5.8GHz頻段微功率設備與WLAN干擾分析與實驗

楊文翰，李建欣，王曉冬，李明明

（國家無線電監測中心，北京 100037）

5.8GHz頻段微功率設備與WLAN干擾分析與實驗

楊文翰，李建欣，王曉冬，李明明

（國家無線電監測中心，北京 100037）

本文分析了5.8GH z頻段微功率設備對WLAN設備的干擾機理，計算了微功率設備與WLAN設備間的干擾保護距離，并設計實驗測試了一款微功率設備對802.11a設備的干擾。

微功率設備；電磁干擾；5.8GH z 802.11a

1 引言

ITU-R SM.1538-2建議書“短距離無線電通信設備技術和操作參數及頻譜要求”中定義短距離無線電通信設備（SRD）為：短距無線通信設備指提供單向或雙向通信、功率低、對其他無線電設備不易造成干擾的無線電發射設備。這些設備運行的原則是不干擾，不保護。

鑒于短距離無線電通信設備通常是在無干擾、無保護的基礎上使用，工業、科學和醫療（ISM）頻段已被選作這些設備的主要頻率范圍。國際上很多國家（包括美國，歐洲大部分國家，日本以及韓國等），都在5.8GHz（5725-5850MHz）頻段廣泛使用短距離無線電通信設備。另外，WLAN系統也工作在此頻段，必須對兩者使用同一頻段的兼容性進行研究。

本文首先分析了5.8GH z頻段微功率設備對WLAN設備的干擾機理，計算了微功率設備與WLAN設備間的干擾保護距離，然后設計實驗測試了802.11a設備在某型號微功率雷達干擾下的性能影響。結果表明，WLAN設備不易受到微功率設備的干擾。

2 微功率設備對WLAN設備干擾分析

無線系統受到的干擾包括同信道干擾與鄰信道干擾，本文主要研究的是同信道干擾。為了分析系統的受干擾機理，本文先提出了無線系統受同信道干擾的三個條件：受干擾系統接收干擾功率超過門限值；信號在頻域上發生碰撞；信號在時域上發生碰撞。

本文在微功率設備與WLAN設備同頻，并且以最大發射功率連續發射的條件下，分析了微功率設備對WLAN設備的干擾，根據分析結果，建議將5.8GHz頻段規劃用于微功率設備。

2.1 干擾門限

802.11a協議采用載波偵聽多路接入/沖突避免（CSMA/CA）的信道接入機制，WLAN發送端在發送數據前，會先偵聽信道上有無其他設備在發送信息，如果沒有（即信道空閑），則發送數據；否則（信道忙）暫不發送，退避一段時間后再嘗試。當WLAN工作信道存在干擾時，WLAN在發送數據前會對接收到的干擾信號進行判斷，如果干擾信號的功率超過載波偵聽（CCA）門限，WLAN會認為干擾信號占用了信道，暫不發送數據，退避一段時間后再嘗試。WLAN會因為不斷退避而無法接入信道造成數據包傳輸時延變大，影響正常通信。干擾機理如圖1所示。因此，可以CCA偵聽門限作為干擾門限，文獻[1]中給出了CCA偵聽門限：-62dBm/20MHz。

2.2 干擾保護距離計算

圖1 干擾機理

WLAN設備接收微功率設備的干擾功率可用式（1）計算。

式中，Pi為WLAN系統接收干擾功率；Pt為微功率系統全向等效發射功率（EIRP）；Lp為路徑損耗；Gr為WLAN天線增益；Ls為饋線損耗。

CEPT/ERC/REC70-03建議書“關于短距離設備（SRD）的使用”中規定該頻段通用微功率設備EIRP為25mW。所以，以下分析都基于25mW的發射功率進行。

[2]中，給出了不同場景的WLAN路損模型：

路損可按（2）式計算，式中，d為距離（m）；dBP為斷點（m）；f為頻率（MHz）；LFS(d)為自由空間損耗（dB）。另外需要加上陰影衰落，其概率分布為

表1 路損模型參數

圖2 干擾保護距離

確定性計算的干擾保護距離如圖2所示，結果表明，在微功率設備以最大功率連續發射，并且天線主瓣正對著WLAN設備時，需要11～18米的保護距離。

3 微功率設備對802.11a干擾測試

圖3 測試實驗示意圖

本文測試了一款微功率測距雷達對WLAN的干擾。該雷達最大發射功率為25mW，該系統主從設備采用18dBi的定向天線，并需正對使用。該系統信號為5.758GHz～5.817GHz的59MHz范圍內的掃頻信號，信號為間斷發射，廠家給出典型發射概率為50%。

按照圖3布置實驗系統，其中，微功率系統終端之間工作距離為3米；WLAN AP始終在微功率系統天線的最大輻射方向上，WLAN AP與筆記本終端的距離為3米，WLAN AP與WLAN流量監控終端用網線連接，WLAN流量監控終端與WLAN通信終端通過WLAN AP加載FTP業務，并在WLAN流量監控終端實時監控吞吐量。測試兩系統在不同間隔距離下，WLAN系統的吞吐量變化。

圖4 微功率測距雷達系統對WLAN干擾

實驗中把WLAN信道固定在157號信道（5.775～5.795GHz），并且讓微功率系統的信號以最大功率連續發射。觀察在不同干擾距離下，WLAN系統的吞吐量的影響。

圖4為測距雷達系統對WLAN干擾的測試結果，在間隔1米時，WLAN系統的吞吐量在某些時刻有所下降，而WLAN平均吞吐量只下降了3%。2米以后的平均吞吐量變化都穩定在3%以內，這種變化很難分辨是雷達系統的干擾還是WLAN本身信道的變化，因此可以認為微功率測距雷達并不對WALN系統造成干擾。

4 結論與建議

確定性計算表明，在微功率設備以最大功率連續發射，并且天線主瓣正對著WLAN設備時，需要11～18米的保護距離。微功率設備為降低功耗，一般不會以最大功率發射；微功率設備的信號一般不會連續發射，而是間斷發射；微功率設備使用定向天線時，天線主瓣正對WLAN設備的概率并不高。實測結果表明，微功率設備對WLAN設備并不產生干擾。

綜上所述，WLAN設備并不容易受到微功率設備的干擾，兩者可以在一定條件下共存。目前5.8GHz頻段已經廣泛應用于SRD設備，并且市場上對這些設備有很大的需求，以至于有不少沒經過型號核準的無線設備通過非法渠道進入我國市場并被非法購買、使用，難以有效地監管。

為促進5725～5850 MHz各種無線電業務協調、健康的發展，滿足行業應用需求，根據《中華人民共和國無線電頻率劃分規定》及我國頻譜使用情況，參照國際上通用的技術標準，建議我國在該頻段允許通用微功率（短距離）設備使用。

參考文獻：

[1] IEEE Standard for Information Technology-Telecommunicationsand Information Exchange Between Systems-Local andMetropolitan Area Networks-Specific Requirements-Part 11:Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and PhysicalLayer (PHY) Specifcations. IEEE Std 802.11-2007 (Revisionof IEEE Std 802.11-1999), 2007: p. 1-1076.

[2] Eldad Perahia, Robert Stacey. Next Generation Wireless LANs.Cambridge University Press. 2008.

Analysis and Testing of Electromagnetic Interference from Short Rang Devices to WLAN on 5.8GHz Band

Yang Wenhan, Li Jianxin, Wang Xiaodong, Li Mingming
(State Radio Monitoring Center, Beijing, 100037, China)

Analysis of the interference mechanism of Short Range Device and WLAN equipment on the 5.8GHzband, calculate the interference protection distance, and test the interference from one Short Range Device(SDR)to 802.11a devices. The calculate results show that 11 to 18 meters separation distance is needed to protect 802.11adevices. Experimental results show that the SDR devices may not cause harm ful interference to 802.11a devices.Finally, recommendation of planning 5.8GHz band for SDR devices is proposed according to the analysis results.

Short Range Device; Electromagnetic Interference ; 5.8GHz 802.11a

10.3969/j.issn.1672-7274.2014.05.014

TN924

A

1672-7274（2014）05-0059-03

國家科技重大專項基金資助項目（No.2012ZX03003004, No. 2012ZX03006003）。

楊文翰，男，廣東人，2011年獲北京郵電大學電子工程學院微波與電磁場博士學位，主要從事無線電頻譜規劃、認知無線電等方面的研究工作。

李建欣，女，1983年生，北京人，碩士，主要從事衛星頻率和軌道資源的規劃研究、衛星網絡技術協調和衛星系統電兼容研究工作等。

王曉冬，畢業于北京理工大學電子工程系通信工程專業，獲學士學位，現在主要研究方向為衛星通信、電磁兼容、頻率協調和無線電新業務頻率規劃，曾負責“衛星導航系統協調和干擾保護研究”、“物聯網頻率及干擾問題研究”等多個國家重大專項課題研究工作。

李明明，博士，北京郵電大學信息與信號處理專業畢業，主要研究方向為認知無線通信、WLAN等，現在從事頻譜管理相關研究工作，工程師。已在國外重要期刊或學術會議發表EI檢索文章10余篇。