2.4 GHz和5 GHz WLAN干扰对比分析

庞 展，阙鋆淑，罗春燕，黄帮明

(1.重庆邮电大学通信与信息工程学院，重庆400065;2.中国移动通信集团设计院有限公司重庆分公司，重庆401147)

随着我国国民经济水平的飞速发展，人们的需求已经逐渐由传统的语音业务转向了应用种类更为繁多的数据业务。由于数据业务流量过大，因此采用无线局域网对其进行分流，效果显著。据统计，目前中国移动的WLAN数据流量已经和2G，3G的数据流量接近。但是现网中建设的WLAN网络全部使用2.4 GHz频段，由于该频段无需授权，且可使用非重叠信道少，因此干扰严重，网络拥塞，用户体验较差，影响WLAN业务推广。随着5 GHz WLAN技术标准及相关设备的逐步成熟，使利用5 GHz频段进行WLAN网络建设成为可能。通过充分发挥5 GHz WLAN网络多频点、高速率、低干扰的优势，从而有效缓解无线网络的拥堵。

1 WLAN频段划分

1.1 2.4 GHz 频段划分

IEEE 802.11n标准使用了2.4 GHz和5 GHz两个频段，其中国内2.4 GHz频段的工作频率范围为2.400～2.483 5 GHz［1］，频段的可用部分总共为 83.5 MHz。将这一频段划分出13个信道，信道号分别为1～13，每个信道的射频带宽为22 MHz，相邻信道的中心频率相差5 MHz，所以互不重叠信道总共有3个［1］。这3个非重叠信道可以有多种组合，例如1，6，11;2，7，12;3，8，13;1，7，13 等，但我国习惯使用信道 1，6，11［2］。如图 1 所示，为我国2.4 GHz频段的信道划分示意图。

1.2 5GHz频段划分

IEEE802.11n可以使用无许可证的国家信息基础设施中的UNII-1，UNII-2和UNII-3频段，总计300 MHz，如图2所示为5 GHz频段的信道划分示意图。

图1 2.4GHz频段信道划分示意图

图25 GHz频段信道划分示意图(截图)

2 WLAN干扰机制与类型分析

2.1 WLAN干扰机制分析

站间IEEE802.11系列标准在MAC层使用了CSMA/CA［3］机制，用于多个无线用户在发送数据前进行网络的可用性检测。它与有线网络的CSMA/CD有所不同，CSMA/CD是边发送边检测信道，一旦发生碰撞就立即停止发送;而CSMA/CA不能检测到碰撞是否发生，所以即便在发送过程中发生了碰撞也必须把整个帧发送完，因此CSMA/CA采用了一种确认机制来判断传输的正确性:即接收方如果正确接收到发送方发来的数据帧，那么接收方会返回一个ACK确认帧;如果发送方没有收到接收方发出的ACK帧，则认为接收方没有正确接收，需要退避一段时间后重发该帧。

CSMA/CA的工作过程如下:当某个站点在发送数据之前，必须先检测信道是否空闲。如果没有空闲，那么该站点必须等到当前传输结束，再利用随机退避算法等待一段随机的时间后，若依然没有人使用信道，这时才能将数据发送出去。在整个发送过程中，为了进一步避免碰撞和解决隐藏终端的问题，还加入了RTS/CTS的四次握手协议［4］，其流程如下:在送出数据之前，站点需要先发送请求传送报文给目的站;目的站检测到信道空闲则发送一个允许发送报文给源站点;当源站点收到CTS帧后，就可以开始发送数据帧;当目的站点成功接收数据帧后，需要回发确认帧ACK，如果源站点在规定的时间间隔内都未能收到ACK帧，那么就认为数据帧发送失败，再根据需要进行重发，以避免信息的丢失。

2.2 WLAN干扰类型分析

基于无线局域网环境下的干扰可划分为两大类［5］:WLAN干扰和非WLAN干扰。所谓WLAN干扰是指干扰源发送的射频信号同样也符合IEEE802.11系列标准，它按照频率范围又可以进一步分为同频干扰和邻频干扰。目前有许多设备工作在2.4 GHz频段，如微波炉、无绳电话、蓝牙设备、无线摄像机等，这些设备会对WLAN系统造成一定的干扰，导致WLAN信号无法被正确接收，这就是非 WLAN 干扰［5］。

同频干扰是指两个工作在相同频率上的WLAN设备之间的相互干扰。目前三大运营商在建设WLAN网络时都只使用了2.4 GHz频段，而该频段互不干扰的信道只有3个，即1，6，11。在一个高密度部署的大型WLAN网络中，当某一位置被多个使用同一信道的可用AP覆盖时，就会产生互相干扰的问题。这是因为无线局域网使用CSMA/CA机制，当多个AP使用同一信道时，发生退避等待的几率会远远高于一个AP使用整个信道的情况。当使用同一信道的AP越多，退避几率越高，每个AP损失的流量就越大，但总体的流量是大致不变的。

邻频干扰是指使用相邻频率的两个WLAN设备之间产生的相互干扰。IEEE802.11系列标准对射频信号发射时的频谱带宽作了相应规定，以2.4 GHz频段为例，每一个频段的带宽为22 MHz，同时要求在距离中心频点11 MHz之外的信号衰减必须超过30 dB。两个相邻频点的中心频率相差5 MHz，所以使用相邻频点的WLAN设备，它们的射频带宽必然会产生重叠部分，产生了相互干扰。

IEEE802.11系列标准使用的2.4 GHz频段属于无需授权使用的免费频段，日常生活中有许多设备工作在此频段，这就造成了非WLAN干扰，下面以微波炉来进行说明。图3是微波炉对WLAN传输速率影响的曲线图。

图3 微波炉存在时WLAN传输速率曲线图

综上所述，无论是2.4 GHz还是5 GHz频段，只要系统中存在同频干扰、邻频干扰或者非WLAN干扰，这些干扰虽然不会对覆盖区域内的信号强度产生太大的影响，但它们却会对可上线用户数量及用户下载速率产生很大影响。所以存在同频干扰时，多个AP的总吞吐量相当于1个AP的吞吐量;当存在邻频干扰时，各AP的吞吐量也必然会比无干扰情况下的单个AP吞吐量要小。

3 24 GHz与5 GHz干扰测试分析

在某高校宿舍楼2＆3楼总共布放了6个双频AP，型号为中兴W812nAP。每个寝室均为四人间，木门玻璃窗，上床下桌柜，有独立的阳台和卫生间。AP采用直放吊顶的方式进行安装，单个AP覆盖4个学生寝室。在畅风苑3楼3032寝室使用Fluke WLAN点测仪器和WirelessMon软件进行定点测试，测试截图(信号强度在-70 dBm以上)如图4所示。

图43032 寝室信号图(截图)

通过对3032寝室点测信号进行统计，可以清晰地看出，此处的信号繁多，电信的ChinaNet占了其中的67%，移动的CMCC(包括CMCC-EDU)只占33%(见图5)。

而SSID号为ChinaNet和CMCC的AP全部使用2.4 GHz频段，只有 CMCC-EDU 使用的是双频(2.4 GHz+5 GHz)模式。所以整层楼AP数量较多，WLAN 2.4 GHz频段的3个不干扰频点1，6，11无法合理分配，有些AP之间形成了同频干扰。图6、图7分别是第3层楼每个频点对应的AP个数及信号强度。

图5 3032寝室各个SSID占比图

图6 第3层频点分布图

图7 第3层各频点强度分布图

可以看出，有9个AP处于2.4 GHz的1频段，5个处于6频段，还有2个处于11频段，且它们各个频段的信号强度从-48～-69 dBm不等，处于同一频点的AP个数多且强度相差不大，相互之间造成的同频干扰严重。还有一个AP处于7频点，会与6频点的AP形成邻频干扰。与此同时，使用5 GHz的AP非常少，频点分配合理，无同频干扰的现象出现。

为了减小网络的不稳定因素对下载速率造成的影响，预先搭建了一个本地FTP平台，专门用于提供下载业务。在限速为1 Mbit/s的情况下，选择SSID为CMCCEDU，模式为 IEEE802.11n 的 AP，在 3 楼为 2.4 GHz和5 GHz频段选取场强相似的点位，分别进行下载测试。具体统计数据如图8所示。

从图8中可以明显看出，2.4 GHz和5 GHz频段在相同场强下的下载速率有明显差异。当场强在-30 dBm左右时，5 GHz频段的下载速率比2.4 GHz高了22.7%;当场强在-55 dBm左右时，5 GHz频段的速率比2.4 GHz高了60.9%;当场强在-70 dBm左右时，5 GHz频段的速率比2.4 GHz高了41.2%。总的来说，在干扰严重时，使用5 GHz频段的速率比2.4 GHz平均高了40%左右。

综上所述，可以得出以下结论:2.4 GHz频段存在严重干扰，而5 GHz基本无干扰;当2.4 GHz频段干扰严重时，使用5 GHz频段的速率比2.4 GHz平均要高40%左右。

图8 2.4 GHz与5 GHz同场强下载速率对比

4 总结

随着5 GHz WLAN技术标准及相关设备的逐步成熟，使利用5 GHz频段进行WLAN网络建设成为可能。针对2.4 GHz与5 GHz频段在干扰、容量、覆盖等方面进行理论和实际测试数据两方面的对比分析，制定5 GHz WLAN整体技术解决方案，对运营商今后建设双频无线网络有参考借鉴的意义。

［1］阙鋆淑，谢葳，黄帮明.高校 WLAN优化方案研究［J］.电视技术，2012，36(5):71-73.

［2］张海鹏.浅析WLAN干扰问题及解决方法［J］.信息通信，2012(5):213-214.

［3］尹林佳.WLAN无线局域网在干扰环境下性能分析及研究［D］.北京:北京邮电大学，2010.

［4］MOSTAFA M，DEBASISH C，NAOKI N，et al.The impact of dynamic RTS Threshold adjustment for IEEE 802.11 MAC protocol［J］.Mobile Information Systems，2009(1):5-20.

［5］李新红，张敏菊.WLAN抗干扰分析以及避免和消除［J］.电脑知识与技术，2012(15):3538-3541.