杨文翰，李建欣，王晓冬，李明明

（国家无线电监测中心，北京 100037）

5.8GHz频段微功率设备与WLAN干扰分析与实验

杨文翰，李建欣，王晓冬，李明明

（国家无线电监测中心，北京 100037）

本文分析了5.8GH z频段微功率设备对WLAN设备的干扰机理，计算了微功率设备与WLAN设备间的干扰保护距离，并设计实验测试了一款微功率设备对802.11a设备的干扰。

微功率设备；电磁干扰；5.8GH z 802.11a

1 引言

ITU-R SM.1538-2建议书“短距离无线电通信设备技术和操作参数及频谱要求”中定义短距离无线电通信设备（SRD）为：短距无线通信设备指提供单向或双向通信、功率低、对其他无线电设备不易造成干扰的无线电发射设备。这些设备运行的原则是不干扰，不保护。

鉴于短距离无线电通信设备通常是在无干扰、无保护的基础上使用，工业、科学和医疗（ISM）频段已被选作这些设备的主要频率范围。国际上很多国家（包括美国，欧洲大部分国家，日本以及韩国等），都在5.8GHz（5725-5850MHz）频段广泛使用短距离无线电通信设备。另外，WLAN系统也工作在此频段，必须对两者使用同一频段的兼容性进行研究。

本文首先分析了5.8GH z频段微功率设备对WLAN设备的干扰机理，计算了微功率设备与WLAN设备间的干扰保护距离，然后设计实验测试了802.11a设备在某型号微功率雷达干扰下的性能影响。结果表明，WLAN设备不易受到微功率设备的干扰。

2 微功率设备对WLAN设备干扰分析

无线系统受到的干扰包括同信道干扰与邻信道干扰，本文主要研究的是同信道干扰。为了分析系统的受干扰机理，本文先提出了无线系统受同信道干扰的三个条件：受干扰系统接收干扰功率超过门限值；信号在频域上发生碰撞；信号在时域上发生碰撞。

本文在微功率设备与WLAN设备同频，并且以最大发射功率连续发射的条件下，分析了微功率设备对WLAN设备的干扰，根据分析结果，建议将5.8GHz频段规划用于微功率设备。

2.1 干扰门限

802.11a协议采用载波侦听多路接入/冲突避免（CSMA/CA）的信道接入机制，WLAN发送端在发送数据前，会先侦听信道上有无其他设备在发送信息，如果没有（即信道空闲），则发送数据；否则（信道忙）暂不发送，退避一段时间后再尝试。当WLAN工作信道存在干扰时，WLAN在发送数据前会对接收到的干扰信号进行判断，如果干扰信号的功率超过载波侦听（CCA）门限，WLAN会认为干扰信号占用了信道，暂不发送数据，退避一段时间后再尝试。WLAN会因为不断退避而无法接入信道造成数据包传输时延变大，影响正常通信。干扰机理如图1所示。因此，可以CCA侦听门限作为干扰门限，文献[1]中给出了CCA侦听门限：-62dBm/20MHz。

2.2 干扰保护距离计算

图1 干扰机理

WLAN设备接收微功率设备的干扰功率可用式（1）计算。

式中，Pi为WLAN系统接收干扰功率；Pt为微功率系统全向等效发射功率（EIRP）；Lp为路径损耗；Gr为WLAN天线增益；Ls为馈线损耗。

CEPT/ERC/REC70-03建议书“关于短距离设备（SRD）的使用”中规定该频段通用微功率设备EIRP为25mW。所以，以下分析都基于25mW的发射功率进行。

[2]中，给出了不同场景的WLAN路损模型：

路损可按（2）式计算，式中，d为距离（m）；dBP为断点（m）；f为频率（MHz）；LFS(d)为自由空间损耗（dB）。另外需要加上阴影衰落，其概率分布为

表1 路损模型参数

图2 干扰保护距离

确定性计算的干扰保护距离如图2所示，结果表明，在微功率设备以最大功率连续发射，并且天线主瓣正对着WLAN设备时，需要11～18米的保护距离。

3 微功率设备对802.11a干扰测试

图3 测试实验示意图

本文测试了一款微功率测距雷达对WLAN的干扰。该雷达最大发射功率为25mW，该系统主从设备采用18dBi的定向天线，并需正对使用。该系统信号为5.758GHz～5.817GHz的59MHz范围内的扫频信号，信号为间断发射，厂家给出典型发射概率为50%。

按照图3布置实验系统，其中，微功率系统终端之间工作距离为3米；WLAN AP始终在微功率系统天线的最大辐射方向上，WLAN AP与笔记本终端的距离为3米，WLAN AP与WLAN流量监控终端用网线连接，WLAN流量监控终端与WLAN通信终端通过WLAN AP加载FTP业务，并在WLAN流量监控终端实时监控吞吐量。测试两系统在不同间隔距离下，WLAN系统的吞吐量变化。

图4 微功率测距雷达系统对WLAN干扰

实验中把WLAN信道固定在157号信道（5.775～5.795GHz），并且让微功率系统的信号以最大功率连续发射。观察在不同干扰距离下，WLAN系统的吞吐量的影响。

图4为测距雷达系统对WLAN干扰的测试结果，在间隔1米时，WLAN系统的吞吐量在某些时刻有所下降，而WLAN平均吞吐量只下降了3%。2米以后的平均吞吐量变化都稳定在3%以内，这种变化很难分辨是雷达系统的干扰还是WLAN本身信道的变化，因此可以认为微功率测距雷达并不对WALN系统造成干扰。

4 结论与建议

确定性计算表明，在微功率设备以最大功率连续发射，并且天线主瓣正对着WLAN设备时，需要11～18米的保护距离。微功率设备为降低功耗，一般不会以最大功率发射；微功率设备的信号一般不会连续发射，而是间断发射；微功率设备使用定向天线时，天线主瓣正对WLAN设备的概率并不高。实测结果表明，微功率设备对WLAN设备并不产生干扰。

综上所述，WLAN设备并不容易受到微功率设备的干扰，两者可以在一定条件下共存。目前5.8GHz频段已经广泛应用于SRD设备，并且市场上对这些设备有很大的需求，以至于有不少没经过型号核准的无线设备通过非法渠道进入我国市场并被非法购买、使用，难以有效地监管。

为促进5725～5850 MHz各种无线电业务协调、健康的发展，满足行业应用需求，根据《中华人民共和国无线电频率划分规定》及我国频谱使用情况，参照国际上通用的技术标准，建议我国在该频段允许通用微功率（短距离）设备使用。

参考文献：

[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

国家科技重大专项基金资助项目（No.2012ZX03003004, No. 2012ZX03006003）。

杨文翰，男，广东人，2011年获北京邮电大学电子工程学院微波与电磁场博士学位，主要从事无线电频谱规划、认知无线电等方面的研究工作。

李建欣，女，1983年生，北京人，硕士，主要从事卫星频率和轨道资源的规划研究、卫星网络技术协调和卫星系统电兼容研究工作等。

王晓冬，毕业于北京理工大学电子工程系通信工程专业，获学士学位，现在主要研究方向为卫星通信、电磁兼容、频率协调和无线电新业务频率规划，曾负责“卫星导航系统协调和干扰保护研究”、“物联网频率及干扰问题研究”等多个国家重大专项课题研究工作。

李明明，博士，北京邮电大学信息与信号处理专业毕业，主要研究方向为认知无线通信、WLAN等，现在从事频谱管理相关研究工作，工程师。已在国外重要期刊或学术会议发表EI检索文章10余篇。