CN103546952B - 一种功率控制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种功率控制方法及装置；方法包括：获取预定区域中各无线接入点AP的位置信息；对于各AP，分别根据所述位置信息计算该AP和与该AP距离最近的AP之间的第一距离；分别根据各AP的所述第一距离计算各AP的临界最大发射功率，AP的所述临界最大发射功率为：能使该AP所发射的信号不会在与该AP相距第一距离的位置上产生干扰的最大的发射功率；分别向各AP发送包含该AP的所述临界最大发射功率的功率控制消息。本发明能够降低WiFi密集分布情况下的干扰。

Description

一种功率控制方法及装置

技术领域

本发明涉及网络领域，尤其涉及一种功率控制方法及装置。

背景技术

运营商提供的公共WiFi所使用的是无线局域网中的ISM（Industrial ScientificMedical，工业、科学、医学）工作频段。在该频段中互不干扰、互不重叠的频段非常有限，对于一个高密度的WLAN（Wireless Local Area Networks，无线局域网络）而言，同一信道挤占着不同AP（Access Point，无线接入点）时，这些AP的发射区域就会非常容易重叠，造成的结果是，AP信号互相退避，由此降低性能。尤其是在AP辐射的100米范围内，如果集中很多个AP，这种互相干扰的影响就会非常明显。例如在上海虹桥火车站，商铺林立，第三方监测人员曾在现场监测到有20多个AP同时运行。由于，这些AP发射信号互相干扰，最终这个区域内的WiFi测速低于1M。

目前的做法是使用双信道或多信道避免竞争和干扰的方法，即利用数据信道收发数据，利用控制信道收发控制信号，在每次通信数据量较小的情况下，容易造成较多的控制信令负荷。

发明内容

本发明要解决的技术问题是如何降低WiFi密集分布情况下的干扰。

为了解决上述问题，本发明提供了一种功率控制方法，包括：

获取预定区域中各无线接入点AP的位置信息；

对于各AP，分别根据所述位置信息计算该AP和与该AP距离最近的AP之间的第一距离；

分别根据各AP的所述第一距离计算各AP的临界最大发射功率，AP的 所述临界最大发射功率为：能使该AP所发射的信号不会在与该AP相距第一距离的位置上产生干扰的最大的发射功率；

分别向各AP发送包含该AP的所述临界最大发射功率的功率控制消息。

可选地，所述对于各AP，分别根据所述位置信息计算该AP和与该AP距离最近的AP之间的第一距离的步骤前还包括：

根据所获取的各AP的位置信息及所述位置信息的记录判断是否存在超过数量阈值的AP发生变动，如果存在，则进行所述对于各AP，分别根据所述位置信息计算该AP和与该AP距离最近的AP之间的第一距离的步骤。

可选地，所述的发生变动的类型包括AP的新增、移动位置和关闭。

可选地，所计算出的AP的所述临界最大发射功率为：

$\frac{P_r*r^n}{G_t{G}_r{h}_t^n{h}_r^n*\mathrm{SNR}\_\mathrm{THRESHOLD}};$

其中，n为信号衰减因子，r为所述第一距离，P_r为与该AP距离最近的AP的接收功率，Gt为该AP的天线增益，ht为该AP的天线高度，Gr为与该AP距离最近的AP的天线增益，hr为与该AP距离最近的AP天线高度；SNR_THRESHOLD为信噪比门限值。

可选地，SNR_THRESHOLD为10；当第一距离处于Freznel区域范围之内时信号衰减因子为2，处于Freznel区域范围之外时信号衰减因子为4。

本发明还提供了一种功率控制装置，包括：

收发模块，用于获取预定区域中各AP的位置信息；

第一计算模块，用于对于各AP，分别根据所述位置信息计算该AP和与该AP距离最近的AP之间的第一距离；

第二计算模块，用于分别根据各AP的所述第一距离计算各AP的临界最大发射功率，AP的所述临界最大发射功率为：能使该AP所发射的信号不会在与该AP相距第一距离的位置上产生干扰的最大的发射功率；

所述收发模块还用于分别分别向各AP发送包含该AP的所述临界最大发射功率的功率控制消息。

可选地，所述的装置还包括：

存储模块，用于保存各AP的位置信息的记录；

判断模块，用于根据所获取的各AP的位置信息及所述位置信息的记录判断是否存在超过数量阈值的AP发生变动，如果存在，则指示所述第一计算模块计算所述第一距离。

可选地，所述的发生变动的类型包括AP的新增、移动位置和关闭。

可选地，所述第二计算模块计算出的AP的所述临界最大发射功率为：

$\frac{P_r*r^n}{G_t{G}_r{h}_t^n{h}_r^n*\mathrm{SNR}\_\mathrm{THRESHOLD}};$

其中，n为信号衰减因子，r为所述第一距离，P_r为与该AP距离最近的AP的接收功率，Gt为该AP的天线增益，ht为该AP的天线高度，Gr为与该AP距离最近的AP的天线增益，hr为与该AP距离最近的AP天线高度；SNR_THRESHOLD为信噪比门限值。

可选地，SNR_THRESHOLD为10；当第一距离处于Freznel区域范围之内时信号衰减因子为2，处于Freznel区域范围之外时信号衰减因子为4。

本发明的至少一个实施例通过按不同情况分别控制各AP的发射功率来避免干扰，不会带来较多的信令负荷，能够使WiFi中的AP进行灵活随意部署，而不会对网络整体容量有较大影响；本发明的又一个实施例可以在不干扰其它AP的情况下，使AP的发射功率尽可能大。

附图说明

图1为实施例一的功率控制方法的流程示意图；

图2为实施例二的功率控制装置的示意图；

图3为实施例二功率控制装置所应用的系统示意图。

具体实施方式

下面将结合附图及实施例对本发明的技术方案进行更详细的说明。

需要说明的是，如果不冲突，本发明实施例以及实施例中的各个特征可以相互结合，均在本发明的保护范围之内。另外，虽然在流程图中示出了逻 辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

实施例一、一种功率控制方法，如图1所示，包括：

S101、获取预定区域中各AP的位置信息；

S102、对于各AP，分别根据所述位置信息计算该AP和与该AP距离最近的AP之间的第一距离；

S103、分别根据各AP的所述第一距离计算各AP的临界最大发射功率，AP的所述临界最大发射功率为：能使该AP所发射的信号不会在与该AP相距第一距离的位置上产生干扰的最大的发射功率；

S104、分别向各AP发送包含该AP的所述临界最大发射功率的功率控制消息。

本实施例中，所述预定区域可以根据所希望管理和调节的地理范围来限定，比如但不限于用坐标值、或与特定点的距离等方式来划定该预定区域。

本实施例中，考虑到对于单个AP，在已知该AP与距离其最近的AP之间的第一距离的情况下，如果该AP所发射的信号不会在离其最近的AP上产生干扰，那么也就更不会干扰到其它AP，因此该AP的临界最大发射功率应使该AP所发射的信号不会干扰与其距离等于所述第一距离的位置。

由于针对不同AP计算出的第一距离有可能不同，所以所计算出的各AP的临界最大发射功率也可能不同。这样能够保证对不同AP根据其各自的情况有针对性地分别进行调节，能使每个AP在不对其它AP产生干扰的前提下，采用尽可能大的发射功率。

所述功率控制消息既可以是指示AP将发射功率调节成小于或等于所述临界最大发射功率的指令消息，也可以只携带所述临界最大发射功率，由AP自行根据该临界最大发射功率产生功率调节指令。

本实施例的一种实施方式中，所述步骤102前还可以包括：

根据所获取的各AP的位置信息及所述位置信息的记录判断是否存在超过数量阈值的AP发生变动，如果存在，则进行所述步骤102。

本实施方式所述的发生变动的类型包括AP的新增、移动位置和关闭； 对于不同类型的变动，可以设置不同的数量阈值。

本实施例的一种实施方式中，所计算出的AP的所述临界最大发射功率可以为： $\frac{P_r*r^n}{G_t{G}_r{h}_t^n{h}_r^n*\mathrm{SNR}\_\mathrm{THRESHOLD}};$

其中，n为信号衰减因子，r为所述第一距离，可以表示为|X₁-X₂|，X₁为该AP的位置，X₂为离该AP最近的AP的位置。P_r为与该AP距离最近的AP的接收功率，G_t为该AP的天线增益，h_t为该AP的天线高度，G_r为与该AP距离最近的AP的天线增益，h_r为与该AP距离最近的AP天线高度；SNR_THRESHOLD为信噪比门限值，可以但不限于为10。

通常，当第一距离较近，处于Freznel区域范围之内时，信号衰减因子为2；反之，处于Freznel区域范围之外时，信号衰减因子为4。

本实施方式的推导过程如下：

假定接收信号的信噪比大于或等于某一门限SNR_THRESHOLD时为有效信号。移动终端的发射信号发出的同时，距离接收机为r的视为干扰节点的AP发出干扰信号，接收机对于发射信号的接收功率为P_r，对于干扰信号的接收功率（即噪声功率）为P_i，那么不计热噪声，接收机接收到的信号的信噪比为：SNR＝P_r/P_i；

如果要使接收机成功接收到有效信号，应有SNR≥SNR_THRESHOLD，即：

$P_i\≤\frac{P_r}{\mathrm{SNR}\_\mathrm{THRESHOLD}}$ 式(1);

对于给定的发射功率P_t，忽略多径衰落和阴影衰落（在空旷的环境下，其影响较小），则接收信号的功率主要受传输距离带来的信号衰减所影响。当传输距离较近，处于Freznel区域范围之内时，信号衰减因子为2；反之，处于Freznel区域范围之外时，信号衰减因子为4。

假定信号衰减因子为2，则按照T.Rappaport提出的信号传播模型，接收机对于干扰信号的接收功率P_i为：

$P_i=P_t{G}_t{G}_r\frac{h_t^2{h}_r^2}{r^2};$

其中，P_i为干扰节点的发射功率，G_t和G_r分别为干扰节点和接收机的天 线增益，r为干扰节点和接收机的距离，h_t和h_r分别为干扰节点和接收机的天线高度。

由此可得到干扰节点的发射功率为：

将前文的式（1）代入，则会得到使接收机成功接收到有效信号的情况下，干扰节点的发射功率应为：

$P_t\≤\frac{P_r*r^2}{G_t{G}_r{h}_t^2{h}_r^2*\mathrm{SNR}\_\mathrm{THRESHOLD}}$ 式（2）

假设节点AP₁的位置坐标为X₁，距离其最近的AP节点是AP₂，其位置坐标为X₂，则r＝|X₁-X₂|；SNR_THRESHOLD通常设为10，都代入式（B）得到：

$P_t\≤\frac{P_r*{|X_1-X_2|}^2}{10*G_t{G}_r{h}_t^2{h}_r^2}$

接收功率P_r，干扰节点和接收机的天线增益G_t和G_r，干扰节点和接收机的天线高度h_t和h_r，都是固定值，因此，可计算出信号衰减因子为2时干扰节点的临界最大发射功率为当节点AP₁采用该功率进行发射时，在距离节点AP₁最近的节点AP₂上所产生的干扰信号的接收功率为则节点AP₂上的信噪比将恰好等于SNR_THRESHOLD，不会产生干扰；当节点AP₁采用更小的功率进行发射时，在节点AP₂上产生的干扰信号的接收功率将更小，信噪比更大，更加不会产生干扰。

信号衰减因子为4时的情况类似，这里不再赘述。

实施例二、一种功率控制装置，如图2所示，包括：

收发模块21，用于获取预定区域中各AP的位置信息；

第一计算模块22，用于对于各AP，分别根据所述位置信息计算该AP和与该AP距离最近的AP之间的第一距离；

第二计算模块23，用于分别根据各AP的所述第一距离计算各AP的临界最大发射功率，AP的所述临界最大发射功率为：能使该AP所发射的信号不会在与该AP相距第一距离的位置上产生干扰的最大的发射功率；

所述收发模块21还用于分别向各AP发送包含该AP的所述临界最大发 射功率的功率控制消息。

本实施例的功率控制装置可以是网络中一个独立的设备，也可以复用其它已有的网络设备，如服务器等。

本实施例的一种实施方式中，所述功率控制装置还可以包括：

存储模块24，用于保存各AP的位置信息的记录；

判断模块25，用于根据所获取的各AP的位置信息及所述位置信息的记录判断是否存在超过数量阈值的AP发生变动，如果存在，则指示所述第一计算模块22计算所述第一距离。

本实施方式所述的发生变动的类型包括AP的新增、移动位置和关闭；对于不同类型的变动，可以设置不同的数量阈值。

本实施例的一种实施方式中，所述第二计算模块23计算出的AP的所述临界最大发射功率可以为：

$\frac{P_r*r^n}{G_t{G}_r{h}_t^n{h}_r^n*\mathrm{SNR}\_\mathrm{THRESHOLD}};$

其中，n为信号衰减因子，r为所述第一距离，可以表示为｜X₁－X₂｜，X₁为该AP的位置，X₂为离该AP最近的AP的位置。P_r为与该AP距离最近的AP的接收功率，G_t为该AP的天线增益，h_t为该AP的天线高度，G_r为与该AP距离最近的AP的天线增益，h_r为与该AP距离最近的AP天线高度；SNR_THRESHOLD为信噪比门限值，可以但不限于为10。

通常，当第一距离较近，处于Freznel区域范围之内时，信号衰减因子为2；反之，处于Freznel区域范围之外时，信号衰减因子为4。

在一个例子中，本实施例的功率控制装置所应用的系统如图3所示，多个移动终端(station)33分别通过多个AP31接入通信网络，本例子中所述功率控制装置为图3中的中心控制服务器32，与所述多个AP31相连。

各AP31可以包括GPS定位模块311、信号收发模块312、处理模块313和其他常规AP部件。

GPS定位模块311完成AP的自动定位，得到位置信息，通常可以精确到1米。

信号收发模块312完成对位置信息的发送。

处理模块313完成功率调节的执行。

通信网络由通信的无线及有线链路组成。

移动终端station可以是任何能够接入WiFi网络的终端设备，比如笔记本、手机、平板电脑、电子书等。

图3所示的系统进行功率控制的过程如下：

第一步：AP上报位置信息给中心控制服务器。

AP开机时GPS定位模块自动定位该AP的位置，将位置信息通过AP中的信号收发模块发送给中心控制服务器，其中包含该AP的编号和坐标；

对于长期开机的AP，周期性地发送位置信息给中心控制服务器。

在其它例子中，也可以通过或结合其它方式获取AP的位置信息，比如根据AP的部署图、规划图等获取所述位置信息，或是获取预先存储的各AP的位置信息等。

第二步：在中心控制服务器上完成干扰半径和发射功率的计算。

中心控制服务器中的收发模块接收AP上报的位置信息，将各AP的位置信息存储在存储模块中的位置信息表里。

位置信息表有三个字段：AP编号，AP坐标，位置状态。分几种情况：

1）原位置信息表中已存储该位置信息，且与新上报的位置信息相同，则原信息表AP编号和AP坐标字段值不变，位置状态为0（表示该AP未发生位置移动或关机）。

2）原位置信息表中无该AP的位置信息，则增加新记录，位置状态为1（表示该AP为新部署节点）。

3）原位置信息表中有该AP的位置信息，但原有的位置信息与新上报的位置信息不同，则更新位置信息，并设置位置状态为2（表示该AP的位置发生移动）。

4）在周期性上报位置信息的情况下，如果原位置信息表中有某AP的位置信息，但周期上报的位置信息中无该AP的位置信息，且该AP的位置信息 空缺达到某时间门限，则设置位置状态为3（表示该AP已长期关机或已从该区域撤走）。

中心控制服务器周期性查询或当所述位置状态改变时查询所述位置信息表；根据位置信息表中位置状态的情况执行操作。分以下几种情况：

1）位置信息表中AP位置状态都为0，则中心控制服务器不做任何处理。

2）位置信息表中>=M（其中M>=1，该值可自由设定）个AP的位置状态为1，则中心控制服务器进行全网AP的临界最大发射功率计算。

3）位置信息表中>=N（其中N>=1，该值可自由设定）个AP的位置状态为2，则中心控制服务器进行全网AP的临界最大发射功率计算。

4）位置信息表中>=K（其中K>=1，该值可自由设定）个AP的位置状态为3，则中心控制服务器进行全网AP的临界最大发射功率计算；

以上M、N、K的值可以根据网络AP部署密度进行动态调整；

第三步：中心控制服务器把计算的每个AP的临界最大发射功率，通过收发模块分别发送给各AP。

第四步：各AP的收发模块接收中心控制服务器送来的临界最大发射功率，处理模块根据该临界最大发射功率将本AP的发射功率调节成小于或等于该临界最大发射功率。

本领域普通技术人员可以理解上述方法中的全部或部分步骤可通过程序来指令相关硬件完成，所述程序可以存储于计算机可读存储介质中，如只读存储器、磁盘或光盘等。可选地，上述实施例的全部或部分步骤也可以使用一个或多个集成电路来实现。相应地，上述实施例中的各模块/单元可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。本发明不限制于任何特定形式的硬件和软件的结合。

当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明的权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种功率控制方法，包括：

获取预定区域中各无线接入点AP的位置信息；

对于各AP，分别根据所述位置信息计算该AP和与该AP距离最近的AP之间的第一距离；

分别根据各AP的所述第一距离计算各AP的临界最大发射功率，AP的所述临界最大发射功率为：能使该AP所发射的信号不会在与该AP相距第一距离的位置上产生干扰的最大的发射功率；

分别向各AP发送包含该AP的所述临界最大发射功率的功率控制消息；

所计算出的AP的所述临界最大发射功率为：

$\frac{P_r*r^n}{G_t{G}_r{h}_t^n{h}_r^n*SNR\_THRESHOLD};$

其中，n为信号衰减因子，r为所述第一距离，P_r为与该AP距离最近的AP的接收功率，G_t为该AP的天线增益，h_t为该AP的天线高度，G_r为与该AP距离最近的AP的天线增益，h_r为与该AP距离最近的AP天线高度；SNR_THRESHOLD为信噪比门限值。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对于各AP，分别根据所述位置信息计算该AP和与该AP距离最近的AP之间的第一距离的步骤前还包括：

根据所获取的各AP的位置信息及所述位置信息的记录判断是否存在超过数量阈值的AP发生变动，如果存在，则进行所述对于各AP，分别根据所述位置信息计算该AP和与该AP距离最近的AP之间的第一距离的步骤。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于：

所述的发生变动的类型包括AP的新增、移动位置和关闭。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于：

SNR_THRESHOLD为10；当第一距离处于Freznel区域范围之内时信号衰减因子为2，处于Freznel区域范围之外时信号衰减因子为4。

5.一种功率控制装置，其特征在于，包括：

收发模块，用于获取预定区域中各AP的位置信息；

第一计算模块，用于对于各AP，分别根据所述位置信息计算该AP和与该AP距离最近的AP之间的第一距离；

第二计算模块，用于分别根据各AP的所述第一距离计算各AP的临界最大发射功率，AP的所述临界最大发射功率为：能使该AP所发射的信号不会在与该AP相距第一距离的位置上产生干扰的最大的发射功率；

所述收发模块还用于分别分别向各AP发送包含该AP的所述临界最大发射功率的功率控制消息；

所述第二计算模块计算出的AP的所述临界最大发射功率为：

$\frac{P_r*r^n}{G_t{G}_r{h}_t^n{h}_r^n*SNR\_THRESHOLD};$

其中，n为信号衰减因子，r为所述第一距离，P_r为与该AP距离最近的AP的接收功率，G_t为该AP的天线增益，h_t为该AP的天线高度，G_r为与该AP距离最近的AP的天线增益，h_r为与该AP距离最近的AP天线高度；SNR_THRESHOLD为信噪比门限值。

6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，还包括：

存储模块，用于保存各AP的位置信息的记录；

判断模块，用于根据所获取的各AP的位置信息及所述位置信息的记录判断是否存在超过数量阈值的AP发生变动，如果存在，则指示所述第一计算模块计算所述第一距离。

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于：

所述的发生变动的类型包括AP的新增、移动位置和关闭。

8.如权利要求5所述的装置，其特征在于：

SNR_THRESHOLD为10；当第一距离处于Freznel区域范围之内时信号衰减因子为2，处于Freznel区域范围之外时信号衰减因子为4。