CN108738060A - 一种基于联合干扰功率的wlan电磁辐射预测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于联合干扰功率的WLAN电磁辐射预测方法，其步骤如下：根据WLAN的面积分布，求得WLAN范围内的用户数分布，再计算联合干扰功率，根据得到的联合干扰功率计算SINR值，并进一步计算WLAN占空比，最后利用频谱分析仪测量出WLAN最大电磁辐射强度，结合得到的占空比，预测WLAN平均电磁辐射强度。本发明根据联合干扰功率，分析得到WLAN的占空比，并准确预测WLAN平均电磁辐射强度。

Description

一种基于联合干扰功率的WLAN电磁辐射预测方法

技术领域

本发明涉及一种基于联合干扰功率的WLAN电磁辐射预测方法。

背景技术

随着无线局域网(Wireless Local Area Network，WLAN)的普及，对WLAN电磁辐射强度评估越来越重要，目前大部分研究WLAN电磁辐射时，通常只把WLAN看成单一的站点，没有把联合干扰功率考虑进来，当WLAN传输数据时，用户和接入点分布密度越大，则产生的干扰越强，WLAN占空比和电磁辐射也越大，然而，在目前已经公开的相关文献和专利中，还没有一种方法将WLAN电磁辐射与联合干扰功率理论结合起来。

针对现有技术中存在的不足，本专利提出一种基于联合干扰功率的WLAN电磁辐射预测方法，该方法根据WLAN的面积分布求得WLAN范围内的用户数分布，通过得到的WLAN范围内的用户数分布，再计算联合干扰密度和SINR值，并进一步求得WLAN占空比，最终预测WLAN的平均电磁辐射。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种基于联合干扰功率的WLAN电磁辐射预测方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案包括以下步骤：

(1)根据WLAN的面积分布，求得WLAN范围内的用户数分布；

(2)根据步骤(1)得到的WLAN范围内的用户数分布，计算联合干扰功率I_agg；

(3)根据步骤(2)得到的联合干扰功率I_agg，计算SINR值，并计算WLAN占空比；

(4)利用频谱分析仪测量出最大电磁辐射强度，结合步骤(3)得到的WLAN占空比，预测WLAN平均电磁辐射强度。

上述的一种基于联合干扰功率的WLAN电磁辐射预测方法，所述步骤(1)中，其特征在于，WLAN的覆盖面积分布为：

其中λ_A为接入点的泊松点分布参数，单位为个/m²，S为WLAN的覆盖面积，单位为m²，K为随机数；

WLAN范围内的用户数分布为：

其中N_s为WLAN覆盖范围内的用户数，单位为个，λ_s为用户数的泊松点分布参数，单位为个/m²，p{N_s＝k}为WLAN覆盖范围内的用户数N_s为k的概率。

上述的一种基于联合干扰功率的WLAN电磁辐射预测方法，所述步骤(2)中，其特征在于，联合干扰密度为：

其中N_s为WLAN范围内的用户数，单位为个，N_AP为WLAN范围内的接入点个数，单位为个，N_AP的分布为：

其中R为接入点的传感半径，通过WLAN后台管理系统可以获得。

表示第k个接入点对用户i的干扰功率，单位为dBm，其表达式如下：

其中P₁为接入点k的发射功率，单位为dBm，C₁为传播参数，其值为9.94，r₁(k,i)接入点k和用户i的距离，单位为m，α路径损耗指数，为3.67，h(k,i)为第k个接入点和用户i之间的信道增益的随机变量，服从瑞丽分布，表达式如下：

h(k,i)＝1-e^-R(t),t>0 (6)

其中，R(t)为接收信号的衰减包络，通过频谱仪测量得到，单位dB。

同时，Ω(n)表示WLAN的覆盖范围内的用户集，表示第n个用户对用户i的干扰，其表达式如下：

其中P₂为第n个用户的发射功率，单位为dBm，C₂为传播参数，其值为9.94，r₂(n,i)第n个用户和用户i的距离，单位为m，α路径损耗指数，为3.67，h(n,i)为第n个用户和用户i之间的信道增益的随机变量，服从瑞丽分布，表达式如下：

h(n,i)＝1-e^-R(t),t>0 (8)

其中，R(t)为接收信号的衰减包络，通过频谱仪测量得到，单位为dB。

上述的一种基于联合干扰功率的WLAN电磁辐射预测方法，所述步骤(3)中，其特征在于，根据步骤(2)得到的联合干扰功率，SINR_i的计算表达式为：

其中P′为用户接收到的有用功率，单位为dBm，I_agg为联合干扰功率，单位为dBm，σ²为背景噪声，为-60dBm；

则传输1Mbit所需的平均时间为：

其中t为平均传输时间，单位为秒，N_s为WLAN覆盖范围里的用户数，单位为个，f(SINR_i)为分段常数函数，表示为不同SINR_i值所对应的相关传输速率，单位为Mbps；

并计算WLAN的占空比：

其中，M为WLAN传输的数据流量，单位为Mbit，T为总时间，单位为秒。

上述的一种基于联合干扰功率的WLAN电磁辐射预测方法，所述步骤(4)中，其特征在于，利用频谱分析仪测量出最大电磁辐射强度，结合步骤(3)得到的WLAN占空比，预测WLAN平均电磁辐射强度公式如下：

E_max为频谱分析仪测量得出的最大电磁辐射强度，其单位为V/m，E_avg为平均电磁辐射强度值，其单位为V/m，D为WLAN占空比。

本发明的有益效果在于：本方法根据WLAN覆盖范围求得用户分布数，再根据WLAN范围内的用户数和接入点数求得联合概率分布以及SINR值，并进一步求得WLAN占空比和平均电磁辐射，该方法能够精确预测和评估WLAN平均电磁辐射，并指导WLAN环境影响评价与环境保护，具有一定的社会价值。

具体实施方式

本发明实施对象是IEEE802.11b和802.11gWLAN，工作在2.4GHz频段，总可用带宽为83.5MHz(2.4GHz～2.483GHz)，划分为13个带宽为22MHz的信道。测量设备为安泰信公司生产的型号为AT6030D的扫描调谐频谱仪(频率范围9kHz-3GHz)和PCD82_50全向天线(频率范围为80MHz-3GHz)组成，天线因子为30dB/m，电缆损耗为3dB。

本发明的一种基于联合干扰功率的WLAN电磁辐射预测方法，包括以下步骤：

(1)根据WLAN的面积分布，求得WLAN范围内的用户数分布；

(2)根据步骤(1)得到的WLAN范围内的用户数分布，计算联合干扰功率I_agg；

(3)根据步骤(2)得到的联合干扰功率I_agg，计算SINR值，并计算WLAN占空比；

(4)利用频谱分析仪测量出最大电磁辐射强度，结合步骤(3)得到的WLAN占空比，预测WLAN平均电磁辐射强度。

上述步骤(1)中，通过Omnipeek扫描周围用户数和接入点个数，获得用户数的泊松点分布参数λ_s，其值为0.9m^-2，以及接入点数的泊松点分布参数λ_A，其值为0.028m^-2，得出WLAN面积分布：

WLAN范围内的用户数分布为：

上述步骤(2)中，根据步骤(1)得到的WLAN范围内的用户数分布，计算联合干扰功率包括以下步骤：

用频谱仪选用峰值检波模式，呈现信号连续变化的轨迹，获取信号包络衰减度，当第k个接入点和用户i之间信号衰落R(t)为0.42dB时，则信道随机增益变量为：

h(k,i)＝1-e^-R(t)＝1-e^-0.42≈0.34

其中第k个接入点对用户i的干扰功率的计算公式为：

其中P₁为接入点k的发射功率，单位为dBm，其值为25dBm，C₂为传播参数，其值为9.94，r(k,i)第n个用户和用户i的距离，其值为3.2m，α路径损耗指数，为3.67，h(k,i)为第n个用户和用户i之间的信道增益的随机变量，其值为0.34；

用频谱仪选用峰值检波模式，呈现信号连续变化的轨迹，获取信号包络衰减度，当第n个用户和用户i之间信号衰落R(t)为0.13dB时，则信道随机增益变量为：

h(k,i)＝1-e^-R(t)＝1-e^-0.13≈0.12

其中第n个用户与用户i的干扰的计算公式为：

其中P₂为第n个用户的发射功率，单位为dBm，其值为20dBm，C₂为传播参数，其值为9.94，r₂(n,i)第n个用户和用户i的距离，其值为1.5m，α路径损耗指数，为3.67，h(n,i)为第n个用户和用户i之间的信道增益的随机变量，其值为0.12；

WLAN范围内的接入点数分布为：

其中R为接入点的传感半径，通过WLAN后台管理系统查询到为4.8米。

则联合干扰功率为：

上述步骤(3)中，根据步骤(2)得到的联合干扰功率I_agg，计算SINR值：

其中P′为用户接收到的有用功率，单位为23dBm，I_agg为联合干扰功率，单位为5.92dBm，σ²为背景噪声，为-60dBm；

则传输1Mbit所需的平均时间为：

t为平均传输时间，单位为0.65秒，N_s为WLAN覆盖范围里的用户数，单位为6个，f(SINR_i)为分段常数函数，表示为不同SINR_i值所对应的相关传输速率，单位为Mbps；

则WLAN占空比为：

其中，M为WLAN传输的数据流量，其值为50Mbit，T为总时间，单位为78.7秒。

上述步骤(4)中，利用频谱分析仪测量出最大电磁辐射强度，结合步骤(3)得到的WLAN占空比，预测WLAN平均电磁辐射强度，包括以下内容：

通过频谱仪监测到路由器发送的信道，本实施例中，路由器工作在2.4GHz频段1信道(中心频率为2.412GHz，频率覆盖范围为2.401-2.423GHz)上。通过使用频谱仪在“最大保持”模式下，测量出最大电磁辐射强度为4.1963V/m，然后结合步骤3中得到的WLAN占空比，其值为41.3％，即可预测出WLAN的平均电磁辐射强度：

为了证明发明的有效性，我们用频谱仪测量得到WLAN平均电磁辐射强度与预测的电磁辐射强度作对比，结果如下所示：

电磁辐射测量值(V/m)	电磁辐射预测值(V/m)
		2.697	2.658

通过对比，本专利对WLAN电磁辐射强度的预测值与测量值非常一致，证实本专利发明内容的可行性。

Claims (5)

1.一种基于联合干扰功率的WLAN电磁辐射预测方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)根据WLAN的面积分布，求得WLAN范围内的用户数分布；

(2)根据步骤(1)得到的WLAN范围内的用户数分布，计算联合干扰功率I_agg；

(3)根据步骤(2)得到的联合干扰功率I_agg，计算SINR值，并计算WLAN占空比；

(4)利用频谱分析仪测量出最大电磁辐射强度，结合步骤(3)得到的WLAN占空比，预测WLAN平均电磁辐射强度。

2.如权利要求1所述的一种基于联合干扰功率的WLAN电磁辐射预测方法，所述步骤(1)中，WLAN的覆盖面积分布为：

其中λ_A为接入点的泊松点分布参数，单位为个/m²，S为WLAN的覆盖面积，单位为m²，K为随机数；

WLAN范围内的用户数分布为：

其中N_s为WLAN覆盖范围内的用户数，单位为个，λ_s为用户数的泊松点分布参数，单位为个/m²，p{N_s＝k}为WLAN覆盖范围内的用户数N_s为k的概率。

3.如权利要求1所述的一种基于联合干扰功率的WLAN电磁辐射预测方法，所述步骤(2)中，联合干扰密度为：

其中N_s为WLAN范围内的用户数，单位为个，N_AP为WLAN范围内的接入点个数，单位为个，N_AP的分布为：

其中R为接入点的传感半径，通过WLAN后台管理系统可以获得。

表示第k个接入点对用户i的干扰功率，单位为dBm，其表达式如下：

其中P₁为接入点k的发射功率，单位为dBm，C₁为传播参数，其值为9.94，r₁(k,i)接入点k和用户i的距离，单位为m，α路径损耗指数，为3.67，h(k,i)为第k个接入点和用户i之间的信道增益的随机变量，服从瑞丽分布，表达式如下：

h(k,i)＝1-e^-R(t),t>0 (6)

其中，R(t)为接收信号的衰减包络，通过频谱仪测量得到，单位dB。

同时，Ω(n)表示WLAN的覆盖范围内的用户集，表示第n个用户对用户i的干扰，其表达式如下：

其中P₂为第n个用户的发射功率，单位为dBm，C₂为传播参数，其值为9.94，r₂(n,i)第n个用户和用户i的距离，单位为m，α路径损耗指数，为3.67，h(n,i)为第n个用户和用户i之间的信道增益的随机变量，服从瑞丽分布，表达式如下：

h(n,i)＝1-e^-R(t),t>0 (8)

其中，R(t)为接收信号的衰减包络，通过频谱仪测量得到，单位为dB。

4.如权利要求1所述的一种基于联合干扰功率的WLAN电磁辐射预测方法，所述步骤(3)中，根据步骤(2)得到的联合干扰功率，SINR_i的计算表达式为：

其中P′为用户接收到的有用功率，单位为dBm，I_agg为联合干扰功率，单位为dBm，σ²为背景噪声，为-60dBm；

则传输1Mbit所需的平均时间为：

其中t为平均传输时间，单位为秒，N_s为WLAN覆盖范围里的用户数，单位为个，f(SINR_i)为分段常数函数，表示为不同SINR_i值所对应的相关传输速率，单位为Mbps；

并计算WLAN的占空比：

其中，M为WLAN传输的数据流量，单位为Mbit，T为总时间，单位为秒。

5.如权利要求1所述的一种基于联合干扰功率的WLAN电磁辐射预测方法，所述步骤(4)中，结合步骤(3)得到的WLAN占空比，预测WLAN平均电磁辐射强度公式如下：

E_max为频谱分析仪测量得出的最大电磁辐射强度，其单位为V/m，E_avg为平均电磁辐射强度值，其单位为V/m，D为WLAN占空比。