关于802.11n的Wifi信道干扰排障优化的探讨

郑曙光

【摘要】 本文详细介绍了在AP密集分布的区域中，常见Wifi信道干扰故障（包括协助信道干扰和重叠信道干扰），针对不同的故障类型，在不同的电平环境条件下，进行模拟实验推演，从而得出有效依据。同时，本文将分享排障技巧，从而帮助我们更有效地解决相关故障问题。

【关键词】 IEEE802.11n 协助信道干扰 重叠信道干扰 信道自干扰

引言：

市面上广泛流行的家用级中低端Wifi设备均采用802.11n协议且工作在2.4Ghz模式，并默认使用速率较高的40Mhz信道带宽。Wifi技术已普遍应用于千家万户，在AP密集分布的区域中，不可避免地会存在信道之间互为干扰的情况。

一、模拟实验

1.1模拟Wifi信号覆盖范围重合的实验

本人使用2台Wifi路由器，价位与品牌均不一样，使用4台电脑作测试，其中2台电脑作为FTP服务器，2台电脑作为无线终端设备（不具备MIMO技术）。如图1-1所示，架设2个AP，分别命名为Testap-A（节点A）和Testap-C（节点C）；设置2台电脑，分别命名为PC-B（终端B）和PC-D（终端D）。其中，节点A和终端B互联；节点C和终端D互联，对于节点A和终端B而言，节点C是隐藏节点。本实验的目的：测试在2个AP的信道编号不一样的情况下，不同的信道干扰条件会对实际速率带宽所产生的影响。

1.2被干扰AP与干扰AP的信道带宽均为40Mhz的情况下：

实验中，设定节点A和节点C的信道带宽均为40Mhz，节点A固定在“1+5信道”，设定终端D的速率为50Mbps，调整节点C的信道逐渐向“1+5信道”平移。如图1-2所示，在2.4Ghz频段中，2个AP只有一种条件可达到互不干扰的情况，在此条件下，终端B可稳定在68Mbps。当节点C逐渐向该信道“平移”，使2个AP的信道开始互为交叉重叠时，受干扰的终端B的速率带宽迅速下降，当交叉重叠的范围愈加逼近，恶化程度愈加剧烈，峰值仅0.5Mbps，此干扰情况为“重叠信道干扰”（Overlapping）。而当2个AP的信道完全处于“1+5信道”时，受干扰的终端B的速率则大幅提升至48Mbps，信道恶化的情况得到改善，此时为“协助信道干扰”（Co-channel）。

当设定终端D的速率为8Mbps，并保持其他实验条件不变，实验结果基本不变。

二、对信道干扰的分析

2.1协助信道干扰

从2章节的实验中可见，协助信道干扰的严重性较低，原因是，CSMA/CA冲突监听机制从中发挥作用。如图1-1所示，终端B处于节点A的信号覆盖范围边缘，节点C作为隐藏节点，在节点C与终端D通信的过程中，其射频信号必定会对节点A和终端B之间的无线物理链路产生影响，但是，802.11中， CSMA/CA冲突监听机制，为解决此类隐藏节点发挥作用，而对应此机制的，是RTS/CTS协议：如图1-1所示，节点A向终端B发送数据前，要先发送1个请求发送帧RTS（节点C并未收到RTS），终端B收到RTS请求后，向节点A回复1个允许发送帧CTS，由于在同一信道内，所以，节点C可收到终端B发出的CTS帧，此时，节点C将按CTS帧中描述的时间，暂停向终端D的数据发送，从而避让冲突发生。

RTS/CTS握手协议属于控制帧，占有一定长度与空口时隙，在半双工的模式下，势必会降低数据传送的效率。市面上大多数Wifi路由器的RTS时阀值为2347，可以理解为，当数据帧长度≥2347时，则启用RTS/CTS握手协议，然而802.11中的数据帧长度最大值是2346，所以，大多数Wifi路由器默认关闭CSMA/CA冲突监听机制。倘若手动修改RTS时阀值为2346，则在发送长度为2346的数据帧时，启用该握手协议，避免冲突。

RTS/CTS握手协议存在阈值，当隐藏AP收到的RTS/ CTS帧的电平值低于阈值，则忽略握手请求，CSMA/CA冲突监听机制无法启用。

2.2重叠信道干扰

在章节3.1中，可见CSMA/CA冲突监听机制在同信道隐藏节点问题上发挥重要作用。然而，不同信道之间若重叠信道干扰问题，则无法启用该监听机制。如图1-1所示，节点C与终端D之间的无线物理链路并不受节点A和终端B的干扰，所以，节点C和终端D的空口信道已被高效占用。终端B处于节点C的覆盖范围，但是信道却互有重叠，当节点A向终端B发送数据时，其信道却受到节点C的冲突干扰，由于重叠的信道并不完整，因此终端B认为信道受到噪声干扰，继而节点A启用抗噪能力更强的调制方式，例如QPSK或BPSK等控制帧和占用时隙更长的调制方式。并且，由于冲突明显，所以误码率陡增，传输效率更为低下。

在802.11n中，40Mhz频宽的信道分为主信道和輔信道，2信道各占20Mhz频宽，当辅信道收到干扰时，AP将自动切换为20Mhz模式。但是，在实验中，在辅信道受重叠信道干扰，而主信道未收干扰的条件下，实际速率未达20Mhz频宽所应有的速度效果，劣化程度未见减缓。实际应用中，若调整AP的信道带宽为20Mhz可有效避免重叠信道干扰的发生。

三、信道自干扰

除来自隐藏节点的干扰外，自身节点覆盖范围内的个别终端同时也会对信道“产生干扰”。在本文中，此类干扰可暂称为“信道自干扰”。参照IEEE802.11，信道调制方式和编码效率与接收信号灵敏度有直接关系：接收信号越大，则使用较为高效的调制方式（64Qam），速率高；接收信号越小，则受噪声影响的可能性越大，因此，使用较为抗噪能力较强，但较为低效的调制方式（Qpsk或Bpsk），同时，为了提高数据帧的发送命中率，QPSK或BPSK模式下的控制帧较多，且占用时隙较长，因此速率低。

假设，终端B处于节点A覆盖范围的边缘，接收信号为-80dbmv，则启用BPSK调试方式进行数据传输，此类低速率调制方式的占用时隙较长，速率较低；终端C处于节点A覆盖范围中央位置，接收信号为-50dbmv，则启用64Qam调制方式进行数据传输，此类低速率调制方式的占用时隙较短，速率较高。

当节点A持续以BPSK方式向终端B进行数据传输，则信道中的所有时隙均被占满。同时，节点A以64Qam方式向终端C进行数据传输，但是，由于信道中的时隙被低速率的数据帧占满，因此，高速数据帧与低速数据帧之间发生碰撞，导致节点A发送至终端C的误码率陡增。所以，即使节点C所处的电平条件较好，但是，其速率也无法得到应有的速度效果。

四、总结

在信道复杂的环境中，应尽量避免出现重叠信道干扰问题。若无法避开干扰信道，则应调整自身信道与干扰信道完全重合，配合CSMA/CA机制，使2者在有序的条件下工作。需注意，应在路由器高级设置中，改写分片阈值和RTS阈值，否则CSMA/CA无法发挥作用。为避免出现信道自干扰的可能性，则应注意Wifi的信号覆盖问题。调整Wifi路由器的摆放位置，增设中继AP，布设电力无线路由器都是扩大Wifi覆盖范围的办法。