IMT-2000和802.11無線電會(huì)相互干擾,除非彼此在2.6GHz時(shí)的距離能達(dá)到8公尺左右,,而在2.3GHz時(shí)的距離可達(dá)到16公尺左右。
藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟(Bluetooth SIG)正預(yù)備為下一代高速藍(lán)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(shí)現(xiàn)這種新的協(xié)議,但最近該聯(lián)盟又宣佈可使用802.11作為過渡時(shí)期的解決方案,,將藍(lán)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(lán)牙規(guī)格的候選媒體存取控制(MAC)/實(shí)體層(PHY)(放大器,AMP),。其目標(biāo)是允許消費(fèi)性裝置透過使用現(xiàn)有藍(lán)牙技術(shù)與第二種無線技術(shù)實(shí)現(xiàn)更快的吞吐量,。然而,業(yè)界人士也會(huì)擔(dān)心一項(xiàng)問題,,即產(chǎn)生于藍(lán)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(dān)心的是,,若消費(fèi)者對(duì)最初裝置使用802.11AMP的高速藍(lán)牙沒有足夠的使用經(jīng)驗(yàn),那么,,要讓該技術(shù)獲得成功所必須擔(dān)負(fù)的長期風(fēng)險(xiǎn),,將超過任何短期快速上市時(shí)間帶來的收益。藍(lán)牙在消費(fèi)性市場中已經(jīng)佔(zhàn)有很高的地位(去年藍(lán)牙SIG獲得了第9,,000位成員),,而用一種過渡性技術(shù)縮短上市時(shí)間的風(fēng)險(xiǎn)是相當(dāng)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(huì)同時(shí)操作,;然而,,高速藍(lán)牙和IMT-2000服務(wù)將支援獨(dú)立應(yīng)用,因此它們將會(huì)有許多同時(shí)操作的機(jī)會(huì),。這也表示若一個(gè)高速藍(lán)牙裝置正使用802.11 AMP,,那么它很可能同時(shí)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(jī)。一支手機(jī)正透過WiMAX撥號(hào),,另一支以基于802.11的高速藍(lán)牙向PC傳送檔案,。當(dāng)一支手機(jī)向PC傳送檔案時(shí),由WiMAX通話的手機(jī)將會(huì)斷線,,即使兩支手機(jī)間相距幾公尺遠(yuǎn)結(jié)果也相同,。圖2中的手機(jī)在以WiMAX撥打電話的同時(shí)使用高速藍(lán)牙列印檔案,為了避免電話斷線,,該手機(jī)需要等到通話結(jié)束后才能開始列?。煌瑯拥?,若列印已經(jīng)開始進(jìn)行,,這支手機(jī)將無法接聽電話。
圖1:一支手機(jī)使用802.11的高速藍(lán)牙向桌上型電腦發(fā)送檔,,另外一支手機(jī)在接聽WiMAX電話,。兩支手機(jī)即使距離8公尺也會(huì)相互干擾。
圖2:具有WiMAX和802.11藍(lán)牙功能的手機(jī)無法同時(shí)執(zhí)行這兩種功能,。
在上述兩種使用情境中,藍(lán)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(yàn),。事實(shí)上,,使用者期望能夠在沒有干擾的情況下同時(shí)使用多種技術(shù),。
頻譜分配
消費(fèi)者會(huì)擔(dān)憂藍(lán)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(lán)牙傳輸會(huì)對(duì)工作在相鄰授權(quán)頻段的其它服務(wù)造成嚴(yán)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(huì)將它用來傳輸視訊串流(如同藍(lán)牙的報(bào)導(dǎo)資料所描述)。也因?yàn)檫@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(shí)使用多種服務(wù)時(shí)(如上述的使用情況),,藍(lán)牙802.11 AMP可能會(huì)干擾其它無線訊號(hào),,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(yàn)。以下是同時(shí)使用WiMAX和802.11 AMP的案例,。
在美國,,2.5到2.7GHz範(fàn)圍被授權(quán)為WiMAX系統(tǒng)使用。由于它相當(dāng)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(hào)幾乎沒有隔離,,因此會(huì)嚴(yán)重妨礙高可靠性WiMAX的作業(yè)。設(shè)計(jì)師相當(dāng)看重對(duì)WiMAX的干擾,,其塬因可以從歐洲電子通訊委員會(huì)(ECC)于2005年2月發(fā)佈的一份干擾研究報(bào)告中得知,。這份報(bào)告的名稱是《一般UWB應(yīng)用對(duì)10.6GHz以下無線通訊系統(tǒng)的保護(hù)要求》(也稱為第64號(hào)報(bào)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(bào)告重點(diǎn)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(hào)特徵。因此任何PSD高于本報(bào)告中所規(guī)定之保護(hù)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(hù)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(huì)引發(fā)弱化)為-115dBm/MHz,對(duì)于圖3的使用情況來說,,保護(hù)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(hù)限制-115+30=-85dBm/MHz,,就可向IMT-2000用戶端提供足夠的保護(hù),。
圖3:被ECC用來判斷IMT-2000服務(wù)的干擾保護(hù)電平的使用情形,。
值得注意的是,,在上述例子中,,ECC認(rèn)為36cm對(duì)于考慮可預(yù)見的頻段範(fàn)圍而言是相當(dāng)合適的,因?yàn)楹芏鄷r(shí)候UWB裝置是在辦公桌上使用,,與IMT-2000行動(dòng)站相距不遠(yuǎn),。
這種分析方法可以有效地?cái)U(kuò)展到WiMAX和藍(lán)牙AMP之間的共存需求。在美國,,802.11無線電在2.4-2.484GHz範(fàn)圍內(nèi)可允許達(dá)+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(dá)-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(lán)牙中增加一種共存機(jī)制,,以便在WiMAX工作時(shí)停止發(fā)送訊號(hào)。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(jī)接收串流視訊WiMAX傳輸,,鄰近的桌上型設(shè)備同時(shí)開始向iPod(或印表機(jī))傳送檔案,,那么WiMAX視訊連接將會(huì)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(hù)IMT-2000服務(wù)。
測量問題
Staccato通訊實(shí)驗(yàn)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(rèn)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(shí)驗(yàn)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(tái),。在802.11測量中插入了一個(gè)15dB的衰減器,,以便將較低的訊號(hào)電平驅(qū)動(dòng)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(duì)一個(gè)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(jìn)行帶內(nèi)和帶外發(fā)射訊號(hào)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(hào)超過保護(hù)限制約30dB,,而UWB發(fā)射訊號(hào)比保護(hù)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(hào),。紅色斜線表示網(wǎng)卡的發(fā)射訊號(hào)超出了ECC保護(hù)電平,。綠線顯示工作在6GHz以上的WiMedia UWB無線電的性能。(這個(gè)頻段也是UWB AMP工作的頻段)
這意味著基于802.11的高速藍(lán)牙訊號(hào)將干擾IMT-2000服務(wù),,除非它們?cè)?.6GHz時(shí)相互距離達(dá)8公尺,,或在2.3GHz時(shí)相距達(dá)16公尺。如果它們同時(shí)位于一個(gè)設(shè)備中,,那么實(shí)現(xiàn)這種無線訊號(hào)之間的隔離是不切實(shí)際的,。因此,在這種共存情況下最實(shí)際的解決方案是將不同無線訊號(hào)的收發(fā)進(jìn)行時(shí)間同步,,也就是說一個(gè)在工作時(shí)另一個(gè)必須關(guān)閉,;在接聽WiMAX電話時(shí)就不能使用高速藍(lán)牙傳輸。從圖6也可以看出,,在IMT-2000頻段的UWB發(fā)射訊號(hào)低于保護(hù)限制,,因此不會(huì)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(yùn)算的前提是假設(shè)WiMAX AMP訊息(在下行鏈路訊號(hào)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(duì)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(shí)際測量的分析顯示,,UWB AMP發(fā)射電平足夠保護(hù)2.3/2.6GHz的IMT-2000服務(wù),符合ECC第64號(hào)報(bào)告規(guī)定的保護(hù)需求,。
實(shí)際的測量也顯示,,802.11 AMP無線電對(duì)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(dá)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(duì)WiMAX來說,,來自802.11 AMP的帶外發(fā)射訊號(hào)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(gè)產(chǎn)業(yè),,我們需要充分考慮使用者經(jīng)驗(yàn)問題,。高速藍(lán)牙的成功在于業(yè)界人士將它們投入市場之前,已對(duì)存在的問題進(jìn)行研究和解決,。我們也有責(zé)任保護(hù)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(lán)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(lán)牙開發(fā)交互干擾減輕機(jī)制。另外一種方案是將802.11 AMP的工作頻率轉(zhuǎn)移到5GHz,。