机场热点区域的无线局域网信号干扰分析

【摘要】随着无线局域网的广泛应用，机场、候车厅等人员密集的地方成为各大运营商争相部署无线局域网的热点区域。通过对国内某机场WLAN的实际测试，得出该机场的AP数量、信道占用及信号覆盖等无线局域网部署情况，并以此为基础重点分析了该机场WLAN信号干扰等问题，为国内其他机场及相关热点区域在进行无线局域网建设初期的网络规划方面提供参考。

【关键词】信号干扰无线局域网机场

中图分类号：TN929.53文献标识码：B文章编号：1006-1010(2014)-09-0030-04

1 引言

据相关报道，截至2013年年底全国预计有24家机场年旅客吞吐量达到1 000万人次以上，其中首都国际机场旅客吞吐量在2012年达到8 192.9万人次，位居全球第二。

机场作为典型的热点区域，其潜在的高端用户需求，可观的业务收入使其成为各电信运营商争相部署AP热点、拓展WLAN市场的重点区域。然而，由于WLAN中AP基本工作在相同频段，随着中国移动、中国联通、中国电信等运营商在某机场部署的AP不断增加，用户不断反映在该机场1、2号候机楼等区域存在网络速率低、上网体验较差等问题。

本文通过在该机场不同区域WLAN信号进行实地测试，获得该机场具体的无线局域网规划情况，并对其信号干扰等问题加以分析，为其他机场的WLAN规划提供参考。

2 现场测试

2.1测试区域

本次测试范围主要包含室内和室外两个区域。室内测试区域为T1、T2（双层）航站楼的大厅和登机桥，室外测试区域主要集中在机场服务车道、近机位和远机位。在全面测试上述区域后，笔者在T1、T2航站楼及服务车道等区域选择了多个测试点用以分析该机场WLAN信号干扰情况。

2.2测试方法

本次测试使用了专业的第三方测试设备和工具开展现场测试。为确保获取所有既存的射频数据，所采用的方法如下：

（1）利用整套设备进行被动的勘测从而获取射频数据，包括信号强度、噪声电平、信噪比、无线网络名称和设备的MAC地址；

（2）利用整套设备进行主动的测试，用于测试Wi-Fi网络的性能、漫游和连接能力。

3 信号干扰计算方法

相关文献表明，当特定区域内的AP信号受到干扰时会出现设备利用率低、忙时用户上网时延大和用户带宽不稳定[5]等诸多问题。由于机场射频环境比较复杂，机场内AP都会受到不同程度的干扰。其干扰主要来自两个方面：首先，工作在同一频段的其他高频无线设备如蓝牙、微波炉等容易对AP造成较强的干扰，因此在部署WLAN时，应远离这些设备。其次，当机场部分区域无线局域网规划不合理时，如某些区域部署的AP比较密集，由于频谱资源受限加之无线介质本身的特性，系统容量并不会随着AP数目的增加而增大[3]，反之AP之间容易产生较强烈的同、邻频干扰[4]。

考虑到AP间干扰的复杂性及对无线局域网规划的重要意义，本文将重点分析该机场AP间的同、邻频干扰。

（1）同频干扰

假设有n个AP工作在某一区域的同一频点，则其第i个AP对临近AP干扰程度[6]为：

Ii=(90+Ai)*100/60 （1）

其中Ai为该AP的信号强度。

则该AP在该区域受到的同频干扰百分比为：

（2）

（2）邻频干扰

在计算相邻或不同信道间的干扰时，为了使计算更加准确，首先必须对信号强度值做一些调整（adjustment）。调整值的大小取决于两信道的间隔。间隔数为1、2、3、4时，相应的信号调整值为-2、-5、 -9、-15。当信道间隔超过4时，不存在信道干扰。

假设在某个AP周围有多个AP工作在其他相邻频点，其中工作在频点间隔为1的AP数目为N1，间隔为2的数目为N2，以此类推间隔为4的AP数目为N4,则这些AP中第i个AP对该AP信号的干扰程度为：

Ii=(90+Ai+Ml)*100/60（3）

其中Ai为第i个AP的信号强度，M为两个AP频点间隔的信道调整值，l为与之对应的频点间隔。

则该AP受到的总的邻频干扰百分比为：

（4）

4 测试结果

4.1AP分布

在实际测试中发现，机场各个区域都分布有大量AP，其中航站楼大厅和机场服务车道（靠近大厅和登机桥）因为来往人员比较密集，用户连接网络需求较大[2]，因此部署的AP较多，达到1 326个，占到整个机场AP数量的90%以上。而近机位与远机位由于人员密集度较低，且无线信号容易对客机与地面的通信造成干扰，因此总体部署的AP较少。

机场无线网络部署比较复杂，国内移动、联通和电信三大运营商都在该机场部署了自己的无线局域网，其AP总数占到机场全部AP数量的50%。此外，还有其他类型的无线网络，如机场为用户提供的免费Wi-Fi、机场自身专用无线网络和某些移动设备共享的无线网络，这些无线信号混杂在一起共同构成了机场复杂的射频环境。

4.2信道占用

根据IEEE及国家相关标准规定[1]，IEEE 802.11b/g工作频段为2.4—2.483 5GHz，划分为13个子信道。13个子信道相互重叠，其中只有1、6、11三个子信道之间相互没有重叠。通过实测发现，除部分专用无线网络的AP工作在5.0GHz频段之外，机场的AP主要工作在2.4GHz公用频段的1、6、11频点，少量AP工作在其他频点。机场AP信道占用情况如图1所示：

图1机场无线网络信道占用情况

4.31号航站楼测试点检测结果

1号航站楼大厅内AP信号强度分布曲线如图2所示，从曲线中可以看出，该航站楼大厅内超过六成的AP信号强度达到-60dBm以上，信号强度较强完全达到正常需求标准。在该航站楼大厅内选定的测试点检测到的部分AP信息如表1所示，限于篇幅部分信号强度较弱的AP未列入其中。

由表1可知，在该测试点附近存在较多AP，这些AP信号较强且大多工作在同一频点，彼此之间产生较强的干扰。少部分AP工作在互不干扰的6、11频点，因此在该测试点几乎不存在信道间干扰。

4.4实验室测试结果

1号航站楼大厅测试点的测试结果表明，由于三大运营商在该测试点附近部署了较多的AP，这些AP信号强度较强且工作在同一频点，使得彼此之间产生严重的同频干扰。此外，除部分测试点可以检测到微弱的邻频干扰外，其他各个测试点的测试结果与之类似，不再赘述。

为了分析同频干扰对无线网络性能的影响，笔者在实验室搭建了一个测试环境以模拟机场的实际射频环境。选用了3个相同品牌的无线路由器作为AP连接到同一个交换机上以搭建一个无线局域网，这三个AP彼此相距10m构成一个等边三角形。并选用3台笔记本分别与三个路由器相连作为用户等待接收数据。在配置无线路由器时，首先将路由器工作频点分别设置为1、6、11三个互不干扰的频点，另选一台PC与交换机相连作为服务器，并使用iperf工具进行网络性能测试。首先，对比了不同数量用户同时进行网络性能测试时用户1的传输速率变化情况，结果表明在三种配置条件下，用户1的数据传输速率几乎没有差别，相应的测试结果如图3所示。

其次，将三个无线路由器重新配置成相同的工作频点，三个用户分别重新接入无线网络，并重复之前的测试，测试结果表明，随着用户数量的增加，用户1的数据传输速率有较大幅度的下降，相应的测试结果如图4所示。

图4相同频点下数据传输速率变化情况

5 结论

上述实验结果表明，当同一区域有多个AP工作在相同频点时，彼此之间会产生严重的同频干扰，从而导致数据传输速率明显下降，进而严重影响无线局域网的性能。为了在机场等热点区域抢占市场，国内多家运营商展开了激烈的竞争，由于缺乏统一的网络规划部署，在网络扩容阶段又缺乏沟通机制，使得像机场等热点地区出现了较为严重的同频干扰情况，从而出现机场多处区域虽然信号强度很强，单用户上网体验依然较差的现象。

一方面，由于无线局域网使用非授权无线频谱，网络建设成本较低，使得网络建设过程中较易产生干扰现象。另一方面，由于无线局域网具有较低资费的优势，用户群庞大。为了提高网络性能，提供更好的用户体验，建议相关主管部门出台指导性文件，网络建设单位在网络建设初期统一规划，在运营过程中不断优化配置，从而保证所建设部署的无线网络始终保持较高的性能。

参考文献：

[1] Bianchi G. Performance Analysis of the IEEE 802.11 Distributed Coordination Function[J]. IEEE Journal on selected Areas in Comm, 2000,18(3): 535-547.

[2] IEEE 802.11. Wireless LAN Medium Access Control(MAC) and Physical Layer(PHY) Specifications[S]. 2007.

[3] Banginwar R, Gorbatov E, Gibraltar. Application and Network Aware Adaptive Power Management for IEEE 802.11, Wireless On-demand Network Systems and Services 2005(WONS 2005)[C]. Second Annual Conference, 2005: 98-100.

[4] 陈国先. 无线局域网室内信号干扰因素分析及处理[J]. 湖南工业大学学报, 2011(5).

[5] 张国栋,李寿鹏. WLAN网络中同频AP互相干扰的研究[J]. 电信工程技术与标准化, 2011(1).

[6] 刘昆汉,张隽辉,赵建军. WLAN 校园业务密集区域频率规划研究[J]. 数据通信, 2011(5).★

作者简介

齐凯歌：硕士就读于安徽大学，主要研究方向为城市典型地域通信网络覆盖测试及MIMO无线信道建模等。

施淳：学士，现就职于上海无线通信研究中心测试服务部，研究领域包括新一代无线移动通信系统的新业务验证、无线新技术测试验证平台开发、无线测试验证外场环境开发等工作。

许晖：硕士，中科院微系统与信息技术研究所高级工程师，现任上海无线通信研究中心测试服务部副部长，研究领域包括新一代无线移动通信系统原型验证、无线新技术测试验证平台开发、无线测试验证外场环境开发等。