基于802.11的高速藍牙技術(shù)測試[圖]

IMT-2000和802.11無線電會相互干擾，除非彼此在2.6GHz時的距離能達到8公尺左右，而在2.3GHz時的距離可達到16公尺左右。

藍牙技術(shù)聯(lián)盟（Bluetooth SIG）正預(yù)備為下一代高速藍牙制定規(guī)格，該新規(guī)格將支援高速檔案傳輸和視訊串流應(yīng)用。最初Bluetooth SIG只選擇WiMedia超寬頻（UWB）技術(shù)來實現(xiàn)這種新的協(xié)議，但最近該聯(lián)盟又宣?芽墑褂?02.11作為過渡時期的解決方案，將藍牙協(xié)議附加在現(xiàn)有Wi-Fi無線電的可攜式裝置中。

這意味著現(xiàn)在WiMedia UWB和802.11都成為了高速藍牙規(guī)格的候選媒體存取控制（MAC）/實體層（PHY）（放大器，AMP）。其目標是允許消費性裝置透過使用現(xiàn)有藍牙技術(shù)與第二種無線技術(shù)實現(xiàn)更快的吞吐量。然而，業(yè)界人士也會擔心一項問題，即產(chǎn)生于藍牙裝置中的無線802.11以及應(yīng)用在相鄰頻段的其他IMT-2000服務(wù)（如WiMAX、LTE、UMTS和WCDMA）干擾問題。他們所擔心的是，若消費者對最初裝置使用802.11AMP的高速藍牙沒有足夠的使用經(jīng)驗，那么，要讓該技術(shù)獲得成功所必須擔負的長期風險，將超過任何短期快速上市時間帶來的收益。藍牙在消費性市場中已經(jīng)?子瀉芨叩牡匚唬ㄈツ昀堆繱IG獲得了第9，000位成員），而用一種過渡性技術(shù)縮短上市時間的風險是相當大的。

使用情境模擬

由于WLAN和IMT-2000都能提供網(wǎng)路基礎(chǔ)架構(gòu)存取，因此一般不會同時操作；然而，高速藍牙和IMT-2000服務(wù)將支援獨立應(yīng)用，因此它們將會有許多同時操作的機會。這也表示若一個高速藍牙裝置正使用802.11 AMP，那么它很可能同時處在執(zhí)行IMT-2000服務(wù)頻段附近的環(huán)境下工作。為了便于描述，我們考慮以下的使用模型。

圖1顯示兩支相鄰的多頻手機。一支手機正透過WiMAX撥號，另一支以基于802.11的高速藍牙向PC傳送檔案。當一支手機向PC傳送檔案時，由WiMAX通話的手機將會斷線，即使兩支手機間相距幾公尺遠結(jié)果也相同。圖2中的手機在以WiMAX撥打電話的同時使用高速藍牙列印檔案，為了避免電話斷線，該手機需要等到通話結(jié)束后才能開始列��；同樣地，若列印已經(jīng)開始進行，這支手機將無法接聽電話。

圖1：一支手機使用802.11的高速藍牙向桌上型電腦發(fā)送檔，另外一支手機在接聽WiMAX電話。兩支手機即使距離8公尺也會相互干擾。

圖2：具有WiMAX和802.11藍牙功能的手機無法同時執(zhí)行這兩種功能。

在上述兩種使用情境中，藍牙系統(tǒng)和WiMAX或蜂巢式服務(wù)之間的任何干擾都將損害最終使用者的經(jīng)驗。事實上，使用者期望能夠在沒有干擾的情況下同時使用多種技術(shù)。

頻譜分配

消費者會擔憂藍牙802.11 AMP和IMT-2000服務(wù)間干擾的基本塬因之一，在于它們都在相鄰的頻譜下工作（見表1），而將802.11用于高速藍牙傳輸會對工作在相鄰授權(quán)頻段的其它服務(wù)造成嚴重的影響。

表1：頻譜分配。

另外，即使Bluetooth SIG試圖將802.11 AMP限用于檔案傳輸應(yīng)用，但一旦這種高速無線功能投入市場，用戶可能會將它用來傳輸視訊串流（如同藍牙的報導(dǎo)資料所描述）。也因為這樣的連續(xù)性，透過802.11 AMP的串流應(yīng)用與檔案傳輸相較，將可能產(chǎn)生更大干擾。

干擾問題

在多模裝置中同時使用多種服務(wù)時（如上述的使用情況），藍牙802.11 AMP可能會干擾其它無線訊號，導(dǎo)致減敏（desensitization）甚至是接收阻塞的問題。如果該被阻塞的服務(wù)正在傳送急件，如語音通話或媒體串流，那么將導(dǎo)致不良的使用者經(jīng)驗。以下是同時使用WiMAX和802.11 AMP的案例。

在美國，2.5到2.7GHz範圍被授權(quán)為WiMAX系統(tǒng)使用。由于它相當接近2.4GHz頻譜，WiMAX與產(chǎn)生于802.11無線電發(fā)射的帶外訊號幾乎沒有隔離，因此會嚴重妨礙高可靠性WiMAX的作業(yè)。設(shè)計師相當看重對WiMAX的干擾，其塬因可以從歐洲電子通訊委員會（ECC）于2005年2月發(fā)?訓囊環(huán)莞扇叛芯勘ǜ嬤械彌�。这份报笅鼓名称是�兌話鉛WB應(yīng)用對10.6GHz以下無線通訊系統(tǒng)的保護要求》（也稱為第64號報告），其中包括了如‘受害者’服務(wù)、在2.5和2.7GHz之間執(zhí)行的IMT-2000無線服務(wù)。

重要的是，雖然這份研究報告重點放在作為干擾源的UWB，但分析純粹是基于傳送功率光譜密度（PSD），并沒有考慮發(fā)射器的訊號特徵。因此任何PSD高于本報告中所規(guī)定之保護限制的干擾能量，都被視為具有潛在干擾IMT-2000用戶端的可能性。

保護限制源于以下情況：IMT-2000用戶端接收器的最大允許干擾功率電平（不會引發(fā)弱化）為-115dBm/MHz，對于圖3的使用情況來說，保護距離為36cm，自由空間路徑約等于30dB（@2.5GHz），因此得到發(fā)送PSD保護限制-115+30=-85dBm/MHz，就可向IMT-2000用戶端提供足夠的保護。

圖3：被ECC用來判斷IMT-2000服務(wù)的干擾保護電平的使用情形。

值得注意的是，在上述例子中，ECC認為36cm對于考慮可預(yù)見的頻段範圍而言是相當合適的，因為很多時候UWB裝置是在辦公桌上使用，與IMT-2000行動站相距不遠。

這種分析方法可以有效地擴展到WiMAX和藍牙AMP之間的共存需求。在美國，802.11無線電在2.4-2.484GHz範圍內(nèi)可允許達+20dBm的發(fā)送功率，然而分配給IMT-2000鄰近頻段的發(fā)射功率可高達-41dBm/MHz。這意味著為了避免36cm距離處出現(xiàn)干擾，2.4GHz 802.11 AMP元件在相鄰WiMAX頻段上需要限制發(fā)射電平為-85dBm/MHz。（注意，WiMedia UWB AMP將工作在6GHz以上）

根據(jù)上述結(jié)論，業(yè)界先驅(qū)目前建議在2.4GHz藍牙中增加一種共存機制，以便在WiMAX工作時停止發(fā)送訊號。若下一代WPAN使用802.11 AMP連結(jié)桌上型設(shè)備，那么干擾現(xiàn)象將加速惡化。例如，如果用戶以手機接收串流視訊WiMAX傳輸，鄰近的桌上型設(shè)備同時開始向iPod（或印表機）傳送檔案，那么WiMAX視訊連接將會中斷，用戶也只能盯著空白的畫面。

圖4：圖3顯示ECC要求36cm的間距來保護IMT-2000服務(wù)。

測量問題

Staccato通訊實驗室正採用一套測量儀器來量化干擾效應(yīng)。圖5顯示了該測量裝置。

圖5：用于確認來自802.11 AMP（圖上）和UWB AMP（圖下）的潛在干擾測量裝置。

所有測量都是在實驗室環(huán)境中使用導(dǎo)電電纜完成的。頻譜分析儀（SA）的設(shè)置在測量中保持不變，以便建立共同的參考平臺。在802.11測量中插入了一個15dB的衰減器，以便將較低的訊號電平驅(qū)動到SA前端，透過關(guān)閉SA上的輸入衰減來獲得較低的雜訊電平讀數(shù)。

圖6是利用頻譜分析儀對一個具有外部天線連接器的現(xiàn)有802.11g卡（紅色）和在6GHz以上工作的WiMedia UWB無線電（綠色）進行帶內(nèi)和帶外發(fā)射訊號的測量結(jié)果。結(jié)果顯示，落在WiMAX、UMTS和LTE頻段的802.11帶外發(fā)射訊號超過保護限制約30dB，而UWB發(fā)射訊號比保護限制低了5dB。

圖6：源自現(xiàn)有802.11g網(wǎng)卡的帶內(nèi)和帶外發(fā)射訊號。紅色斜線表示網(wǎng)卡的發(fā)射訊號超出了ECC保護電平。綠線顯示工作在6GHz以上的WiMedia UWB無線電的性能。（這個頻段也是UWB AMP工作的頻段）

這意味著基于802.11的高速藍牙訊號將干擾IMT-2000服務(wù)，除非它們在2.6GHz時相互距離達8公尺，或在2.3GHz時相距達16公尺。如果它們同時位于一個設(shè)備中，那么實現(xiàn)這種無線訊號之間的隔離是不切實際的。因此，在這種共存情況下最實際的解決方案是將不同無線訊號的收發(fā)進行時間同步，也就是說一個在工作時另一個必須關(guān)閉；在接聽WiMAX電話時就不能使用高速藍牙傳輸。從圖6也可以看出，在IMT-2000頻段的UWB發(fā)射訊號低于保護限制，因此不會造成任何干擾。這也表示W(wǎng)iMedia UWB AMP可以與IMT-2000服務(wù)一起使用，即使兩者位于相同的設(shè)備中。

圖7顯示了由802.11 AMP干擾引起的WiMAX接收器減敏，它是802.11發(fā)射器和WiMAX接收器之間距離的函數(shù)。減敏運算的前提是假設(shè)WiMAX AMP訊息（在下行鏈路訊號中傳送的關(guān)鍵控制訊息）的靈敏度為-101dBm，圖中的兩條曲線對應(yīng)于WiMAX系統(tǒng)在2.3和2.5GHz頻段的減敏。根據(jù)上述測量結(jié)果，來自802.11無線電的帶外發(fā)射電平為-51和-60dBm/MHz，其中已經(jīng)考慮了自由空間路徑損失。

圖7：隨著WiMAX與802.11 AMP之間距離的縮短，WiMAX接收器的減敏度將增加。

觀察和推薦

實際測量的分析顯示，UWB AMP發(fā)射電平足夠保護2.3/2.6GHz的IMT-2000服務(wù)，符合ECC第64號報告規(guī)定的保護需求。

實際的測量也顯示，802.11 AMP無線電對工作在2.6GHz的IMT-2000系統(tǒng)具有潛在的干擾可能性，即使相互間距離達8公尺（考慮了自由空間損耗和-115dBm/MHz的最大可允許干擾PSD）。對WiMAX來說，來自802.11 AMP的帶外發(fā)射訊號可以影響到10公尺外的用戶端設(shè)備，這種效應(yīng)可直接影響系統(tǒng)的容量和功能。

作為一個產(chǎn)業(yè)，我們需要充分考慮使用者經(jīng)驗問題。高速藍牙的成功在于業(yè)界人士將它們投入市場之前，已對存在的問題進行研究和解決。我們也有責任保護授權(quán)的服務(wù)免受干擾。下一步正確的做法是在基于802.11的高速藍牙和2.3/2.5GHz頻段的授權(quán)服務(wù)之間展開充分的共存研究。然后，業(yè)界人士應(yīng)在共存研究結(jié)果的基礎(chǔ)上，考慮為使用802.11 AMP的高速藍牙開發(fā)交互干擾減輕機制。另外一種方案是將802.11 AMP的工作頻率轉(zhuǎn)移到5GHz。