截止目前，电信在校园等高流量区域已布置多张WLAN精品网络，完成无线信号深度覆盖，力争打造数字智能化校园网络，提升电信品牌形象。
然而在9月份进入秋季营销后（注*：指2011年9月份），我们在现场优化，处理投诉的时候，常常会遇到用户甚至前端同事的疑问："电信的WLAN信号那么强，为什么速度还是很慢呢？特别是晚上，常常连网页都很难打开。"
我们的现场优化人员往往会答复用户：由于WLAN是共享信道，且用户较多时干扰较大，造成空口速率较低。
那么，到底干扰是如何产生的？干扰是如何影响无线网络的？在复杂环境下到底该怎么优化？为什么我们优化了那么多次，甚至和其他运营商进行合作优化，效果始终不够明显？
带着这些问题，本文针对无线AP布置较密，甚至有多家运营商共存的复杂环境下的WLAN干扰问题进行讨论，并通过定性和定量分析给出优化手段及建议。
一、 从WLAN空口原理说起
根据无线局域网协议802.11系列的规定，2.4GHz频段WLAN可供选择1～13号共13个频点，相邻频点间隔为5MHz。由于WLAN单信道带宽为22MHz，所以2.4G频段内互不干扰的可选频点只有3个：一般我们设置为1，6，11。这也就是我们经常说的WLAN只有3个频点可选的主要原因。
当AP选择某个频点传输信号，相应连接该AP的用户（STA）也会在此频点进行通信。由于AP和STA共享该信道，双方发送报文时极易产生碰撞，导致空口丢包率上升，传输质量下降。
为避免碰撞，提高传输成功率，IEEE802委员会定义了CSMA/CA总线网的介质访问控制MAC和物理层规范。CSMA/CA的工作原理为：发送数据前，先侦听信道是否空闲，若空闲则进行窗口退避以竞争信道使用权，最早到达竞争窗口的设备率先进行传输，传输完成后，信道再次空闲，再次进入窗口退避竞争阶段，如此循环。
二、 复杂环境中的WLAN干扰分析
根据CSMA/CA协议的定义，WLAN网络中AP和STA处于同等地位，它们都处在互相竞争的环境中。一旦STA或AP检测到同信道有其他信号发送，就会随机延迟，避免碰撞。当空口有多台设备工作在同频段，相互可见时，由于无线信号的广播特性，信道繁忙概率提升，发送端退避时间增大，总带宽利用率进一步下降。
因此我们认为：如需保证理想的无线传输速率，必须满足以下三个条件：
AP和STA之间稳定的信号强度
AP侧较低的空口占用率，保证AP传输速率
STA侧较低的空口占用率，保证STA传输速率
如图1所示，典型的AP密集环境中，同频AP1和AP2分别覆盖STA1和STA2。STA1能收到较强的AP1信号，同时收到的AP2/STA2信号较弱（相隔多堵水泥墙），STA1传输信道无干扰。然而对于AP1来说，它会收到较强的AP2信号。此时如果AP2在大量广播数据，AP1的空口占用率就会较高，AP侧信道干扰严重。STA2和AP2的干扰情况相似。
为了定性的分析WLAN干扰，以下对典型的学校宿舍环境建模，进行计算讨论。
图1 宿舍环境中的同频干扰模型
1. 模型及目的
根据目前的校园建设模型，AP接入WLAN室分系统，通过定向天线板覆盖学生宿舍。如图1所示，定向天线布置在宿舍走道上，主瓣对准宿舍正门。一般学生宿舍尺寸为3.5m×6m，居住4-6名学生。AP1和AP2工作在相同频点，分别下联用户STA1和STA2。假设AP1输出至定向天线功率为Pt，定向天线距离STA1为6m，同频AP的定向天线之间距离为d(m)。
我们通过该模型，可以获得两个重要参数：
1) 为保证STA1端接收到AP1信号强度>-65dBm，Pt应该为多少？
2) AP1和AP2保持最小的发送功率Pt同时广播数据包，天线之间需要隔多少距离d，才能保证同频AP干扰<-85dBm？
我们采用如下的2.4GHz信号自由空间衰减模型：
其中D为传播路径，n为衰减因子（一般楼宇环境内n取值2.76）。
2. 方法和步骤
1) AP1和STA1间隔6m，衰减为PL = PathLoss(6m)+PL'=77.5dB，其中PL'=10dB表示AP1和STA1之间的水泥墙隔断造成的信号损耗。
为保证STA1处收到AP1信号强度>-65dBm，AP1发送功率Pt满足：
Pt+Ga+Gsta-PL>-65dBm
其中Ga=9dBi表示某定向天线2.4GHz的主波瓣增益，Gsta=3dBi表示STA的天线增益。
最终获得：Pt>0dBm
2) 当我们设定AP发送功率为Pt=0dBm，为保证AP1和AP2的干扰信号<-85dBm，必须满足：
Pt+2*Ga'-PathLoss(d)<-85dBm
其中Ga'=-1dBi表示定向天线90度方向角增益。
可以得到：d>22m
水平方向角 垂直方向角
图2 某定向天线2.4GHz频段增益方向图
3. 分析和总结
从以上分析可以得到：为保证稳定的用户接收信号强度，AP侧信号发送强度必须保证Pt>0dBm；为保证同频AP间干扰足够小，同频AP之间间隔d>22m。学校宿舍宽度一般为3.5m，同频AP至少间隔6个寝室才能完全避开干扰。考虑到2.4GHz频段只有3个频点，且学校宿舍一般分布在走廊两侧。因此，根据目前的组网方式，AP通过装在宿舍走廊上的定向天线进行覆盖，单AP覆盖6个以上宿舍才能避免同频干扰。
实际上，无线信道环境更为恶劣：有的寝室厕所靠近门口，增加了墙体衰减，需要更高的AP发射功率。更高的AP发送功率需要更远的同频AP间隔距离，为了增加单AP的覆盖范围，需要建设WLAN室分系统，但同时也扩大了空口的冲突域（从理论上来说，只要某AP下有一个天线遭遇同频干扰，整个AP的空口即被污染）。
上面的AP1和AP2可以是同一家运营商，也可以是不同运营商。只要它们工作在相同频段，就必然存在干扰。在现实的组网方式下，为了保证足够的用户容量，往往会将AP布置的非常密集，再加上多家运营商共存组网，此时若遭遇忙时，AP侧干扰将不可避免。
我们尝试在WiFi高密度覆盖的学校宿舍内的走廊随机位置上进行测试，电信和移动都采用单AP覆盖4-6个房间的室分设计，同频AP距离较近。，如图3所示，可以看到1、6、11三个频点上ChinaNet和CMCC信号都较强。
图3 学生宿舍走廊上干扰示意
当AP遭遇较强的干扰，空口占用率较高时，AP很难竞争到信道资源传输数据。此时，即使AP到STA侧信号功率较强，AP的传输速率依然较低，因为AP没有机会发送数据！
这也就是为什么晚忙时，我们在房间里能收到较强的AP信号，且同频干扰较小，但下载速率还是较慢的主要原因。去走廊上看一看就知道AP受到干扰有多大了。
三、 复杂环境下的WLAN干扰优化
为了进一步提升WLAN系统容量，降低干扰，提高用户感知度，必须对WLAN网络进行优化。考虑到用户行为习惯，无线用户更多的是选择下载（在线电视，FTP/BT下载等），AP发送速率直接影响用户的体验，因此我们必须优先考虑AP侧干扰问题。即尽可能地降低AP侧的干扰，保障AP能顺利的给STA发送数据，而不是仅仅只关注STA侧的干扰。
根据该优化思路，我们和H3C的无线技术专家共同探讨，提出一些在复杂环境下的WLAN系统性网络优化建议及想法：
1. 网络参数调整
在日常网络优化中，最常用的方法就是调整各类WLAN网络参数。
通过跟踪AP空口占用率等信道参数，配合现场网优调整。可以调整AP频点，降低AP发送功率，适当降低室内覆盖的同频信号强度。
在信号整体覆盖较好的热点可以增大Beacon帧间隔，关闭低速率报文，关闭广播Probe response reply报文等等，有效提升数据传输效率，降低空口占用率。
然而根据干扰分析，当AP覆盖密度较大，多家运营商共同进场时，由于频谱资源受限，即使调整各类网络参数，空口干扰依然无法避免。遭遇晚忙时，一旦某AP开始广播大量数据，就会造成该信道空口Rx占用率过高，空口干扰严重。
2. AP限速
根据现场运营网络的压力测试结果，发现在相同网络状态下，用户数据业务或网卡品牌的差异性导致上网体验的差距较大。譬如4-6个用户连接在无干扰WLAN网络下，有的用户能达到800KB/s的高速下载，但同时有的用户只能获得6KB/s的速率，甚至有的手机用户还会出现无法竞争上网的情况。
为保证用户上网时的平等性和感知度，建议对AP连接用户进行动态限速，解决忙时部分用户大幅占用资源的问题，同时也能解决闲时少量用户连接导致的带宽浪费问题。
3. 选择波瓣更窄的定向天线
目前的定向天线集束性较弱，导致走廊上AP侧的同频干扰较难抑制。如能采购波瓣较窄的理想定向天线，配合AP调整功率。保证每个AP收到的同频相邻AP信号维持在较低水平，空口占用率较低，空口干扰降低。
该方法主要的问题是理想的窄波瓣天线成本太高。另外，如一味的降低AP功率，造成室内信号覆盖较弱，STA连接容易断线。
4. 建设初期规划优化
WLAN网络优化必须从建设初期就开始考虑。在多运营商共存的环境中室分设计尤为重要。如需新建WLAN网络，必须考虑他网已存网络的室分覆盖。通过合理布局、设计，尽可能的实现干扰抑制。在建设初期便考虑网络优化问题能减少很多后期的工作。
如图4的两家运营商WiFi频点布局为例，相对较为合理。双方都采用单AP带4个天线的室分模型，两张网络室分覆盖互相交错，经频点规划后，同频AP间隔一个房间，干扰降低。
图4 两家运营商室分WLAN频点分布图
但该优化方法对室分建设要求较高，需要确保建设初期能获得他网完整室分资料，且能做出一个完善的室分方案；同时由于定向天线问题，同频AP之间并不能保证理想隔离，如对方运营商室分布局不合理，无法保证同频信号隔离。
5. 引入5GHz频段
由于2.4GHz频段只有3个可用不重叠信道，如能引入5GHz的802.11a频段，便能额外增加5个频点，频谱选择性加大，网络优化较易实现。
该方法当前最大的问题是现有室分天线不支持5GHz频段，需额外布网或采用AP放装形式；此外用户电脑不一定支持5GHz，需另配网卡；如三家运营商共同组网，同样面临频点缺乏的境地。
6. 与他网运营商的共建共享
可以采用单运营商建设，多家运营商共享的模式。通过单AP释放多SSID的形式，实现WLAN网络的共建共享。由于只有一家运营商承建，不存在他网干扰，可以通过各种手段调整网络性能，优化较为容易。
该方法的缺陷是，多家运营商共享网络，造成维护，投诉处理的困难；多SSID降低了每家运营商的网络容量；AP无法同时支撑多种传输模式，如有的运营商需要做空口限速，有的不需要；共享网络无法大量扩容，当AP布置到一定的密度，干扰依然会提升。
7. 天线入室
这是最理想的干扰避免方式。由于水泥墙具有理想的信号隔离度，如能实现天线入室，配合AP功率大幅下调，能很容易保证同频AP不可见，同时保持室内信号的稳定性。
该方法可能的困难在于和业主的协调。建议采用美化天线，同时应加大协调力度。就目前而言，天线入室已经不是一个不可逾越的鸿沟。
四、 结束语
以上对AP分布密集的复杂WLAN网络环境进行了干扰分析和优化探讨。目前的建设思路往往是一味的通过增补AP对WLAN网络进行扩容。殊不知，AP建设越密集，干扰越大，系统容量反而下降（大量AP的控制报文反而提升了空口占用率）。
WLAN的网络优化应该着眼于AP侧的干扰抑制和STA侧的场强保障。这点和之前的WLAN网络优化思路有所区别（之前只需要保障STA侧测试到的AP无同频干扰即可）。
为了优化现有网络，对新建网络进行设计指导，我们对各类WLAN网络现场优化技术进行探讨和分析对比。总体来说，对网络覆盖不是非常密集，干扰情况不是非常严重的环境下，可以通过调整各类网络参数进行优化。然而当AP覆盖密集，多家运营商共存的环境下，单纯的调整网络参数效果有限，只有通过改造现有室分系统（如天线入室），才能较好地解决同频干扰问题，避免用户出现晚忙时下载速率明显减缓的现象。
