Wi- Fi 无线网络2.4GHz频率规划研究

jinyiming

2011.1 数据通信
技术交流
Te c h n o lo g y Dis c u s s io n
摘 要：近年来， W i- Fi技术以其低成本 、高速率的优点得到了迅速普及，在教育 、金融 、酒店以及零售业 、
制造业等各领域有了广泛的应用 。 Wi- Fi网络运行在2.4GHz开放频段上，可用频点数较少 、干扰较大 。 需要进
行合理的频率配置，以提高Wi- Fi网络覆盖质量，提升用户业务感知 。
关键词： Wi- Fi；频率规划； 2.4GHz
高 峰1 文 柳1 丰 雷1 王 晖2（1.北京邮电大学信息与通信工程学院 北京100876；
2.中国移动通信集团黑龙江有限公司 哈尔滨150028）
Wi- Fi 无线网络2.4GHz频率规划研究
无线保真Wi- Fi（Wireless Fidelity）技术于20世纪
90年代逐步成熟并投入商用，其最初定位为传统有
线网络的延伸，在某些不易布线的环境下也可以替
代传统有线网络，使用户摆脱线缆的桎梏，随时随地
移动接入Internet。 与传统有线网络相比， Wi- Fi网络
具有灵活性强 、 安装简单 、 部署成本较低 、 扩展能力
好等优点，已经在教育 、 金融 、 酒店以及零售业 、 制造
业等各领域有了广泛的应用 。
目 前 广 泛 应 用 的 IEEE 802.11b/g 标 准 使 用
2.4GHz 的 ISM 频 段 ， 工 作 频 率 范 围 为 2400 ～
2483.5MHz。 该频段为Wi- Fi 、 宽带无线接入系统 、
Bluetooth设备 、点对点或点对多点扩频通信系统等各
类无线电台站的共用频率 。 需要进行合理的频率规
划，规避干扰，以保证Wi- Fi的业务质量 。
1 2.4GHz频段信道划分
2.4GHz频段可用带宽为83.5MHz，划分为13个信
道，每个信道带宽为22MHz。 具体信道配置方案如表
1所示 。 在实际建网进行频率规划时，相邻接入点AP
(Access Point) 应尽量使用互不交迭的信道以减小彼
此干扰 。
IEEE 802.11b/g的13 个信道中心频率以 5MHz间
隔分布，如图1所示 。
2 2.4GHz Wi- Fi频率干扰分析
2.4GHz ISM频段是目前唯一的在世界范围内通
用和开放的频段，该频段也因此存在许多来自各种
不同系统的干扰信号，例如射频识别 RFID（Radio
Frequency Identification） 、WLAN和无线个人局域 网
WPAN （Wireless Personal Area Network）（包括Bluetooth 、Zigbee 、WiMedia和HomeRF等） 。
收稿日期 ： 2011-01-05
表1 2.4GHz频段信道配置表
MHz） 信道低端/高端频率（MHz ）信道 中心频率（
12 2467 2456/2478
13 2472 2461/2483
2401/24231 2412
2 2417 2406/2428
3 2422 2411/2433
4 2427 2416/2438
5 2432 2421/2443
6 2437 2426/2448
7 2442 2431/2453
8 2447 2436/2458
9 2452 2441/2463
10 2457 2446/2468
11 2462 2451/2473
图1 2.4GHz频段信道划分
43
数 据通信 2011.1
技术交流
Te c h n o lo g y Dis c u s s io n
同时， ISM频段还存在微波炉 、 无绳电话等设备，
因此各设备之间存在干扰，干扰的大小与干扰的形
式 、频率和强度等诸多因素有关 。 由于各种无线技术
的机制不同，相互之间的干扰有不同的特性 。 有的干
扰是无规则的或者规则难以预料的，如微波炉的干
扰 、 人为主动干扰等；有的干扰是非协作系统之间的
干扰，如 FCC15.247标准规定的无绳电话 、 蓝牙和
HomeRF等等 。
此外， AP之间的干扰则更加严重 。 由于有限的频
谱和无线介质的特性，系统容量并不是随 AP数目的
增加成正比 。 由于 AP间的相互干扰，整个系统的吞吐
量也会受到影响 。
同频干扰： Wi- Fi采用的扩频码是基于统一规范
的，系统内的设备有可能使用相同的扩频码，因此相
邻小区不能使用相同频率，否则将造成同频干扰 。 所
以，在有限范围内单纯采用增加 AP的办法是无法提
高网络容量的 。
邻频干扰：两信道中心频率小于 25MHz时，信道
之间存在重叠区域，会有部分干扰 。
使用邻频可以增加可用频点数，但会引入干扰，
工程上习惯为相邻小区配置 1、6、11 信道，这样既可
以充分利用频点资源，又避免了干扰。
3 2.4GHz频段频率规划
与移动通信网一样，为了扩大覆盖范围和提高
频谱利用率， Wi- Fi也必然需要引入蜂窝结构。 在
Wi- Fi组网中，可以通过频率重用来增加网络容量，
解决频率有限的问题。 同频干扰是无线通信组网中
的主要干扰源，因此选择合适的重用频率集是使用
频率重用方式的关键。
同频干扰会带来单AP性能的下降，所以一般来
说，规划设计AP频点时，需尽量将两个相邻AP设定
在频率不相交迭的信道上，以确保增加AP后在覆盖
增加的同时，网络容量也同比增加。 当室内隔断不规
则分布时，应依靠隔断物划分覆盖区域，按照上述原
则合理规划频率，减少同频干扰。
可用频点的选择可以参照以下原则：一般情况
下，推荐使用1、6、11频点进行复用；当选用的AP杂散
指标较差时，可采用1、7、13频点进行复用；在频率复
用困难或者网络容量需求很高的情况下，也可采用
1、5、9、13频点进行复用。
在一些特殊应用场合，也可以将AP都配置成同
一频点，作为无线中继使用，以简单扩大覆盖范围。
基于上述原则，考虑以下几种Wi- Fi频点使用策略。
3 . 1 未建 W i- F i网络的热点
（1）中小型无遮挡的开阔空间：此类区域内最多
布放3个AP即可满足覆盖及容量需求，每个AP可使
用1、6、11任意一个子信道。
（2）超大型无遮挡的开阔空间：对于一些超大规
模无遮挡的热点区域需使用3个以上的AP时，为最大
限度地减少信道之间的重叠和干扰，应避免相邻AP
使用相同的信道。 在IEEE 802.11b/g中，最好使用信
道1、6和11。 可以有规划地排列蜂窝，交替使用不同
的信道，如图2所示。
然而，在这些信道交叉的中央区域有一个没有
被Wi- Fi信号覆盖的盲区。 如果客户端漫游时经过这
个覆盖盲区，可能立刻失去无线信号。 另外，如果缩
短蜂窝之间的距离，以覆盖这个盲区，两个使用信道
1的蜂窝将重叠，进而相互干扰。 在这种情况下，为了
扩大覆盖范围并减小干扰， Wi- Fi网络也需要引入蜂
窝结构，如图3所示。
图2 交替使用IEEE 802.11b/ g信道时出现的盲区
图3 交替使用IEEE 802.11b/ g信道的模式
44
2011.1 数据通信
技术交流
Te c h n o lo g y Dis c u s s io n
采用图 3所示的模式使用信道时，可以有多种不
同的组合方式，但结果基本相同 。
交替使用信道可避免重叠，这常被称为信道复
用 。 可重复图 3所示的基本模式，以覆盖更大的区域，
如图 4所示 。
（ 3）对于有阻挡物的热点区域，应充分利用热点
区域的阻挡物实现 1、6、11信道的重复使用。
（4）多层大楼的覆盖区域：前面只讨论了二维区
域的信道布局。 下面讨论设计一个多楼层Wi- Fi网络
覆盖时的信道规划。
天线发射的RF信号实际上是在三维空间内传播
的。 对于全向天线，其辐射图是一个以天线为中心的
圆环。 信号向外传播，使得蜂窝在楼面上类似于一个
圆；信号也将向下和向上传播，这将影响位于相邻楼
层中的Wi- Fi信号传播。
考虑一座两层大楼，如图5所示。 在一楼使用的
是图4所示的二维信道布局。 在这种情况下，楼层平
面内以及楼层之间都需要交替使用信道。 一楼的信
道1不能与二楼的信道1相互重叠。
考虑规划Wi- Fi网络建设所涉及的每项任务时，
必须对每个AP的蜂窝大小、 发射功率和使用的信道
进行协调。
3.2 已建有Wi-Fi网络的热点
（1） 1、6、11 子信道未全部被占用的无遮挡开阔
空间：此类热点区域布放AP时选用1、6、11 子信道中
未使用的子信道进行覆盖。
（2） 1、6、11 子信道已全部被占用的无遮挡开阔
空间：两个相重合的频段是存在同频干扰的。 但是当
双方信号强度不是非常大的时候，这种干扰对双方
的信号质量不会产生非常明显的影响。 选择1、6、11
子信道是为了从根源上避免出现同频干扰的情况，
但并不能代表绝对不能出现1、6、11以外的频点。
事实上，有较多AP的热点区域中， 1、6、11 号信道
会被重复使用，这时，只需要避免信号强度相近的AP
信号的频点重复就可以了。
故当热点区域内的1、6、11 信道均被占用时，出
于特殊原因考虑，可按照上述方法选择1、6、11 中的
信道进行重复使用，或者考虑从其他的信道使用方
式，如1、7、13。
4 结束语
Wi- Fi网络的容量与其所受干扰情况密切相关，
只有进行合理的频率配置，规避干扰，才能获得满意
的服务质量。
文章讲述了2.4GHz的频段划分，并进行干扰分
析，给出了对于未建Wi- Fi网络及已建Wi- Fi网络两
类不同场景下的频率配置原则。
参考文献
[1] 高峰, 高泽华, 文柳等.无线城市:电信级Wi- Fi网络建设与
运营[M].人民邮电出版社， 2011.1
[2] 唐雄燕.宽带无线接入技术及应用： WiMAX与WiFi[M]. 电
子工业出版社， 2006.5
[3] IEEE. IEEE Std 802.11b—1999 Part 11, Wireless LAN
Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY)
Specifications: Higher- speed Physical Layer Extension in the
图4 重复IEEE 802.11b/ g信道使用模式
图5 IEEE 802.11b/ g三维信道布局
(下转第 50页 )
45
数 据通信 2011.1
技术交流
Te c h n o lo g y Dis c u s s io n
2. 4 GHz Band[S]. 1999
[4] IEEE. IEEE Std 802.11g—2003 Part 11: Wireless LAN
Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY)
Specifications- Amendment 4: Further Higher Data Rate
Extension in the 2.4 GHz Band[S]. 2003
作者简介: 高峰 ， 博士 ， 主要研究方向为移动通信 ； 文柳 ， 硕士 ，
主要研究方向为 W LAN； 丰雷 ， 博士研究生 ， 主要研 究 方 向为
移动通信系统 ； 王晖 ， 现在中国移动通信集团黑龙江有限公司
网络管理中心从事网络监控工作 ， 监控工程师 。 ■
(上接第 45页)
从仿真结果可以看出，在用户数较少的情况下
(在本场景中为小于6个)，自适应方案的速率性能与
Max C/I基本相同，公平因子介于 Max C/I与 PF- а
(α =1)之间，较Max C/I约有0.2的提高，用户可以得到
很好的速率性能；在用户数中等的情况下(在本场景
中为6- 25个)，自适应方案的速率性能低于Max C/I，
等于PF- а (α =1) 的传输速率，公平因子与 PF- а
(α =1)相同，与Max C/I相比有较大幅度的提升；在用
户数较多的情况下(在本场景中为大于25个)，自适应
方案的速率性能低于PF- а (α =1)，公平因子较PF- а
(α =1)有近20%的提升 。
通过对仿真结果的分析看出，所提方案满足实
际系统自适应的需求，在不同的情况下，系统会自适
应改变子载波分配策略，使系统的性能得到改善 。
5 结论
本文讨论了在多跳场景下的子载波分配问题，
提出了以传输速率 、 公平性为优化目标的子载波分
配方案以及自适应的子载波分配方案，三种方案分
别适用于用户数长时间较少 、 用户数长时间较多以
及用户数目变化较频繁三种场景，对系统的性能提
升和用户服务质量的提高有较大帮助 。