CN105846924B - 一种无线局域网干扰抑制方法及抗干扰的无线局域网设备 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种无线局域网干扰抑制方法及抗干扰的无线局域网设备，包括：收集接收到的各个关联站点的数据包的信号强度，以及本接入点的CCA统计信息；根据收集到的各个STA的统计信息，在保证AP与各个STA正常通信的前提下，计算出一个相对较高的CCA阀值；将计算出来的CCA阀值设置到WLAN芯片生效，以避开其它信号强度比较弱的WLAN或者非WLAN干扰信号，增强抵抗干扰的能力。采用本发明方法的WLAN能够降低除当前无线局域网之外的部分其他信号的干扰，进而减少等待信道空闲的时间，有利于提高下行业务的吞吐量。
Description
技术领域
本发明涉及无线局域网领域，特别涉及如何抑制无线局域网干扰的方法及抗干扰的无线局域网设备。
背景技术
无线局域网（英文：Wireless LAN，缩写WLAN）是不使用任何导线或传输电缆连接的局域网，而使用无线电波作为数据传送的媒介，在空中传输数据、话音和视频信号。一般包括AP(Access Point线访问节点设备)和与其关联的无线CPE(Customer PremiseEquipment 是一种接收wifi信号的无线终端接入设备)，无线CPE也称为STA(站点或者称终端)，STA通过AP接入到互联网。无线局域网现在已经广泛的应用在家庭及企业等机构，甚至电信运营商也在使用无线局域网技术开展远距离传输业务。但是，随着应用的增加，无线干扰问题对网络服务质量的影响日显突出。
无线干扰按照类型可划分为 WLAN 干扰和非 WLAN 干扰。其中，干扰源发送的无线信号符合 802.11 标准的称为 WLAN 干扰，除此之外都是非 WLAN 干扰。在 WLAN芯片的实现中，是通过检测干扰信号中是否有符合802.11 前导的重复序列来判断干扰信号是否是 WLAN 信号。
WLAN芯片有报文需要发送时，需要先检测信道是否空闲，这个过程叫做空闲信道检测，即 CCA(Clear Channel Assessment)，只有信道中的干扰信号强度低于预定的门限值时 ( 为便于描述，以下简称 CCA阀值 )，CCA 才会判定信道上无干扰，可以进行报文的发送，否则 WLAN芯片会延迟报文的发送，直到信道中的干扰信号强度低于 CCA阀值。
通常情况下，WLAN芯片对信道中干扰信号强度超过 CCA阀值的干扰信号进行检测，若检测成功，则认为该干扰信号是 WLAN 信号，否则 WLAN芯片会产生一个检测错误，即PhyError。在相关技术中，通过定期检测并统计 PhyError 的数量来设定 CCA阀值，具体地，当 PhyError 数量大于设定值时，提高 CCA阀值，当 PhyError 数量小于另一个设定值时，降低 CCA阀值，以避免在非 WLAN 信号干扰时，长时间等待信道空闲而造成下行业务吞吐量低的问题。
但是，相关技术中提出的方案只能在一定程度上降低非 WLAN 信号的干扰，但是若在同一区域存在多个 WLAN 接入点（Access Point，以下简称AP），则对于某一个 AP会存在多个 WLAN 信号干扰，造成 CCA 长时间检测到信道忙，从而长时间等待信道空闲，报文难以发送，导致下行业务的吞吐量低。
在常见的WLAN应用场景中，如图1所示，WLAN接入点AP1周围，存在多个AP。AP1与其关联站点STA11、STA12、STA13进行通信，关联站点STA11、STA12、STA13通过AP1接入无线网络；AP2与其关联站点STA21、STA22、STA23进行通信；关联站点STA21、STA22、STA23通过AP2接入网络；AP3与其关联站点STA31、STA32、STA33进行通信；关联站点STA31、STA32、STA33通过AP3接入无线网络，同样，AP4与其关联站点STA41、STA42、STA43进行通信关联站点STA41、STA42、STA43同样也是通过AP4接入无线网络。每个AP及其关联站点STA在工作时都会发射无线信号，对其它AP和STA产生干扰。在此图示中，距AP1比较近的有AP2，比较远的有AP3和AP4。AP2对AP1产生的干扰信号比较强；AP3和AP4对AP1产生的信号则比较弱。这些干扰信号，都会对A1的通信产生不良影响。
因此，如何同时避免 WLAN 网络受到其他 WLAN 信号和非 WLAN 信号的干扰，减少等待信道空闲的时间，进而提高下行业务的吞吐量成为急需解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提出了如何同时避免 WLAN 网络受到其他 WLAN 信号和非WLAN 信号的干扰，减少等待信道空闲的时间，进而提高下行业务的吞吐量的无线局域网干扰抑制方法及抗干扰的无线局域网设备。采用本发明的方法的设备能够降低除当前无线局域网之外的部分其他信号的干扰，进而减少等待信道空闲的时间，有利于提高下行业务的吞吐量。
本发明的技术方案是一种无线局域干扰抑制方法，包括以下步骤：
步骤1、收集接收到的数据包的RSSI，以及根据PhyError调整的初始CCA阀值；
步骤2、按以下方式计算CCA阀值；
取收集到的数据包的中最小的RSSI值，减去预设的信噪比得到中间CCA值；
取所述的中间CCA值与初始CCA阀值中较大的数为CCA阀值；
步骤3、将步骤2中计算出来的CCA阀值设置到WLAN芯片生效。
本发明通过收集接收到的各个关联站点STA的数据包的信号强度（ReceivedSignal Strength Indication，RSSI），以及本接入点AP的CCA统计信息；根据收集到的各个STA的统计信息，在保证AP与各个STA正常通信的前提下，计算出一个相对较高的CCA阀值；将计算出来的CCA阀值设置到WLAN芯片生效，以避开其它信号强度比较弱的WLAN或者非WLAN干扰信号，增强抵抗干扰的能力。
进一步的，上述的无线局域干扰抑制方法中：所述的步骤3中，当设备进入发送状态时，将CCA阀值调整为步骤2中计算的CCA阀值；当设备进入接收状态时，将CCA阀值周期性地调整为为步骤2中计算的CCA阀值和初始CCA阀值。
当设备进入发送状态时，将CCA阀值调整为CCA_MAX；当设备进入接收状态时，将CCA阀值周期性地调整为CCA_MAX和CCA_MIN。在设备进入发送状态时，需要屏蔽掉非WLAN信号和弱WLAN信号的干扰，因此将CCA阀值调整为CCA_MAX。当设备进入接收接收状态时，将CCA阀值设置为CCA_MAX，是为了使得在接收过程中同样可以避免非WLAN信号和弱WLAN信号的干扰；而将CCA阀值设置为CCA_MIN时，则是为了让信号比较弱的STA有机会关联到AP。
进一步的，上述的无线局域干扰抑制方法中：对于与AP关联的STA侧还包括增强处理步骤：
STA在发送探测请求帧时，在每个信道上增加发送探测请求的次数；
STA在扫描到期望的AP 的SSID后，将关联尝试次数调整为预设的数值。
进一步的，上述的无线局域干扰抑制方法中：所述的关联尝试次数的预设的数值为使关联的时间至少为CCA阀值周期性地调整为为步骤2中计算的CCA阀值和初始CCA阀值中一个周期的时间中发送的次数。
这样以便AP的接收状态处在CCA_MIN周期时，可以接收到STA的探测请求帧或者是关联请求帧，使得CPE可以顺利关联到AP。
本发明还提供一种抗干扰的无线局域网设备，包括AP和与其关联的无线CPE，在所述的AP和无线CPE中均包括空闲信道检测模块、数据包解析模块；
在所述的AP和无线CPE中均还包括有统计信息收集模块、CCA阀值计算模块、CCA阀值生效模块；
在所述的统计信息收集模块接收空闲信道检测模块输出的初始CCA阀值和数据包解析模块中输出的数据包的RSSI；
所述的CCA阀值计算模块与所述的统计信息收集模块相连，包括第一比较模块和第二比较模块，所述的第一比较模块的输入端接收所有的数据包的RSSI，取得最小的RSSI，并减去预设的信噪比，输出最大CCA，所述的第二比较模块输入端接所述的第一比较模块的输出端和空闲信道检测模块输出的初始CCA阀值，输出CCA阀值；
所述的CCA阀值生效模块将所述的CCA阀值设置到WLAN芯片。
进一步的，上述的抗干扰的无线局域网设备中：所述的CCA阀值生效模块中，实现如下CCA阀值生效方案：当设备进入发送状态时，将CCA阀值调整为所述的CCA阀值计算模块输出的CCA阀值；当设备进入接收状态时，将CCA阀值周期性地调整为为所述的CCA阀值计算模块输出的CCA阀值和空闲信道检测模块输出的初始CCA阀值。
进一步的，上述的抗干扰的无线局域网设备中：在所述的无线CPE中还包括关联增强模块；所述的关联增强模块在发送探测请求帧时，在每个信道上增加发送探测请求的次数；在扫描到期望的AP 的SSID后，将关联尝试次数调整为预设的数值。
进一步的，上述的抗干扰的无线局域网设备中：所述的关联尝试次数的预设的数值为使关联的时间至少为CCA阀值周期性地调整为CCA阀值计算模块输出的CCA阀值和空闲信道检测模块输出的初始CCA阀值中一个周期的时间中发送的次数。
在本发明的技术方案中，同时对WLAN干扰信号非WLAN干扰信号进行了处理。在WLAN干扰信号中，有部分干扰信号是比关联站点弱很多的（如图1中，AP3和AP4对AP1产生的干扰信号），但对于AP的接收机而言，由于信号强度超过CCA阀值，可以正常检测到属于WLAN信号，从而等待信号空闲，造成吞吐量下降。因此，适当提高CCA阀值，在需要检测信道空闲时，可避免这些弱WLAN信号对发送的干扰；对于无线CPE的接收机的处理，适当提高CCA阀值，则可以过滤出更纯净的接收信号进行解码，避免弱WLAN信号的对接收干扰。
在发送和接收的信号强度都足够的情况下，适当提高CCA阀值，相当于屏蔽了强度低于阀值的WLAN信号和非WLAN信号的干扰，从而提升本无AP以及关联STA的整体吞吐量。
以下将结合附图和实施例，对本发明进行较为详细的说明。
附图说明
图1为WLAN干扰示意图。
图2为本发明抗干扰处理流程图。
图3为本发明中确定CCA阀值流程图。
具体实施方式
实施例1，如图2所示，需要说明的是，在需要的情况下，本实施例的各个模块和执行步骤和相互组合，可以同时在AP侧和STA侧实施，也可以仅在AP侧或者仅在无线CPE侧实施，或者其它WLAN网络拓扑结构的网络，如ADHOC等；应用场景也不局限于本实施例子所在的场景，本发明适用于所有应用无线局域网的组网场景。
本实施例子是以应用无线局域网进行远距离数据传输来说明，比如农村宽带应用场景。在农村宽带应用中，会在运营商的基站端架设一台发射功率比较大的AP作为发射端，使用定向天线向服务区域发射无线信号；而在用户家里，会架设一台STA设备作为接收，STA同样使用定向天线，指向AP方向。这样通过无线的方式解决农村有线网络布线困难的问题。
农村宽带给偏远山区用户提供了接入因特网的途径，随之而来的问题是，用户为了方便使用网络，在自己家中也安装了无线路由器。无线路由器本身也是无线局域网的一种应用场景，当所用信道跟基站上的AP相同或者邻近时，就会对基站AP产生干扰。产生的问题，跟图1所示类似。在极端情况下，干扰信号会严重影响基站AP与用户CPE之间的通信，导致服务质量下降。
因此，在此场景中，可以应用本发明的方案，解决WLAN信号干扰的问题。
本实施例中使用的AP和无线CPE具有如下特点：
在其中设置有统计信息收集模块、CCA阀值计算模块、CCA阀值生效模块；
在统计信息收集模块接收空闲信道检测模块输出的初始CCA阀值和数据包解析模块中输出的数据包的RSSI；对于AP而言，收集所有的与其关联的无线CPE(STA)发送的数据包，并检测其中的RSSI，对于无线CPE而言，只收集接收到的AP的数据，并检测其中的RSSI。
CCA阀值计算模块与统计信息收集模块相连，包括第一比较模块和第二比较模块，第一比较模块的输入端接收所有的数据包的RSSI，输出最小的RSSI，第二比较模块输入端接第一比较模块的输出端和空闲信道检测模块输出的初始CCA阀值，输出CCA阀值。利用两个比较模块，获取CCA阀值。
CCA阀值生效模块将CCA阀值设置到WLAN芯片。
在本实施例中，在AP侧，包含了统计信息收集模块、CCA计算模块、CCA生效模块三个模块。在STA侧，除了AP侧用到的三个模块之外，还有一个关联增强模块。
统计信息收集模块，是在AP或者STA接收数据包的处理过程中，收集发送端到达接收端的RSSI，同时收集根据PhyError调整的CCA阀值，也就是用来降低非WLAN干扰的CCA阀值，命名为CCA_MIN。这里，利用收集到的PhyError调整的CCA阀值是本领域的一种常用方法，本实施例中使用目前这种通用的方法进行初始阀值计算。
CCA计算模块，通过下面几个步骤来计算CCA_MAX如图3所示：首先从采集到的信息中，取得设备当前的CCA_MIN。然后从采集到的各个STA的RSSI统计信息中，取最小的RSSI值，减去预设的信噪比SNR，得到中间CCA值。这里预设SNR，就是保证WLAN信号能够正确解析的最小的SNR值。得到的这个中间CCA值，代表了在保证准确解析信号最弱的STA的数据包的前提下，可以将CCA调到最大的值。最后，将中间CCA值与CCA_MIN比较，如果小于CCA_MIN，则CCA_MAX等于CCA_MIN；否则，CCA_MAX等于中间CCA值。这是为了保证非WLAN干扰能正确过滤掉。
CCA生效模块，采取下面的策略生效：当设备进入发送状态时，将CCA阀值调整为CCA_MAX；当设备进入接收状态时，将CCA阀值周期性地调整为CCA_MAX和CCA_MIN。在设备进入发送状态时，需要屏蔽掉非WLAN信号和弱WLAN信号的干扰，因此将CCA阀值调整为CCA_MAX。当设备进入接收接收状态时，将CCA阀值设置为CCA_MAX，是为了使得在接收过程中同样可以避免非WLAN信号和弱WLAN信号的干扰；而将CCA阀值设置为CCA_MIN时，则是为了让信号比较弱的STA有机会关联到AP。
如前面所述，在STA侧，还有一个关联增强模块。在STA离AP比较远时，AP接收到STA的信号比较弱。根据上述CCA_MAX生效模块生效策略，AP大部分时间会把CCA的阀值设置为CCA_MAX，如果STA到达AP的信号低于这个CCA阀值，就会关联不上AP。为了配合解决这个问题，STA的关联动作需要增强处理，因此提出此关联增强模块。在此模块的作用下，STA在发送探测请求帧(Probe Request)时，在每个信道上增加发送探测请求的次数；另外，STA在扫描到期望的AP SSID后，将关联尝试次数调整为预设的数值。以便AP的接收状态处在CCA_MIN周期时，可以接收到STA的探测请求帧或者是关联请求帧，使得CPE可以顺利关联到AP。
在基站AP端，应用本发明所述的步骤：如图2所示。
首先，在AP的统计信息收集模块中，收集各个STA的数据包的接收信号强度信息RSSI，同时收集本AP的CCA阀值信息。
然后根据图3所示流程，CCA阀值计算模块从采集到各个STA的RSSI中，获取最小的RSSI值，为RSSI_MIN；然后RSSI_MIN减去预设SNR，得到中间CCA值；然后将中间CCA值与收集到的本AP的CCA_MIN比较，如果大于CCA_MIN，则所输出的CCA阀值称为CCA_MAX，CCA_MAX等于中间CCA值，如果小于CCA_MIN，则CCA_MAX等于CCA_MIN。
最后，CCA阀值生效模块将所获得的CCA_MAX设置到WLAN芯片生效，在发送处理流程，设置为CCA_MAX，在接收处理流程，则周期性地设置为CCA_MAX和CCA_MIN。
在用户STA端，同样数据包收发同样按AP端的方法和步骤进程处理，另外此STA设备还对关联过程进行了增强。STA在发送探测请求帧(Probe Request)时，在每个信道上将发送探测请求的次数翻倍；另外，STA在扫描到期望的AP SSID后，将关联尝试次数也翻倍。这样可以保证STA能正常关联到基站AP。
在此应用场景中，定向天线使得基站AP和用户STA的发射能量都比较集中，也就是说AP接收到STA的信号比较强，STA接到AP的信号也比较强。再通过上步骤的处理，基本可以屏蔽掉用户路由器WLAN信号的干扰，提升基站AP的吞吐量。
Claims (6)
1.一种无线局域干扰抑制方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1、收集接收到的数据包的RSSI，以及根据PhyError调整的初始CCA阀值；
步骤2、按以下方式计算CCA阀值；
取收集到的数据包的中最小的RSSI值，减去预设的信噪比得到中间CCA值；
取所述的中间CCA值与初始CCA阀值中较大的数为CCA阀值；
步骤3、将步骤2中计算出来的CCA阀值设置到WLAN芯片生效；当设备进入发送状态时，将CCA阀值调整为步骤2中计算的CCA阀值；当设备进入接收状态时，将CCA阀值周期性地调整为为步骤2中计算的CCA阀值和初始CCA阀值。
2.根据权利要求1所述的无线局域干扰抑制方法，其特征在于：对于与AP关联的STA侧还包括增强处理步骤：
STA在发送探测请求帧时，在每个信道上增加发送探测请求的次数；
STA在扫描到期望的AP 的SSID后，将关联尝试次数调整为预设的数值。
3.根据权利要求2所述的无线局域干扰抑制方法，其特征在于：所述的关联尝试次数的预设的数值为使关联的时间至少为CCA阀值周期性地调整为为步骤2中计算的CCA阀值和初始CCA阀值中一个接收周期的时间中发送的次数。
4.一种抗干扰的无线局域网设备，包括AP和与其关联的无线CPE，在所述的AP和无线CPE中均包括空闲信道检测模块、数据包解析模块；
其特征在于：在所述的AP和无线CPE中均还包括有统计信息收集模块、CCA阀值计算模块、CCA阀值生效模块；
在所述的统计信息收集模块接收空闲信道检测模块输出的初始CCA阀值和数据包解析模块中输出的数据包的RSSI；
所述的CCA阀值计算模块与所述的统计信息收集模块相连，包括第一比较模块和第二比较模块，所述的第一比较模块的输入端接收所有的数据包的RSSI，取得最小的RSSI，并减去预设的信噪比，输出最大CCA，所述的第二比较模块输入端接所述的第一比较模块的输出端和空闲信道检测模块输出的初始CCA阀值，输出CCA阀值；
所述的CCA阀值生效模块将所述的CCA阀值设置到WLAN芯片；
所述的CCA阀值生效模块中，实现如下CCA阀值生效方案：当设备进入发送状态时，将CCA阀值调整为所述的CCA阀值计算模块输出的CCA阀值；当设备进入接收状态时，将CCA阀值周期性地调整为为所述的CCA阀值计算模块输出的CCA阀值和空闲信道检测模块输出的初始CCA阀值。
5.根据权利要求4所述的抗干扰的无线局域网设备，其特征在于：在所述的无线CPE中还包括关联增强模块；所述的关联增强模块在发送探测请求帧时，在每个信道上增加发送探测请求的次数；在扫描到期望的AP 的SSID后，将关联尝试次数调整为预设的数值。
6.根据权利要求5所述的抗干扰的无线局域网设备，其特征在于：所述的关联尝试次数的预设的数值为使关联的时间至少为CCA阀值周期性地调整为CCA阀值计算模块输出的CCA阀值和空闲信道检测模块输出的初始CCA阀值中一个周期的时间中发送的次数。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |