如何確保Bluetooth+WiFi的服務(wù)質(zhì)量

　　藍(lán)牙和802.11 b/g WiFi都是重要的無線技術(shù)，常被應(yīng)用于筆記本電腦、PDA、個(gè)人多媒體播放器（PMP）以及手機(jī)等設(shè)備中。某些無線VoIP電話和多標(biāo)準(zhǔn)手機(jī)等設(shè)備甚至同時(shí)具備藍(lán)牙和WiFi功能，因此對芯片設(shè)計(jì)有了極高的要求。所以，僅通過有限的使用模塊或保持無線接收器之間的距離，已無法實(shí)現(xiàn)這兩種技術(shù)的共存。在開發(fā)過程中如果考慮不夠周全，將藍(lán)牙和WiFi技術(shù)同時(shí)嵌入一臺(tái)設(shè)備中，將產(chǎn)生干擾問題，對用戶體驗(yàn)造成影響。

　　藍(lán)牙和WiFi運(yùn)行于未經(jīng)批準(zhǔn)的2.4GHz工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)學(xué)（ISM）頻帶，以數(shù)據(jù)包的形式傳輸數(shù)據(jù)。盡管藍(lán)牙和WiFi采用不同的頻譜，如果WiFi 接收器在接收WiFi信號(hào)時(shí)檢測到藍(lán)牙信號(hào)，則仍然會(huì)產(chǎn)生干擾。藍(lán)牙接收器也會(huì)遇到同樣的情況。除了與其它無線標(biāo)準(zhǔn)共存產(chǎn)生的挑戰(zhàn)之外，藍(lán)牙通訊鏈路還可能被微波爐等其它家用電器設(shè)備干擾。這些設(shè)備在運(yùn)行的同時(shí)輻射出射頻能量，而由于成本和工程技術(shù)方面的限制，這種輻射只能被控制在一定的水平。

　　盡管受到環(huán)境射頻的干擾，藍(lán)牙和WiFi仍然受到越來越多消費(fèi)者的歡迎，特別是在過去六年中，藍(lán)牙產(chǎn)品和無線LAN網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入了更多的家庭。因?yàn)檫@兩種技術(shù)非常類似，所以共存是一個(gè)首先需要考慮的問題。實(shí)際上，已經(jīng)采用許多方法以解決相互間的干擾問題。

　　為了減低某個(gè)ISM頻帶區(qū)域內(nèi)傳輸?shù)墓β士偭?，藍(lán)牙和Wi-Fi不得不采用各種數(shù)據(jù)傳輸擴(kuò)頻技術(shù)。藍(lán)牙采用跳頻擴(kuò)頻技術(shù)（FHSS），在相對較窄的 1MHz帶寬范圍內(nèi)傳輸數(shù)據(jù)包。這樣，在該帶寬提供的79個(gè)信道范圍內(nèi)，窄帶信號(hào)的頻率變?yōu)槊棵?,600跳。通過圍繞頻譜頻繁跳動(dòng)，使信號(hào)功率擴(kuò)充到整個(gè)頻帶。

　　當(dāng)一般性干擾發(fā)生時(shí)，所傳輸數(shù)據(jù)包的接收可能中斷，因?yàn)樗{(lán)牙和802.11 b/g信號(hào)發(fā)生重疊，造成數(shù)據(jù)包錯(cuò)誤。附近的天線可能對第二個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行造成前端過載干擾。但是，這種干擾要求具備較強(qiáng)的干擾信號(hào)，所以較一般性干擾來說，這是一種不常見的干擾。

　　隨著藍(lán)牙技術(shù)規(guī)范的發(fā)展，新的技術(shù)已被采納，使藍(lán)牙能夠與WiFi及其它潛在干擾源輕松共存。為此而采取的各種辦法詳述如下。

　　適應(yīng)性跳頻技術(shù)（AFH)

　　適應(yīng)性跳頻技術(shù)（AFH）由藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟所開發(fā)的藍(lán)牙技術(shù)規(guī)范v1.2版推出，它為藍(lán)牙應(yīng)對一般性干擾提供了一種有效的途徑。AFH可以識(shí)別“壞”信道。在這些信道上，可能有其它無線設(shè)備干擾藍(lán)牙信號(hào)，或是藍(lán)牙信號(hào)干擾了其它設(shè)備。具備AFH功能的藍(lán)牙設(shè)備與藍(lán)牙微型網(wǎng)（Piconet）內(nèi)的其它設(shè)備進(jìn)行通訊，共享有關(guān)壞信道的詳細(xì)信息。這樣，這些設(shè)備就可以轉(zhuǎn)換到可用的“好”信道，遠(yuǎn)離干擾區(qū)，因此不影響帶寬的使用。使用AFH技術(shù)時(shí)，壞信道的分類必須準(zhǔn)確，并且“一般性”干擾應(yīng)是唯一的干擾形式。CSR公司的BlueCore藍(lán)牙芯片的默認(rèn)設(shè)置通常能在大約四秒鐘的時(shí)間內(nèi)適應(yīng)新的干擾源。

　　信道跳轉(zhuǎn)使v1.1設(shè)備獲得了AFH技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，但不得不犧牲藍(lán)牙帶寬以盡量減少對Wi-Fi信號(hào)的影響。然而，AFH功能打開時(shí)用戶卻常常覺察不到，因?yàn)榱Ⅲw聲音頻流和單聲道音頻耳機(jī)等時(shí)間敏感型的媒體應(yīng)用并沒有受到影響。

　　時(shí)分多路復(fù)用（TDM）

　　時(shí)分多路復(fù)用（TDM）是一種應(yīng)對前端過載型干擾的手段，AFH技術(shù)無法應(yīng)對這種干擾。TDM最初用于保護(hù)802.11b/g傳輸不受藍(lán)牙干擾。其工作原理是：當(dāng)ISM頻帶內(nèi)運(yùn)行802.11b/g無線電時(shí)，除了那些高優(yōu)先級(jí)的藍(lán)牙傳輸除外，所有藍(lán)牙傳輸都要關(guān)閉。與信道跳轉(zhuǎn)一樣，這種方法犧牲了部分藍(lán)牙帶寬，所犧牲的帶寬與802.11b/g工作周期成比例。因此，如果802.11b/g閑置，則鏈路維護(hù)通訊可能造成帶寬下降2～3%，用戶不可能察覺到這個(gè)細(xì)微的變化。

　　要增強(qiáng)TDM的效果，就需要具備有關(guān)802.11b/g無線電活動(dòng)的準(zhǔn)確信息。為此，專門于無線技術(shù)領(lǐng)域的CSR公司定義了WLAN_Active硬件信號(hào)，以保證當(dāng)無線電運(yùn)行時(shí)，b/g信號(hào)得到保護(hù)。但是，也有需要保護(hù)藍(lán)牙信號(hào)不因802.11b/g干擾而衰退的情況，因此CSR公司開發(fā)出了 BT_Priority，這是一種可選的信號(hào)，指出何時(shí)正在發(fā)送或接收重要的藍(lán)牙數(shù)據(jù)包。這種信號(hào)可用于保護(hù)采用HV3數(shù)據(jù)包傳輸?shù)腟CO音頻，這種格式在單聲道耳機(jī)的音頻流應(yīng)用中最為常見。

　　信道質(zhì)量確定數(shù)據(jù)速率（CQDDR）

　　現(xiàn)時(shí)共有兩種分別利用高帶寬和中帶寬格式的數(shù)據(jù)包存在，即DH和DM。DH數(shù)據(jù)包可以傳輸更多的數(shù)據(jù)，但是如果部分?jǐn)?shù)據(jù)包遭到破壞，整個(gè)數(shù)據(jù)包必須重新傳輸以恢復(fù)數(shù)據(jù)。DM數(shù)據(jù)包包含前向糾錯(cuò)（FEC）碼，占有效負(fù)荷的三分之一：每10bit的數(shù)據(jù)就增加5bit的前向糾錯(cuò)碼，因此每15bit的數(shù)據(jù) /FEC數(shù)據(jù)塊中可以糾正2bit的錯(cuò)誤。這種數(shù)據(jù)包格式可以降低最大的數(shù)據(jù)傳輸速率，但比不包含糾錯(cuò)功能的DH數(shù)據(jù)包更可靠。它允許接收設(shè)備與傳輸設(shè)備進(jìn)行協(xié)調(diào)，根據(jù)環(huán)境干擾情況來確定采用何種數(shù)據(jù)包格式。例如，如果某個(gè)設(shè)備確定正在接收的數(shù)據(jù)存在諸多錯(cuò)誤，它就會(huì)通知傳輸設(shè)備以DM數(shù)據(jù)包的方式傳輸數(shù)據(jù)。如果鏈路恢復(fù)暢通了，它就會(huì)允許傳輸設(shè)備回轉(zhuǎn)到DH數(shù)據(jù)包。

　　CQDDR只是藍(lán)牙鏈路的一個(gè)可選項(xiàng)，藍(lán)牙技術(shù)規(guī)范對此并沒有作出要求。因此，對于配置了BlueCore芯片的設(shè)備向沒有配置CQDDR功能的設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)的情況，CSR公司開發(fā)了一種算法去評估鏈路的性能，并且按照確認(rèn)收到的數(shù)據(jù)包（ACK）和確認(rèn)未收到的數(shù)據(jù)包（NACK）之間的比率來修改數(shù)據(jù)包的類型。但是，當(dāng)一個(gè)沒有配置CQDDR功能的設(shè)備接受信息時(shí)，如果數(shù)據(jù)包受損，BlueCore則無法提供應(yīng)對措施。

　　擴(kuò)展型同步定向連接信道（eSCO）

　　擴(kuò)展型同步定向連接信道（eSCO）是允許受損語音數(shù)據(jù)進(jìn)行再傳輸?shù)臋z錯(cuò)語音信道。每一個(gè)數(shù)據(jù)包都有一個(gè)CRC（循環(huán)冗余校驗(yàn)），這樣接收設(shè)備就可以檢查數(shù)據(jù)包是否正確接收。在接收過程中存在錯(cuò)誤和丟失的數(shù)據(jù)包將得到否認(rèn)，再傳輸窗口允許未經(jīng)確認(rèn)的數(shù)據(jù)包進(jìn)行再傳輸。eSCO由v1.2版藍(lán)牙技術(shù)規(guī)范推出。

　　此前版本的藍(lán)牙技術(shù)規(guī)范采用的v1.1版SCO只能使用單槽數(shù)據(jù)包，而eSCO允許對同步語音或數(shù)據(jù)使用三槽數(shù)據(jù)包。這意味著eSCO可以達(dá)到 100kbps以上的連接速率，而v1.1版SCO的連接速率為固定值64kbps，這是因?yàn)樵谑褂脝尾蹟?shù)據(jù)包時(shí)鏈路容量丟失，而當(dāng)無線電改變頻率時(shí)數(shù)據(jù)包之間會(huì)產(chǎn)生間隙。

　　在每個(gè)eSCO傳輸過程中，當(dāng)主設(shè)備傳輸一個(gè)eSCO數(shù)據(jù)包時(shí)，從設(shè)備會(huì)按照SCO常規(guī)進(jìn)行響應(yīng)（即使沒有接收到主設(shè)備的數(shù)據(jù)包，從設(shè)備也可以進(jìn)行響應(yīng)）。因此eSCO與SCO的不同之處變得明顯：eSCO存在一個(gè)再傳輸窗口，在這個(gè)窗口中，可以對未經(jīng)確認(rèn)的數(shù)據(jù)包進(jìn)行再傳輸，直至確認(rèn)收到。eSCO 傳輸?shù)拈g隔是可以調(diào)整的，v1.1版SCO有三種數(shù)據(jù)包間隔可供選擇，傳輸速率都是64kb/s。擴(kuò)展型SCO的數(shù)據(jù)包長度和間隔在鏈路的兩個(gè)方向都是可以調(diào)整的，因此可以實(shí)現(xiàn)不對稱傳輸。

　　盡管eSCO信道不主動(dòng)處理或避免干擾，但是受損數(shù)據(jù)包的再傳輸仍保證了其音頻質(zhì)量受到其它無線電的影響比以前較小。

　　專利技術(shù)

　　除了上述標(biāo)準(zhǔn)之外，各公司還通過其專利技術(shù)做出了進(jìn)一步的改善。例如，CSR公司開發(fā)了一種適用于嵌入式應(yīng)用的802.11 b/g硬件解決方案（UniFi）。由于在嵌入式無線技術(shù)方面擁有豐富的經(jīng)驗(yàn)，該公司能夠通過優(yōu)先級(jí)和信道信令開發(fā)出更多的優(yōu)化方法。CSR公司已經(jīng)實(shí)施了這些額外的功能，因?yàn)榧词共捎昧四壳暗谋Ｗo(hù)技術(shù)，仍然存在共存問題。例如，某人使用藍(lán)牙耳機(jī)配合無線VoIP電話用于語音通訊，同步藍(lán)牙SCO連接仍然會(huì)被數(shù)據(jù)包接收確認(rèn)中斷，WiFi被強(qiáng)行傳輸，因而造成藍(lán)牙鏈路語音質(zhì)量差。

　　UniFi設(shè)備（符合UMA要求的17dBm無線電頻率輸出功率）采用TDM和CSR公司的專利方法后，同步藍(lán)牙HV3數(shù)據(jù)包不再產(chǎn)生干擾。CSR公司已經(jīng)推出了具有業(yè)界領(lǐng)先性能的硬件產(chǎn)品。

　　在這種情況以及其它情況下，采用了CSR公司BlueCore芯片和UniFi單芯片的用戶在可以預(yù)見的操作情形中保證能夠獲得無縫共存，因?yàn)镃SR公司的其他方法滿足了這些技術(shù)共存的需要。隨著越來越多技術(shù)先進(jìn)的電話擁有多媒體功能，預(yù)料這樣的服務(wù)質(zhì)量將對用戶體驗(yàn)帶來重大的影響，這方面正在形成一個(gè)巨大的全球市場。利用同一家公司的藍(lán)牙和WiFi芯片可以簡化并加速整合，從而減少為應(yīng)用支持所需聯(lián)系的供應(yīng)商數(shù)量。

　　結(jié)論

　　自推出以來的幾年中，藍(lán)牙和WiFi技術(shù)在干擾和功耗問題上取得了長足的進(jìn)步。在使藍(lán)牙和WiFi芯片更具功率效率和更可靠方面，設(shè)計(jì)工程師們?nèi)〉昧酥卮蟮倪M(jìn)展，在芯片架構(gòu)、低功耗模式和軟件實(shí)施方面研發(fā)出新的技術(shù)，能夠提供最好的干擾和功耗解決方案。先進(jìn)的、詳細(xì)的科技方法和技術(shù)使藍(lán)牙和WiFi能夠同時(shí)嵌入最小尺
寸的芯片中。

　　各種共存系統(tǒng)，如適應(yīng)性跳頻技術(shù)（AFH）、時(shí)分多路復(fù)用（TDM）、功率控制以及根據(jù)信道質(zhì)量確定數(shù)據(jù)速率（CQDDR），使得藍(lán)牙鏈路更加可靠。但是，無線設(shè)計(jì)沒有停留于僅采用AFH和TDM等技術(shù)。能否有效地實(shí)施最終取決于能夠獲得高度整合各種專利技術(shù)的解決方案，這些技術(shù)必須能夠克服將藍(lán)牙和 WiFi兩種技術(shù)置入同一設(shè)備的各種障礙。設(shè)計(jì)者的最佳選擇就是整合一個(gè)雙方共同開發(fā)的藍(lán)牙+WiFi組合解決方案。他們需要工程技術(shù)完備的共存解決方案，這些解決方案專門設(shè)計(jì)用于無線電設(shè)備之間的通訊，目的是減少干擾。

　　作為802.11b/g WiFi等這類流行技術(shù)的一種補(bǔ)充，CSR推出的解決方案極大地提高了藍(lán)牙為使用者帶來的用戶體驗(yàn) ，但是目前真正的難題是將藍(lán)牙和WiFi功能在同一個(gè)芯片上實(shí)現(xiàn)。