虑，空间隔离度为52dB，为使扇区间杂散干扰影响较小，Wi-Fi基站扇区的干扰抑制度不低于30dB。故空间隔离度在满足52dB的条件下，WLAN滤波器的杂散抑制度应不低于30dB。

（4）阻塞干扰分析

对于OFDM、DSSS-OFDM调制，中心频率在带内任意信道号上的信道，11g设备采用1000字节长的PSDU、11n设备采用4096字节长的PSDU，当存在如表2所示的阻塞干扰信号时，接收机门限电平在接收灵敏度基本要求基础上不恶化，同时满足PER≤10%。

表2 阻塞干扰信号

AP发射功率为28dBm，邻区收到的干扰信号为28-52.3=-24.3dBm，考虑预留10dBm的余量，因此定义带内次邻道阻塞指标为-15dBm。为了满足-40dBm的要求，信道滤波器抑制度不小于25dB。

综合上述分析，Wi-Fi基站的干扰抑制滤波器要求如下：

（1）信道滤波器只支持11g和11n HT20模式，不支持11b和11n HT40；

（2）工作频段内HT20模式间隔25M抑制度为30dB；

（3）工作频段内HT20模式间隔5M抑制度为30dB。

4 结束语

在多扇区Wi-Fi基站的工程应用中，为了避免Wi-Fi基站的扇区间干扰，除了在设备开发上每个扇区加装干扰抑制滤波器外，还需在工程应用中保持扇区间足够的空间隔离度，扇区天线上下安装，距离0.5m以上；或者水平安装，距离1m以上。为避免Wi-Fi基站与2G/3G/LTE共址干扰，需保持Wi-Fi基站天线与2G/3G/LTE天线上下安装，距离0.5m以上。

[1]彭四斌,罗航建. WLAN覆盖建设中的优化设计[J]. 通信世界, 2009(35): 13.

[2]侯群,高立. 无线局域网（WLAN）室外覆盖无线链路预算分析[J]. 广东通信技术, 2011(5): 24-27. ★