相鄰信道抑制/干擾對(duì)802.11 WLAN的影響分析

圖4顯示了超外差接收機(jī)架構(gòu)的過(guò)濾設(shè)計(jì)可以將ACI降低至可接受的級(jí)別。在至少具有20dB數(shù)字相鄰信道過(guò)濾的條件下，超外差接收機(jī)在不增加分組誤差率的情況下每秒能夠接收11兆位(Mbps)CCK或22MbpsPBCC802.11Wi-Fi信號(hào)。

如果采用DC架構(gòu)，去除了中頻(IF)上的聲表面波(SAW)濾波器，從而導(dǎo)致接收機(jī)鏈路中A/D轉(zhuǎn)換器上的干擾信號(hào)是40dB，高于可接受的程度。采用A/D上的過(guò)采樣與回遞抽取過(guò)濾(recursivedecimationfiltering)，仍然可以恢復(fù)802.11信號(hào)。例如，GSM接收機(jī)使用DC架構(gòu)，并且通過(guò)在大約26MHz上過(guò)采樣大約300KHz的帶寬GSM信號(hào)提供大約80dB的ACR。不幸的是，由于技術(shù)的局限性與電池供電產(chǎn)品的低功耗要求，過(guò)采樣所采用的信號(hào)幾乎百分之百都是像GSM信號(hào)這樣的窄帶信號(hào)，不可能是像802.11信號(hào)那樣的寬帶信號(hào)。

下面的圖5顯示了在A(yíng)/D轉(zhuǎn)換器上強(qiáng)ACI的效果。高級(jí)別的ACI導(dǎo)致產(chǎn)生在802.11信道的SIR中占據(jù)主導(dǎo)地位的噪聲層，從而由于造成要處理大氣噪聲與量化而削弱了WLAN信號(hào)的強(qiáng)度。

對(duì)于已經(jīng)實(shí)施OFDM調(diào)制方案的WLAN來(lái)說(shuō)，從一個(gè)頻率接收器到另一個(gè)頻率接收器的往返傳輸過(guò)程中，接收機(jī)鏈路中的快速傅里葉變換(FFT)已經(jīng)有所損耗。從而導(dǎo)致帶外抑制層平均大約為25dB。圖6解釋了每個(gè)FFT接收器的SinX/X響應(yīng)。

接收機(jī)

雖然已經(jīng)超出了本白皮書(shū)探討的范圍，但是值得一提的是802.11接收機(jī)鏈路中的ACR過(guò)濾可以降低功耗，因?yàn)榛鶐幚砥髦蠥/D的采樣速率會(huì)有所下降。為了滿(mǎn)足防混淆的要求，將加重其他模擬過(guò)濾的負(fù)擔(dān)，而不是以更高的速率進(jìn)行采樣。在5GHz頻帶所謂的全頻段射頻中，這種防混淆的問(wèn)題尤為關(guān)鍵，因?yàn)檫@些射頻的前端是將近1GHz頻寬的信號(hào)。這就意味著為接收機(jī)鏈路中的A/D轉(zhuǎn)換器提供數(shù)百兆赫的頻譜。包含在此信號(hào)中的可以是高功率脈沖雷達(dá)信號(hào)，該信號(hào)將在接收機(jī)鏈路中占據(jù)主導(dǎo)地位。

到目前為止，匯聚已經(jīng)成為電子領(lǐng)域的主要趨勢(shì)。在手機(jī)與PDA市場(chǎng)中，這意味著匯聚的手持終端、智能電話(huà)、無(wú)線(xiàn)PDA以及多媒體設(shè)備，其中包括三種無(wú)線(xiàn)技術(shù)：蜂窩技術(shù)、802.11Wi-FiWLAN與藍(lán)牙。很多專(zhuān)家預(yù)測(cè)，具有成本優(yōu)勢(shì)的匯聚設(shè)備在2004年就將問(wèn)世。這種新型的移動(dòng)手持終端將側(cè)重MP3音樂(lè)、視頻流等多媒體應(yīng)用。為了提供引人注目的用戶(hù)體驗(yàn)，這些新型設(shè)備必須能夠充分利用由新一代蜂窩協(xié)議與基礎(chǔ)設(shè)施提供的更高數(shù)據(jù)速率以及高速WLAN連接。無(wú)線(xiàn)藍(lán)牙耳機(jī)及其他類(lèi)型的外設(shè)將為這些設(shè)備的便捷性與易用性增色不少。

藍(lán)牙與WLAN共存的問(wèn)題

圖7解釋了在WLAN熱點(diǎn)中如何使用這類(lèi)設(shè)備。在這種情形中，用戶(hù)可以通過(guò)WLAN在IP語(yǔ)音(VoIP)連接上進(jìn)行通信或可以通過(guò)設(shè)備的802.11調(diào)制解調(diào)器下載MP3或視頻流。此外，匯聚的設(shè)備還可以與藍(lán)牙耳機(jī)相連，以便進(jìn)行專(zhuān)用監(jiān)聽(tīng)。

圖7中描繪的這種使用情況不久就會(huì)出現(xiàn)于市場(chǎng)，但是用戶(hù)需要共存的解決方案才能充分利用此應(yīng)用中的所有無(wú)線(xiàn)技術(shù)。由于匯聚蜂窩電話(huà)/PDA設(shè)備中的藍(lán)牙與WLAN調(diào)制解調(diào)器是在同一無(wú)許可限制的頻帶中運(yùn)行的，因此它們會(huì)彼此相互干擾。此外，該區(qū)域中的其他802.11客戶(hù)端設(shè)備也將競(jìng)相訪(fǎng)問(wèn)作為匯聚蜂窩電話(huà)/PDA的同一WLAN接入點(diǎn)。

在當(dāng)前藍(lán)牙標(biāo)準(zhǔn)1。0版本中指定的唯一共存解決方案需要藍(lán)牙與WLAN共享系統(tǒng)的媒體接入控制器(MAC)功能，以便在WLAN或藍(lán)牙的傳輸過(guò)程中，其他技術(shù)將保持空閑。在預(yù)定義的一段時(shí)間內(nèi)獨(dú)占MAC之后，藍(lán)牙或WLAN將由其他技術(shù)對(duì)MAC進(jìn)行控制。

在WLAN上的流量較小，并且存在最少Q(mào)oS激活的環(huán)境中，這種MAC時(shí)間共享的安排方式既可以避免WLAN與藍(lán)牙之間出現(xiàn)共存干擾問(wèn)題，同時(shí)也能夠提供可接受的性能。在這種環(huán)境中，WLAN接入點(diǎn)可以實(shí)施主動(dòng)的自動(dòng)請(qǐng)求協(xié)議，以重新傳輸丟失或延遲的包。不幸的是，隨著高級(jí)節(jié)能技術(shù)的部署及QoS服務(wù)的需求猛增，將迅速降低WLAN接入點(diǎn)(AP)單元中的性能。

例如，WLAN與藍(lán)牙共存的形勢(shì)越來(lái)越嚴(yán)峻，導(dǎo)致802.11AP無(wú)法感測(cè)相關(guān)的客戶(hù)端是否正在遭受來(lái)自藍(lán)牙設(shè)備或無(wú)繩電話(huà)的非WLAN干擾。采用排隊(duì)算法或調(diào)度例程對(duì)需要QoS功能的應(yīng)用對(duì)AP進(jìn)行編程并不會(huì)緩解帶內(nèi)干擾的問(wèn)題，因?yàn)锳P并不能意識(shí)到干擾是否存在，因此根本無(wú)法圍繞干擾進(jìn)行調(diào)度。

即使AP具備802.11的自動(dòng)響應(yīng)隊(duì)列(ARQ)功能，鏈路的容錯(cuò)能力也只能夠達(dá)到5%。隨著接近并超過(guò)這一個(gè)百分點(diǎn)，必須增加AP上的包隊(duì)列大小，以便它們能夠存儲(chǔ)與重新匯編零星達(dá)到的包。通常需要QoS功能的多媒體應(yīng)用(如高質(zhì)量音頻或MPEG2視頻)很快就背離了802.11標(biāo)準(zhǔn)對(duì)QoS的定義。作為一個(gè)備選方案，將從需要QoS的鏈路中刪除ARQ，在這種情況下，語(yǔ)音性能會(huì)稍有改進(jìn)，具有低于2%的可接受包誤差率，但是任何種類(lèi)的媒體流的性能都是不可接受的。

切記在傳輸模式中，WLAN客戶(hù)端只使用802.11WLAN很小一部分帶寬。根據(jù)典型的經(jīng)驗(yàn)法則，80%客戶(hù)端的活動(dòng)WLAN時(shí)間用來(lái)進(jìn)行接收，而只有20%的時(shí)間用來(lái)進(jìn)行傳輸。在進(jìn)行傳輸時(shí)，客戶(hù)端通常向AP發(fā)送簡(jiǎn)短的確認(rèn)包。此法則的例外情況是從客戶(hù)端進(jìn)行文件傳輸，但是在這些文件在傳輸過(guò)程中始終要被劃分為不超過(guò)1，500字節(jié)的包，并且以可用比特速率(ABR)進(jìn)行傳輸。

通過(guò)對(duì)圖7中列舉的匯聚WLAN/藍(lán)牙PDA示例應(yīng)用此信息與802.11操作的其他特點(diǎn)，得出的結(jié)論是在適度加載WLANAP的環(huán)境中需要同時(shí)進(jìn)行WLAN與藍(lán)牙操作。對(duì)此狀態(tài)的具體分析如下。

在圖7中列舉的與無(wú)線(xiàn)PDA相連的藍(lán)牙耳機(jī)最多具有700Kbps的鏈接帶寬，并不帶有協(xié)議開(kāi)銷(xiāo)。如果PDA的用戶(hù)從Internet上的服務(wù)器播放MP3音頻流文件，那么此應(yīng)用將需要大約128Kbps的藍(lán)牙帶寬，而總藍(lán)牙帶寬為700Kbps。藍(lán)牙信號(hào)在空中傳輸?shù)臅r(shí)間占18%。與此相比，相同的應(yīng)用只使用128Kbps的PDAWLAN帶寬，而總帶寬為11Mbps。此外，802.11操作將涉及確認(rèn)的傳輸(ACK)，同時(shí)接收MP3流。這些ACK的數(shù)量相當(dāng)于WLAN帶寬的1/16。也就是說(shuō)，客戶(hù)端執(zhí)行802.11傳輸只需花費(fèi)不到0。1%的時(shí)間。

如果WLAN與藍(lán)牙傳輸阻塞或彼此干擾，那么藍(lán)牙將對(duì)WLAN傳輸造成18%的時(shí)間干擾，因?yàn)樗{(lán)牙需要在空中傳輸也需相同長(zhǎng)度的時(shí)間。反過(guò)來(lái)，WLAN傳輸將對(duì)藍(lán)牙傳輸造成不到1%的時(shí)間干擾。從而導(dǎo)致的結(jié)果是：加載適當(dāng)數(shù)量的AP時(shí)，必須進(jìn)行藍(lán)牙傳輸，同時(shí)接收WLAN信號(hào)，簡(jiǎn)言之，必須同時(shí)運(yùn)行PDA的藍(lán)牙與WLAN功能。

但是問(wèn)題隨之而來(lái)：在采用WLAN與藍(lán)牙技術(shù)的匯聚設(shè)備中，WLAN是否能夠從AP不斷接收下載內(nèi)容，而不必考慮該設(shè)備藍(lán)牙子系統(tǒng)的操作模式?經(jīng)過(guò)對(duì)藍(lán)牙實(shí)施制定仔細(xì)的設(shè)計(jì)、規(guī)劃與部署決策，答案是肯定的。首先，設(shè)計(jì)人員必須利用藍(lán)牙1。2的功率控制(第3類(lèi)設(shè)備)功能，以及藍(lán)牙的自適應(yīng)跳頻(AFH)。下面的圖8展示了AFH如何避免與WLAN操作發(fā)生直接的帶內(nèi)干擾。

如果系統(tǒng)要部署功率控制技術(shù)，那么將按比例降低接收機(jī)鏈路中LNA上的藍(lán)牙功率，以便使邊帶能量級(jí)別落在2.4GHz頻帶內(nèi)，而不必考慮ACR過(guò)濾。預(yù)計(jì)藍(lán)牙信號(hào)將達(dá)到-40到-50dBm的傳播損失。從而使藍(lán)牙傳輸?shù)墓β试?25dBm至-15dBm范圍內(nèi)，以便保持鏈路中的低誤差率。圖9解釋了功率控制技術(shù)如何降低藍(lán)牙信道中的頻譜發(fā)送。

檢查具有藍(lán)牙與802.11，以及其他一些操作特點(diǎn)的手持終端設(shè)備進(jìn)一步說(shuō)明了共存的問(wèn)題。在此示例中，假設(shè)手持終端設(shè)備具有一個(gè)0dBm藍(lán)牙發(fā)送器與一個(gè)802.11接收機(jī)，具有以下性能之一：

1)功率控制技術(shù)可以提供在藍(lán)牙與WLAN之間20dB的隔離。

2)在藍(lán)牙與802.11之間存在0dB的隔離，但是系統(tǒng)能夠在RF接收機(jī)鏈路中斷開(kāi)LNA。系統(tǒng)并不具有功率控制功能。

為了簡(jiǎn)便起見(jiàn)，在此討論的內(nèi)容將局限在采用超外差架構(gòu)的接收機(jī)設(shè)計(jì)。圖10展示了接收機(jī)可以運(yùn)行的情形之一。在上述的第一種情況中，設(shè)備的藍(lán)牙與WLAN之間存在20dB的隔離，那么接收機(jī)必須具有至少15dB的數(shù)字過(guò)濾。在第二種情況中，藍(lán)牙與WLAN之間不存在隔離，因此必須具有30dB的過(guò)濾和數(shù)字增益。針對(duì)第二種情況，還可以選擇將接收機(jī)限制在大約大于-60dBm的802.11信號(hào)上，其中對(duì)專(zhuān)門(mén)的過(guò)濾沒(méi)有任何要求。