引言
Wi-Fi 技术已成为现代社会中无形的枢纽，无缝连接着我们的生活、工作与娱乐。它让信息传输变得前所未有的快捷与便利，使我们能够随时随地接入互联网 ------ 无论是家中、办公室还是公共场所。然而，随着 Wi-Fi 日益取代传统有线传输，Wi-Fi 网络的部署以及同一网络域内 Wi-Fi 设备的快速增长，导致 5GHz 频段愈发拥挤，相邻 Wi-Fi 域之间的干扰问题也愈发严重。
以多层住宅中的 Wi-Fi 接入点（AP）为例，每层楼通常居住着多户家庭，这意味着每户的 Wi-Fi 信号都会与仅一墙之隔的邻居信号重叠。在人口密集的社区，甚至能检测到来自附近建筑的多个 AP 信号。若这些 AP 设置在同一信道，就会导致相邻 Wi-Fi 网络之间产生相互干扰。
多 AP（MAP）Wi-Fi Mesh 网络旨在通过单个网络覆盖大范围区域。它们通常使用相同的无线频段，以实现 AP 间的无缝漫游，但即便同属一个 Wi-Fi 网络，AP 之间也会产生相互干扰。
Wi-Fi 客户端设备之间的临时点对点（P2P）网络，例如用于文件传输、照片共享和视频投屏的场景，同样会受到本地 Wi-Fi 网络的干扰。这会导致 P2P 连接质量下降，出现速率变慢、延迟增加甚至断开连接等问题。反之，Wi-Fi 网络也会因突然出现的 P2P 连接而受到影响，表现为性能与可靠性下降。
类似地，车辆中的 Wi-Fi 网络可为乘客提供即时的交互式多媒体服务，但当车辆驶入人口密集区域时，往往会遭遇各种外部无线干扰源。
基于实际用户体验，Wi-Fi 网络干扰是一个普遍存在的现象，随着无线设备数量的持续增长，其带来的挑战也愈发严峻。Wi-Fi 网络中的干扰源通常分为两类：同信道干扰（CCI）与邻信道干扰（ACI）。这些干扰会导致连接稳定性问题，如速率降低、延迟增加、丢包频繁以及频繁断连，严重影响 Wi-Fi 网络的稳定性与可靠性，并损害用户体验。因此，解决这些干扰问题对提升 Wi-Fi 网络整体性能与用户满意度至关重要。
部分抗干扰方法，例如频段引导（band steering）或信道切换（channel switching），虽能降低干扰对用户的影响，但也会带来新的问题：用户可能遭遇设备断连、重连、物联网设备无响应，或在引导 / 切换期间功能受限等情况。
因此，开发可用的信道内抗干扰技术已成为解决这些问题的首要任务。抗干扰技术能够提升 Wi-Fi 网络的信道使用效率、增加网络吞吐量，或在干扰场景下改善延迟表现，从而在密集网络环境中提供更流畅、更具成本效益的高可靠 Wi-Fi 连接，确保用户始终能获得高质量的 Wi-Fi 服务。
不同 Wi-Fi 网络中的干扰
Wi-Fi 网络已无处不在，为家庭、商业与公共场所提供了便捷的互联网连接。本引言将通过三个使用场景展开说明：家庭单 AP 网络、多 AP 网络，以及多客户端点对点网络。每个场景都将展示用户面临的挑战与干扰带来的影响，揭示复杂 Wi-Fi 网络背后的洞察。
图 1：单 AP 网络与周边其他网络的共存
图 1：单 AP 网络与周边其他网络的共存
约翰住在一栋每层 6 户的公寓楼里，如图 1 所示。他的小公寓仅由一个 Wi-Fi AP 覆盖，但他能轻易搜到邻居家的 AP 信号。由于他所在的国家仅允许 2.4GHz 和 5GHz 频段用于 Wi-Fi，约翰和邻居们很可能使用重叠的频段，从而引发信号干扰。
约翰办理了 300Mbps 宽带，使用入门级 Wi-Fi 7 AP 连接设备。工作日时，他能享受高速、低延迟的 Wi-Fi，满足居家办公、游戏和追剧的需求。但每天晚上 6 点到 11 点，邻居们开始使用网络，他的 Wi-Fi 速度就会变慢，频繁出现高延迟（高 ping 值），导致在线游戏体验糟糕，有时视频流媒体也会卡顿。
挑战：在网络高峰时段，随着邻居家连接的 Wi-Fi 设备数量增加，不仅需要管理家庭路由器的流量，还必须缓解多个相邻路由器的干扰 ------ 这在 Wi-Fi 频谱资源有限的地区尤为关键。
场景 2：多 AP 网络
多 AP 网络
汤姆和艾米与儿子杰森住在一栋每层两户的大型公寓楼里，如图 2 所示。为提升 Wi-Fi 覆盖，他们搭建了由 3 个 AP 组成的 Wi-Fi Mesh 网络（支持 Wi-Fi 回传），确保全屋覆盖。然而，每增加一个 AP 回传节点，无线带宽的占用量就会翻倍。
周末的一天，汤姆和艾米在客厅看电影，杰森在自己房间玩游戏。这时汤姆需要紧急参加线上会议。当所有人同时使用 Wi-Fi 时，信道重叠导致数据包延迟增加：汤姆的会议出现视频卡顿和音频断连，而艾米和杰森也遇到了网速变慢、游戏延迟和视频卡顿的问题。
挑战：多 AP Mesh 网络可扩大大户型的 Wi-Fi 覆盖，但共享同一信道会限制每个 AP 的容量。高峰时段，Mesh 网络会面临频谱资源竞争，导致无线回传（AP 到 AP）与前传（AP 到客户端）均出现干扰。
图 3：多客户端点对点网络
亚历克斯和露娜与女儿蒂娜住在一套小型两居室公寓，如图 3 所示。他们和隔壁邻居都使用单个 Wi-Fi AP 接入互联网。
周末的一天，蒂娜和朋友在玩手机游戏，露娜在电视上看体育直播，亚历克斯邀请朋友来吃午饭，并需要通过 Wi-Fi 点对点（P2P）连接分享照片和视频。在周末高峰时段（上午 10 点至晚上 11 点），由于家中所有设备和邻居设备同时使用 Wi-Fi 导致信号干扰，所有人都遇到了 Wi-Fi 性能下降的问题。
亚历克斯发现视频文件传输经常很慢甚至失败，露娜的直播频繁缓冲，孩子们则抱怨游戏延迟。如此多的设备共享同一 Wi-Fi 频谱，导致点对点网络与家庭网络的信号相互干扰，最终造成延迟升高、吞吐量下降。
挑战：用户需要在客户端之间灵活创建临时点对点网络，但这些应用必须应对现有家庭 AP 路由器和相邻 Wi-Fi 路由器的信号干扰。如何让永久网络与临时网络共存，并确保它们的设备互不干扰，是核心挑战。
干扰对 Wi-Fi 网络的影响
在上述所有场景中，高峰时段 Wi-Fi 性能下降是普遍现象：约翰面临邻居的信号干扰，汤姆和艾米的 Wi-Fi Mesh 网络出现拥塞，亚历克斯和露娜则受困于多种连接类型对 Wi-Fi 频谱的争抢。高峰时段网络需求的增长，显著降低了所有人的 Wi-Fi 体验。
Wi-Fi 使用高峰通常出现在晚上 6 点至 11 点，以及周末全天（上午 10 点至晚上 11 点）。在此期间，流媒体、游戏、视频会议和浏览等活动产生的网络流量激增，推高了整体需求。
图 4：约翰的 Wi-Fi AP BE3600 无干扰时的信道利用率
人们在选择 Wi-Fi AP 时，往往优先关注最大速率。在单 AP 网络场景中，约翰办理了 300Mbps 宽带，选择了入门级 Wi-Fi 7 AP（BE3600）。图 4 展示了约翰的 Wi-Fi 在工作日和周末无干扰时的信道利用率。高信道利用率意味着负载过重，可能导致拥塞、速率下降、延迟增加、服务中断和性能降低 ------ 这都是有限带宽竞争的结果。
工作日（蓝线）：约翰的上网行为呈现每日规律模式。早上 7 点至 9 点听音乐或浏览网页，中午 11:30 至下午 1 点流媒体看视频，晚上 6 点至 11 点是需求高峰，用于流媒体和游戏。
周末（橙线）：约翰的上网时间从上午 10 点持续到晚上 11 点，且使用时长更长。他会花更多时间进行照片和视频备份到 NAS 等 Wi-Fi 活动，因此利用率高于工作日。
无干扰时，约翰的信道利用率在高峰时段从未超过 30%，完全满足他的 Wi-Fi 需求。但现实中，邻居重叠的 Wi-Fi 网络会造成频谱干扰，导致实际信道利用率在高峰时段超过 70%，有时甚至达到满负荷（图 5）。因此，约翰在非高峰时段能享受流畅游戏（ping 值 <50ms），但在高峰时段会频繁遭遇延迟和断连（ping 值> 150ms），严重影响游戏体验。
图 5：真实环境中约翰的 Wi-Fi AP BE3600 信道利用率
为理解利用率上升的原因，我们通过频谱分析观察 Wi-Fi 频谱（图 6）。
图 6 展示了 5GHz 信道（36 至 64）以及附近 Wi-Fi 网络的接收信号强度指示（RSSI）。约翰的 Wi-Fi 工作在 5GHz 频段，带宽 160MHz，主信道为 36。分析发现存在 6 个重叠的 Wi-Fi 网络（包括约翰的）：两个相邻接入点 AP4 和 AP5 与约翰的 36 号信道重叠，造成同信道干扰（CCI）；邻居接入点 AP1、AP2 和 AP3 部分共享频段，造成邻信道干扰（ACI）。在 2.4GHz 和 5GHz 频段资源有限的密集居民区，网络重叠与干扰十分常见。
图 6：Wi-Fi 频谱分析
当邻居的 Wi-Fi 造成同信道干扰（CCI）时，带宽竞争会导致信道利用率上升，进而减少可用的空闲时间并增加延迟。另一方面，邻居的 Wi-Fi 造成邻信道干扰（ACI）时，会降低信号质量并增加数据包错误率。为维持数据质量，AP 会采用更稳健的传输方法并重传数据，这进一步推高了信道利用率。
若 CCI 与 ACI 同时发生，干扰会进一步恶化。高峰时段，叠加的干扰会引发激烈的频谱竞争并导致信号质量极差，将信道利用率推向饱和。这正是 Wi-Fi 性能不佳的主要原因。
联发科研发实验室搭建了模拟约翰家庭 Wi-Fi 的网络，连接 300Mbps 宽带，并搭建了邻居网络以复现 ACI 干扰。通过调整 ACI 负载水平（非高峰时段 15%，高峰时段 60%），我们模拟了不同时段的干扰情况，并测试了以下四类常见应用的性能：
- 线上游戏：需要极低延迟和频繁的小数据包传输，以支持实时交互。
- 视频会议：需要稳定带宽以保障高质量音视频流。
- 4K 媒体流：需要持续高带宽以实现流畅播放。
- 文件下载：需要高带宽以实现快速、高效的传输。
表 1 列出了这四类应用的基线需求，以及单独测试每个应用得到的结果。延迟指端到端延迟。
非高峰时段，所有应用的延迟和吞吐量均能稳定满足需求。但在高峰时段，性能下降明显：数据包错误率（PER）上升，吞吐量下降，延迟恶化。
表 1：不同 ACI 负载下四类应用的实测延迟
在线游戏中，端到端延迟（ping 值）直接影响玩家操作在游戏中的响应速度。当延迟超过阈值（例如平均 100ms），玩家可能遭遇控制延迟或无响应，极端情况下还会出现画面抖动或卡顿，严重损害游戏体验。传统指标如平均延迟无法捕捉这些波动，尤其是在关键时刻。为解决这一问题，我们引入了 PR95 延迟指标：它代表 95% 的观测延迟值低于该阈值，以此量化延迟的波动性。测试显示，高峰时段平均延迟虽仍在可接受范围内，但 PR95 延迟频繁超出阈值，对体验产生负面影响。在游戏中，这意味着超过 5% 的玩家输入可能无响应，显著损害游戏体验，也凸显了对更稳健网络性能的需求。
视频会议面临类似挑战：当延迟超过实时交互的可接受阈值时，会导致音视频不同步、对话中断，严重时还会出现短暂但明显的卡顿，影响沟通流畅性。高峰时段，平均延迟与 PR95 延迟均超过可接受阈值，导致用户体验明显下降。
缓冲健康度是保障 4K 视频流畅播放的关键因素。缓冲健康度不足会导致频繁卡顿、播放中断，甚至视频画质下降。高峰时段，干扰增加会显著恶化缓冲健康度，导致播放中断和观感体验变差。
在文件下载性能测试中，下载速度和时间是最直接的用户体验指标。高峰时段，干扰加剧会增加延迟、降低吞吐量，导致下载时间延长，用户体验显著变差。
抗干扰技术
在 IEEE 802.11ax（Wi-Fi 6）中，主要开发了两种抗干扰技术：空间复用（SR）与前导码打孔（PP）。
- SR 技术主要应对同信道干扰（CCI），它允许多个设备在同一信道上同时通信而不产生明显干扰。
- PP 技术则在多用户环境中应对邻信道干扰（ACI），它利用 OFDMA 将信道划分为更小的子带，丢弃受干扰的重叠部分，选择干净的频谱切片进行传输。
在 IEEE 802.11be（Wi-Fi 7）中，通过 ** 多资源单元（MRU）** 实现了进一步增强。MRU 与 PP 结合可提升多用户环境下的通信灵活性与有效性。
- MRU 允许将所有可用的资源块分配给单个用户，打破了 Wi-Fi 6 中每个用户仅能分配一个资源块的限制。
- 通过动态调整资源单元，MRU 能更高效地处理干扰，从而提升数据吞吐量并降低延迟。
联发科的研发重点聚焦于干扰抑制技术，既遵循 IEEE 定义的标准，也进行自主增强。为有效解决单 AP 网络、多 AP 网络和多客户端点对点网络中真实用户遇到的干扰问题，我们开发了一系列抗干扰技术，其中最有效的四类如下：
- 通用带宽自适应（UBA）：在存在 CCI 或 ACI 的环境中，UBA 通过带宽控制与速率自适应选择最合适的带宽与速率组合，减少干扰影响、提升传输可靠性、有效增加吞吐量并降低延迟。
- 定制化前导码打孔（CPP）：借助 PP 与 MRU 的灵活性，CPP 允许 AP 与 STA 在隐藏节点场景中交换检测到的干扰信息，使 PP 与 MRU 能够完全发挥作用并规避隐藏节点的影响，从而提升整体网络性能。
- 增强型空间复用（ESR）：旨在增强单 AP 场景下的空间复用能力。该技术通过 PHY 载荷解码能力，在中远距离区分跨 BSS 的传统 Wi-Fi 信号，从而提升抗干扰性能。
- 协同空间复用（CSR）：专为 Mesh 网络的多 AP 场景设计，它通过发射功率控制机制实现 AP 间协同，显著增加每个路由器的可用空口时间、减少干扰，并提升 Mesh 网络内的传输机会。
通用带宽自适应（UBA）
ACI 主要会削弱 Wi-Fi 信号并增加数据传输错误率。虽然 PP 能有效对抗 ACI，但它需要预测 ACI 的影响范围，主动避开受干扰的子载波，以确保最佳性能与稳定连接。然而在典型的家庭场景中，干扰往往仅被一方检测到，这就导致了隐藏节点问题。
以之前讨论的单 AP 网络场景为例（图 7），约翰的 AP 无法感知到邻居 1 的干扰。当约翰移动手机到靠近邻居的位置时，就会触发隐藏节点场景，受到邻居 Wi-Fi 的干扰。
- 带有 ACI 负载的信道带宽（CBW）运行会导致数据包错误率（PER）升高、数据速率降低和吞吐量下降。
- 为维持稳定传输，需根据干扰的强度和密度采取不同策略：当干扰强但密度低时，AP 可通过重传保证数据准确性；但随着干扰密度增加，仅依赖重传会显著增加延迟并降低吞吐量。
- 因此，需要降低速率以提升稳定性，或缩小带宽以避开干扰。联发科的 UBA 技术旨在找到带宽与速率的最优组合，以最大化 Wi-Fi 速度并最小化延迟。
图 7：选择最优带宽以避开干扰
以下步骤说明了 UBA 技术在隐藏节点场景中如何找到带宽与速率的最优组合：
- 检测隐藏节点：观察 Wi-Fi PHY 指标，例如上传和下载的 RSSI 是否在 PHY 速率上存在显著差异，或者速率正常但出现不可预测的严重 PER 时段。
- 测试候选组合：当检测到潜在的隐藏节点条件时，选择接近当前 Wi-Fi 速度的带宽与速率组合，并通过持续发送短 PPDU 来快速测试结果。
- 选择最优方案：根据计算出的 Wi-Fi 速度和延迟，结合 PER 的严重程度，选择最合适的带宽与速率组合。
当隐藏节点的干扰状态未知时，UBA 会尝试各种带宽与速率的组合以有效避开干扰。通过持续发送短 PPDU，UBA 减少了测试开销，并能快速识别最优的带宽与速率组合，以在当前环境下实现最佳 Wi-Fi 速度。
定制化前导码打孔（CPP）
PP 的主要目的是避开受干扰的子载波，而 Wi-Fi 7 的 MRU 则通过合并多个资源单元来更充分地利用可用频谱。将两者结合可最大化 PP 的收益，产生显著提升性能的协同效应。
但在隐藏节点场景中，干扰无法被检测，导致 PP 失效。
以之前的单 AP 场景为例，约翰的 AP 无法感知邻居 2 的干扰。如果约翰的智能手机能将详细的干扰信息回传给 AP，AP 就可以调整 PP+MRU 以避开干扰，提供更稳定的 Wi-Fi 连接。
图 8：使用 CPP 解决隐藏节点问题
联发科设计的 CPP 旨在解决所有隐藏节点场景。该技术通过联发科自有协议，让 AP 与 STA 交换干扰检测结果，并自动应用最佳抗干扰技术，流程如下：
- 主动检测干扰：AP/STA 主动检测干扰。
- 信息交互确认：AP/STA 与对方交换信息，确认是否存在隐藏节点。
- 应用最优方案：确认后，AP 计算并应用最佳的干扰规避方法。
例如，当 ACI 干扰仅影响 STA，导致其从 AP 接收数据严重受损时，AP 可使用 PP+MRU 以避开 ACI 的影响。此外，结合 SR 还可允许 SR 传输也避开干扰，显著降低 ACI 对 STA 的影响。
增强型空间复用（ESR）
SR 技术利用跨 BSS（基本服务集）的 PPDU（物理协议数据单元），通过管理干扰和协调传输，允许多个设备同时传输。
- 在 Wi-Fi 6 中，PHY 头包含 BSS 颜色，AP 可快速识别跨 BSS 传输。
- 而在 Wi-Fi 5 及更早的标准中，需要比较 MAC 头中的 SSID 来确认是否为跨 BSS PPDU。
尽管技术不断进步，但前 Wi-Fi 6 设备仍广泛存在于家庭环境中，往往占网络设备的很大比例。由于 PHY 和 MAC 载荷解码能力的差异，MAC 解码错误很容易导致 SR 传输的机会丢失。
为提升 SR 传输的机会，联发科开发了 ESR。当检测到新的数据 PPDU 时，ESR 利用从 PHY 头获取的速率信息和 PHY 信号强度来判断其是否为跨 BSS PPDU。该速率描述了成功解码 MAC 载荷的要求。如果 PHY 信号强度不满足速率要求，MAC 载荷解码很可能失败。
通过结合这些信息，ESR 可以快速区分跨 BSS PPDU，从而显著增加识别前 Wi-Fi 6 设备跨 BSS PPDU 的机会，扩大 SR 传输的范围与可能性。
图 9：SR 工作范围（联发科实验室数据）
根据联发科的实验数据，SR 要求 RSSI 大于 - 60.5dBm 才能复用 VHT MCS9 BW80 流量，否则会因 MAC 解码失败而无法启动 SR 传输。
但在典型的家庭 Wi-Fi 网络中，AP 通常位置分散，这极大限制了 SR 的使用能力。
如图所示，通过 ESR 技术，我们可将 SR 的可用范围从 RSSI -60.5dBm 扩展到 - 86dBm，显著提升 SR 性能。
协同空间复用（CSR）
Mesh 网络通过覆盖范围内的无缝漫游提供全屋 Wi-Fi，但一个常见问题是所有设备共享同一信道。随着部署的 AP 数量增加，Wi-Fi 的 CSMA/CA 机制会减少每个 AP 的可用空口时间。
图 10 展示了 CSR 在之前详细讨论的多 AP 网络场景中的效果。
图 10：使用联发科 CSR 提升 Mesh 网络吞吐量
为解决这一问题，联发科开发了 CSR，它通过发射功率控制机制实现 AP 间协同，提升 Mesh 网络中多 AP 的 SR 效率。该机制包含四个主要步骤：
- 收集信息：AP 检测每个 BSS 的信息，例如收集来自其他 AP/STA 的 RSSI。
- 信息交换：AP 之间交换收集到的信息。
- 发送协同帧：当 AP 竞争带宽并准备发送 PPDU 时，它会先向其他 AP 发送 CSR-A（通知）帧，包含预期的 PPDU 传输时长和发射功率控制信息。
- 决策与传输：其他 AP 收到 CSR-A 帧后，可根据 PPDU 时长和发射功率控制信息决定是否启动 SR 传输。
除了让 Mesh 网络中的 AP 交换信息，CSR-A 帧还允许其他 AP 更准确地判断何时可以复用信道，并了解传输功率限制。这极大提升了 SR 在 Mesh 网络多 AP 场景下的有效性，减少并发传输的干扰，使 SR 能够实现最大收益。
联发科抗干扰技术
联发科抗干扰技术是适用于各类网关与客户端配置的智能核心技术。它能在不同条件下感知干扰，并根据干扰的严重程度与特征，从多种抗干扰技术中自动选择最优方案。
它会持续动态调整所选技术以适应环境变化，从而不断提升 Wi-Fi 性能与可靠性。
单 AP---STA 场景与点对点场景类似，主要区别在于干扰来源，但两者都容易受到隐藏节点的影响。
为复现约翰家的场景，我们模拟了 AP 与智能手机在 5GHz 频段上以 160MHz 带宽运行，主信道为 36。另一个 AP 与 STA 在 5GHz 频段上以 40MHz 带宽运行，主信道为 44，以模拟邻居 Wi-Fi 的干扰。
通过调整 ACI 负载，我们模拟了邻居 Wi-Fi 对约翰家的不同干扰程度。同时测试了文件下载与视频会议应用，结果总结于表 2。
三个关键性能指标为：
- 吞吐量：平均文件下载速度，反映数据传输效率。
- 平均延迟 与PR95 延迟：反映视频会议的质量，包括响应速度与通话流畅度。
表 2：隐藏节点场景下联发科抗干扰技术的效果
当 ACI 负载为 15% 时，联发科抗干扰技术采用 UBA 维持稳定吞吐量，实现了 7% 的吞吐量提升和 6% 的延迟降低。
当 ACI 负载达到 60% 时，高 PER 导致吞吐量显著下降、延迟增加，这主要由隐藏节点引起。
联发科抗干扰技术会应用 CPP 来解决此问题，即在 BW160 的第二个 BW 段上执行前导码打孔以避开干扰。这使吞吐量恢复到无干扰场景的 73%，平均延迟降低 46%，PR95 延迟降低 61%。
多 AP 场景测试
我们搭建了包含三个 AP 和一个 STA 的多 AP 场景，模拟汤姆家的 Wi-Fi Mesh 网络。STA 代表汤姆的笔记本电脑用于性能测试，结果如表 3 所示。
表 3：三 AP（Mesh）网络 + 单 STA 场景下的 CSR 测试结果
联发科抗干扰技术会在 Mesh 网络中自动启用 CSR 技术，使 AP 能够动态管理向 STA 的发射功率。当 STA 距离 AP 较近时，AP 会适当调整发射功率，在最小化对相邻设备干扰的同时，提升 SR 传输的成功率。这种优化可带来最高30% 的吞吐量提升。
住宅网络会面临多种干扰，例如 Wi-Fi 干扰、动态频率选择（DFS）干扰、微波炉干扰和蓝牙干扰。目前，Wi-Fi 仅能通过切换信道来规避微波炉干扰，因为没有有效的技术能直接对抗它。除这种情况外，联发科抗干扰技术均可缓解或改善其他所有干扰导致的性能下降。