一种抑制WIFI信号同频干扰的方法及其装置与流程

本发明涉及一种抑制wifi信号同频干扰的方法及其装置,属于无线通信技术领域。

背景技术：

目前，在无线通信技术和移动互联网高速发展的今天，无线通信设备部署密度不断增加，无线频谱资源紧张的状况也日益突出，不同通信技术使用相同频率导致相互之间干扰问题已经变得越来越严重，这不仅增加了网络部署难度，同时大大影响了通信网络的总体容量和终端用户体验。

wifi全称wirelessfidelity，是基于ieee802.11系列协议的一种无线通信技术，通常使用2.4ghz和5ghz两个独立的频段。这两个频段各自又划分为若干个子信道。以2.4ghz频段为例，2.4ghz频段的频率范围为2400～2483.5mhz，共83.5mhz带宽，划分为14个子信道，每个子信道宽度为20mhz，相邻信道的中心频点间隔5mhz，相邻的多个信道存在频率重叠(如1信道与2、3、4信道有频率重叠)。wifi采用的2.4ghz和5ghz这两个频段都属于ism(industrialscientificmedical)频段，其使用无需获得授权，只要遵守一定的发射功率要求即可。

例如，公开号为cn106550345a的专利申请公开了一种具有自我学习和优化能力的wifi信号智能扫描系统，第一探针通过随机抽取算法，随机生成信道扫描队列，相邻的探针通过4色地图填色算法，生成与相邻探针相异的信道扫描队列，探针组把扫描的信道队列和扫描结果反馈给管理平台；管理平台通过分析相邻探针之间的信道扫描队列和扫描结果，找出不同时间段不同地点的最高捕获率组合，通过分析单信道最高捕获率和信道扫描队列的捕获率，自动优化信道扫描时间参数；探针数据服务器，对行为轨迹数据做出预分析，并把轨迹数据按照时间段分割，提前做好轨迹的相似度分析。

公开号为cn201621079769.8的专利申请公开了一种无线音频产品的声学测试系统，包括音频测试设备、wifi发射装置、路由器和待测无线音频产品，所述音频测试设备包括音频测试处理模块、ad转换模块和语音采集模块，所述wifi发射装置包括接口输入模块和wifi信号发射模块，所述待测无线音频产品包括wifi信号接收模块、解码模块、功放模块和语音播放模块。

公开号为cn206041972u的专利申请公开了一种wifi信号的增强装置，包括底座、定位柱、连接块、反射板和紧固块，所述的底座上设置有连接槽、安装孔，所述的定位柱一端设置在连接槽内，所述的连接块设置在定位柱上，所述的反射板设置在连接块上，所述的紧固块设置在安装孔内。本实用新型在底座上设置有多条连接槽，并将连接槽设置为弧形结构，能够根据需要调节定位柱在连接槽内的位置，丰富了方式，安装孔内设置有定位槽，通过定位槽提高了wifi信号发射器在安装孔内的牢固度，在紧固块与定位槽之间设置有弹簧，通过弹簧进一步提高wifi信号发射器在安装孔内的牢固度。

在上述的ism频段上建立其他技术如lte的无线通信系统，会面临wifi系统的同频干扰，因此降低wifi系统的干扰成为一种现实需要。当有无线通信系统需要与wifi系统同频部署时，传统抑制wifi同频干扰的方法，一般都是采用在无线通信系统接收机上应用高性能的干扰抑制算法(如精确的干扰信号协方差矩阵估计和高性能的mmse均衡器)，对wifi干扰信号进行分离进而进行抑制,其干扰抑制的效果与接收机算法复杂度成正比，为了达到一定的干扰抑制效果，其接收机实现复杂度和成本必然大大增加，并且，当wifi信号在功率上较大占优时，传统干扰抑制算法的性能会迅速恶化。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种能够克服上述技术问题的抑制wifi信号同频干扰的方法及其装置，本发明能够抑制特定频率资源上来自wifi系统的干扰，使得所述频率资源上其他通信系统能够正常工作。本发明在与wifi系统使用相同或部分相同无线频率资源2.4ghz及5ghz频段的无线通信系统中来降低来自wifi系统的干扰。通过在所述频率上持续或周期性发送干扰信号对所述频率资源上的wifi通信信道形成干扰，使wifi系统在所述频段上非正常工作而需要切换到其他频段上，从而为其他通信系统留出了频率资源，达到抑制wifi系统干扰的目的。

本发明所述方法包括以下步骤：

步骤一，确定需要抑制wifi信号干扰的频率范围[bwl,bwh]：

[bwl,bwh]是目标干扰频率，当需要在2.4ghz和/或5ghz的wifi频段上并存其他无线通信系统l时，需要抑制的频率范围，即为所述其他无线通信系统l需要使用的实际频谱带宽。

步骤二，确定wifi系统与频率范围[bwl,bwh]有重合的子信道集合c：

根据wifi各子信道频率范围，确定与频率资源[bwl,bwh]有重合的子信道，即为集合c的元素。

步骤三：根据步骤一和步骤二确定干扰信号发送的频域位置和发射功率，所述干扰信号以能干扰wifi系统并具有最小发送带宽和最低发射功率为准，具体包括以下步骤：

1)选择干扰信号的数目和频域位置以覆盖集合c中的每个wifi系统子信道；当需要在wifi使用的频段并存其他无线通信系统l时，干扰信号的频域位置选择在满足上述特点的基础上，还要满足对其他无线通信系统l性能影响最小化的要求，比如优先选择在其他无线通信系统l实际有效带宽之外的频域位置发送干扰信号；同样地，干扰信号的数目、发射功率以及频域位置等得选取应对上述其他无线通信系统l不造成干扰。

2)干扰信号的类型和内容为伪随机序列或者固定内容的信号，但优先选用伪随机序列或窄带脉冲。

3)选取干扰信号的发射功率p和频域带宽bs能够有效干扰到wifi系统和wifi终端的数据接收和发送，使wifi系统和终端切换到其他频段或子信道，当有与wifi系统并存于同一ism频段的其他通信系统l时，还要满足对通信系统l性能影响最小化；

干扰信号的发射功率、频域带宽以及信号个数是相互关联的，比如同一个wifi子信道上收到的干扰信号个数与每个信号要求发送的功率呈反比，干扰信号频域带宽宽窄与干扰信号单位频率发射功率呈反比；

对于每个wifi系统的子信道，要求终端在子信道上接收到的干扰信号发射功率、信号个数以及频域带宽满足如下公式：

其中：dbm(x)表示对功率值x求dbm值；n为干扰信号个数；bw为被干扰wifi系统子信道的频域带宽，通常为20mhz；bi表示第i个干扰信号的频域带宽，单位为hz；pi表示第i个干扰信号单位频率上的发射功率，单位为w/hz；pl表示子信道频带内wifi系统覆盖范围的最大路损值，单位为db，最大路损值和wifi覆盖半径以及所处环境有关，pth为wifi系统子信道平均接收功率门限值，单位为的dbm，功率门限值由ieee802.11n协议的相关规定确定，取值为-62dbm。

表1为一组典型的indoornlos模型下pl和wifi系统覆盖半径之间的对应关系。

表1

4)干扰信号能够持续发送，也能够以特定的时间间隔为周期进行循环发送，发送周期应当足够小以满足对wifi系统的有效干扰，为了对wifi系统有效干扰，优先默认使用在wifi系统工作时间内始终持续发送的方式。

步骤四：当wifi系统所在ism频段有并存的其他无线通信系统l时，且步骤三确定的干扰信号处于其他无线通信系统l使用的带宽内，则需要将其他无线通信系统l频带内干扰信号所占用的频率资源设为无效，不在这些资源上进行数据的接收和发送，则其他无线通信系统l正常工作。

本发明所述装置包括：射频信号收发模块、无线参数检测模块、干扰信号生成模块、电源模块、存储模块,所述射频信号收发模块、无线参数检测模块、干扰信号生成模块存储在存储模块中，所述电源模块与存储模块连接。

射频信号收发模块，在接收端用于接收无线射频信号并将射频信号转化为离散的基带信号序列，供无线参数检测模块做时间和频率同步、系统信息解码；在发射端用于将干扰信号序列变换为射频信号并对信号功率进行放大，使信号的发射功率等于干扰信号生成模块计算得出的目标发射功率。

无线参数检测模块由数字信号处理器或通用中央处理器或可编程逻辑器件及运行于其上的软件组成，周期性地从射频信号收发模块获取接收信号序列，识别目标无线通信系统并与之同步和获取系统信息，如中心频点、频谱带宽和双工模式，当目标通信系统参数发生变化，无线参数检测模块也能及时获知。此外，为保持灵活性，无线参数检测模块还提供参数手动输入方式。

频谱带宽指通信系统工作的频率宽度；中心频点是通信系统工作的中心频率；双工模式是指通信中收发双方数据流的方向模式，分为单工，半双工，全双工。

干扰信号生成模块由数字信号处理器或通用中央处理器或可编程逻辑器件及运行于其上的软件组成，用目标通信系统的系统信息参数和本发明所述方法计算干扰信号的频域位置、个数和发送功率并生成干扰信号数字序列。

所述电源模块用于将交流电压和电流变换为直流电压和电流，为所述存储模块提供电压和电流。

所述存储模块用于存储所述射频信号收发模块、无线参数检测模块、干扰信号生成模块。

本发明的抑制wifi干扰的装置能够作为无线通信软硬件系统的一部分，也能够作为独立的装置进行工作。

本发明所述方法的优越效果是，当有另一种通信系统与wifi在重合或部分重合的频率资源上并存时，能够抑制wifi系统的干扰，并能够切换到其他频率或者停止工作。在没有与wifi系统共存的通信系统时，本发明所述方法及其装置也能够用于对某个频段的wifi系统进行干扰，通过抑制wifi系统的接收和发送来达到使wifi系统停止数据传输目的。

附图说明

图1是本发明所述方法的2.4ghz频段上wifi系统子信道频谱位置示意图；

图2是本发明所述方法实施例一中wifi系统与lte系统频域位置及干扰信号的频域位置及带宽图；

图3是本发明所述方法的实施例二中wifi系统与atg2.4无线通信系统频域位置及干扰信号的频域位置示意图；

图4是本发明所述装置结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式进行详细描述。本发明提供的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

本发明的一种抑制wifi信号同频干扰的方法包括以下步骤：

步骤一：确定需要抑制wifi信号干扰的频率范围[bwl,bwh]；

[bwl,bwh]是目标干扰频率，当需要在2.4ghz和/或5ghz的wifi频段上并存其他无线通信系统l时，需要抑制的频率范围即为所述其他无线通信系统l需要使用的实际频谱带宽。

步骤二：确定wifi系统与频率范围[bwl,bwh]有重合的子信道集合c；

根据wifi各子信道频率范围，如附图1所示，确定与频率资源[bwl,bwh]有重合的子信道，即为集合c的元素。

步骤三：根据步骤一和步骤二确定干扰信号发送的频域位置和发射功率；

所述干扰信号以能干扰wifi系统并具有最小发送带宽和最低发射功率为准，具体包括以下步骤：

1)选择干扰信号的数目和频域位置以覆盖集合c中的每个wifi系统子信道。

当需要在wifi使用的频段并存其他无线通信系统l时，干扰信号的频域位置选择在满足上述特点的基础上，还要满足对其他无线通信系统l性能影响最小化的要求，比如优先选择在其他无线通信系统l实际有效带宽之外的频域位置发送干扰信号。同样地，干扰信号的数目应尽可能少并以对上述其他无线通信系统l性能影响最小为准；

2)干扰信号的类型和内容为伪随机序列或者固定内容的信号，但优先选用伪随机序列或窄带脉冲；

3)干扰信号的发射功率p和频域带宽bs的选取是以能有效干扰到wifi系统终端的接收并使wifi系统切换到其他频段或子信道为准。当有与wifi系统并存于ism频段的其他通信系统l时还要满足对通信系统l性能影响最小化。

干扰信号的发射功率、频域带宽以及信号个数是相互关联的，比如同一个wifi子信道上收到的干扰信号个数越多，每个信号要求发送的功率就越低。干扰信号频域带宽越小，单位频率发射功率要求就越大。

对于每个wifi系统的子信道，要求终端在子信道上接收到的干扰信号,发射功率、信号个数以及频域带宽满足如下公式：

其中dbm(x)表示对功率值x求dbm值；n为干扰信号个数；bw为被干扰wifi系统子信道的频域带宽，通常为20mhz；bi表示第i个干扰信号的频域带宽，单位为hz；pi表示第i个干扰信号单位频率上的发射功率，单位为w/hz；pl表示该子信道频带内wifi系统覆盖范围的最大路损，单位为db，该值和wifi覆盖半径以及所处环境有关，pth为wifi系统子信道平均接收功率门限值，单位为的dbm，该值由ieee802.11n协议的相关规定确定，取值为-62dbm。

表1为一组典型的indoornlos模型下pl和wifi系统覆盖半径之间的对应关系。

表1

4)干扰信号能够持续发送，也能够以特定的时间间隔为周期进行循环发送，送周期应当足够小以满足对wifi系统的有效干扰。为了对wifi系统有效干扰，优先默认使用在wifi系统工作时间内始终持续发送的方式。

步骤四：如果wifi系统所在ism频段有并存的其他无线通信系统l，且步骤三确定的干扰信号处于其他无线通信系统l使用的带宽内，则需要将其他无线通信系统l频带内干扰信号所占用的频率资源设为无效，不在这些资源上进行数据的接收和发送以使其他无线通信系统l正常工作。

本发明基于上述方法的抑制wifi信号同频干扰的装置包括：射频信号收发模块、无线参数检测模块、干扰信号生成模块、电源模块、存储模块,所述射频信号收发模块、无线参数检测模块、干扰信号生成模块存储在存储模块中，所述电源模块与存储模块连接。

射频信号收发模块在接收端用于接收无线射频信号并将射频信号转化为离散的基带信号序列，供无线参数检测模块做时间和频率同步、系统信息解码；在发射端用于将干扰信号序列变换为射频信号并对信号功率进行放大，使信号的发射功率等于干扰信号生成模块计算得出的目标发射功率。

无线参数检测模块由数字信号处理器或通用中央处理器或可编程逻辑器件及运行于其上的软件组成，周期性地从射频信号收发模块获取接收信号序列，识别目标无线通信系统并与之同步和获取系统信息，如中心频点、频谱带宽和双工模式，当目标通信系统参数发生变化，无线参数检测模块也能及时获知。此外，为保持灵活性，无线参数检测模块还提供参数手动输入方式。

频谱带宽指通信系统工作的频率宽度；中心频点是通信系统工作的中心频率；双工模式是指通信中收发双方数据流的方向模式，一般分为单工，半双工，3双工。

干扰信号生成模块由数字信号处理器或通用中央处理器或可编程逻辑器件及运行于其上的软件组成，用目标通信系统的系统信息参数和本发明所述方法计算干扰信号的频域位置、个数和发送功率并生成干扰信号数字序列。

所述电源模块用于将交流电压和电流变换为直流电压和电流，为所述存储模块提供电压和电流。

所述存储模块用于存储所述射频信号收发模块、无线参数检测模块、干扰信号生成模块。

本发明的抑制wifi干扰的装置能够作为无线通信软硬件系统的一部分，也能够作为独立的装置进行工作。

实施方案一：如图2所示，要在ism2.4ghz频段建立基于3gppltetdd标准的无线通信系统，工作频段为2450～2460mhz。该lte通信系统有效覆盖内有一wifi系统，该wifi系统覆盖半径为20米。按照本发明的方法，干扰信号的生成参数按如下步骤获得。

步骤1：需要抑制的wifi系统的频带为lte系统的有效带宽，去掉lte系统10mhz带宽两边各0.5mhz的保护带，实际有效频带范围为[2450.5mhz,2459.5mhz]。

步骤2：如图1所示,由wifi系统在2.4ghz频段子信道分布以及本例中lte系统的频段可知，这两个系统在频域上重叠的部分包含的wifi系统子信道集合c＝{7,8,9,10,11,12}；

步骤3：首先选取干扰信号的频域位置和个数。为了对lte通信系统影响最小化，优先考虑将干扰信号放在lte系统频带外，同时频域位置又要在lte系统射频单元覆盖之内，由于10mhz带宽的lte系统实际有效带宽是9mhz，有效带宽两侧各有0.5mhz的保护频带，而且两个保护频带能够覆盖到上述发明内容中的步骤一中集合c的所有wifi子信道。所以，将干扰信号放在lte系统有效带宽之外的保护带是一种优化的选择，两个干扰信号的频域位置分别为2450mhz～2450.5mhz和2459.5mhz～2460mhz，具体可依参见图2。wifi系统的覆盖半径20米，由表1可知最大路损为75.44db。由本发明所述方法可知，如下公式应当满足：

dbm(pi*0.5*10⁶)-75.44-10*log10(20*10⁶)≥-62

pi是每个干扰信号单位频率上的发射功率，由上式能够得出，pi的值应大于等于0.891w/hz(即29.5dbm/hz)。

步骤4：由于干扰信号在lte系统的有效频带外发送的，所以lte系统不用为干扰信号预留频域资源，整个有效带宽内都能够进行数据的接收和发送。

实施方案二：如图3所示，要在2.4ghzwifi频段上部署某无线通信地对空覆盖专用通信系统atg2.4，该通信系统在频域上分为三个载波，每个载波有效带宽为18mhz，工作频段分别为2408.6～2426.6mhz，2427.2～2445.2mhz及2445.8～2463.8mhz。需要在这三个载波的对应频段上抑制来自wifi系统的干扰，该wifi系统的覆盖半径为25米。按照本发明所述方法，干扰信号的发射参数按如下步骤获得。

步骤1：需要抑制的wifi系统的频带为lte系统的有效带宽，本案例则为要部署的无线通信系统atg2.4的三个载波频带，分别为[2408.6mhz,2426.6mhz]，[2427.2mhz,2445.2mhz]和[2445.8mhz,2463.8mhz]。

步骤2：由wifi系统在2.4ghz频段子信道分布(见图1)以及步骤1中的目标干扰频段可知，这两个系统在频域上重叠的部分包含的wifi系统子信道集合c＝{1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13}；

步骤3：选取干扰信号的频域位置和个数。为了对通信系统atg2.4影响最小化，优先考虑将干扰信号放在atg2.4系统有效频带外，同时频域位置又要在atg2.4系统射频单元覆盖之内，又要能够对集合c中的所有wifi子信道进行干扰，所以选取4条干扰信号，对应的频域带宽分别为600khz、600khz、600khz和540khz，对应的频域位置为2408～2408.6mhz，2406.5～2427.1mhz，2445.2～2445.8mhz和2459.8～2460.34mhz，具体可参见图3。四个干扰信号需要干扰的wifi子信道集合分别为{1,2},{2,3,4,5,6},{6,7,8,9},{10,11,12,13}，因此，每个干扰信号都有需要独立抑制一个wifi子信道的情况，所以对于前三个信道，公式1应当满足；对于第四个干扰信号，公式2应当满足。

公式1：dbm(pi*0.6*10⁶)-79.64-10*log10(20*10⁶)≥-62

公式2：dbm(pi*0.54*10⁶)-79.64-10*log10(20*10⁶)≥-62

由于wifi系统的覆盖半径额为25米，由表1可知最大路损为79.64db。pi是每个干扰信号单位频率上的发射功率，由公式1能够得出，对于干扰信号1，2，3，pi的值应大于等于1.93w/hz(即32.86dbm/hz)；对于干扰信号4，pi值应大于等于2.15w/hz(即33.32dbm/hz)。

步骤4：由于干扰信号在atg2.4系统的有效频带外发送的，所以不用为干扰信号预留频域资源，整个有效带宽内都能够进行数据的接收和发送。

如图4所示，本发明的抑制wifi信号同频干扰的装置包括：射频信号收发模块、无线参数检测模块、干扰信号生成模块、电源模块、存储模块。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明公开的范围内，能够轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明权利要求的保护范围内。