淺談802.11與藍牙信號間干擾的解決

2019-11-05 02:25:27

字體：大中小

來源：轉載

供稿：網友

　　藍牙技術和802.11b/g之間的信號干擾

藍牙是一種個人局域網(PAN)技術，并同樣可用于采用了802.11技術的區域內。許多設備將集成這兩種技術，而且不少用戶也希望能同時使用它們。這種共容性設備的一個實例就是帶有藍牙鼠標和802.11b/g(以無線方式連接到局域網)的個人計算機。我們能預期，蜂窩電話或多用途設備將配備802.11b/g，以訪問WLAN熱點(hot spot)，同時還會配備藍牙，以便取代與PC、耳機或打印機之間的線纜。

用戶們反映，當藍牙和802.11b/g設備運行于距離接近的位置時，系統的性能是可以接受的。直接序列擴頻(802.11b)、正交頻分復用(OFDM；802.11g)和跳頻(藍牙)等技術的內在保護機制與可檢測錯誤并重發數據包的協議結合在一起，就可在許多情況下提供令人滿足的性能。但這是否就足夠了呢？

現在，我們來考慮當藍牙功能在四周激活時802.11b數據包傳輸成功的概率。當802.11b工作在11Mbps的速率下時，一個數據包需要約1毫秒的空中時間。采用單個時隙(one-slot)數據包(或按分頁模式傳輸)的藍牙連接通常會有兩個數據包與802.11數據包發生重疊。只有當頻率在某個范圍之內時，這樣的重疊才會導致802.11傳輸失敗。這個標稱范圍占據了802.11信道的20MHz。

根據藍牙的隨機跳頻機制，兩個藍牙數據包處于此頻率范圍之外的概率約為50%。假如藍牙系統滿負荷工作，吞吐量預計將是原來的50%。不過，假如802.11b工作在它的最低數據速率(1Mbps)，數據包的持續時間為10ms，那么數據傳送成功的概率將變成1%左右。

分析802.11對藍牙的影響也表明，根據干擾信號的強度和組合占空比的不同，這種影響將介于中等到嚴重之間。藍牙傳輸通常將只與802.11數據包發生一次沖突，但有效的藍牙傳輸要求兩個數據包(Tx和Rx)都必須被成功送達(單比特序列數)。這使得傳輸的成功概率也是50%。

盡管50%的吞吐量并不很理想，但由于鄰近的802.11設備通常具有較低的占空比，因而藍牙數據包將很少受到干擾。但是，在一個藍牙音頻連接中，假如傳輸數據包損失達到5%以上，將導致可察覺的性能下降；當傳送失敗的比率超過10%時，音頻質量將被顯著削弱。因此，我們需要對干擾進行更嚴格的控制。

當藍牙頻率處于802.11信道的20MHz范圍之內時，兩者將互相干擾；不過，這個簡單的模型只有當載波對干擾幅度之比(C/I)在有限的范圍之內時才是有效的。假如802.11信號幅度提高30dB，干擾范圍將擴大到40MHz。隨著受干擾范圍的增大，藍牙在整個ISM頻段的靈敏度都將被削弱。最后，在任何一方接收器遭受極端干擾的情況下，前端過載問題將導致所有接收信號被阻塞。

對于數據應用，一些公司決定采用簡單的“忍受”機制，依靠重發送協議使數據通過信道。但這種方法可能很危險，因為更高層的協議會面臨超時，而后備算法做出的反應可能會使干擾所造成的影響復雜化。更為重要的是，藍牙和802.11b/g中的錯誤檢測機制(報頭錯誤檢測和循環冗余校驗)會因數據中的錯誤而失效，并將被愚弄而把錯誤的數據傳送給鏈接治理協議和用戶級應用。避免這種情況發生是系統設計者義不容辭的責任。

可選用的幾項技術

我們已經發現，基于802.11與藍牙設備之間某種形式硬連線信令的協作式實時控制能提供可接受的性能。以下討論的每項技術在特定場合下能顯著改善性能，而在某些情況中，可能需要用到所有這些技術。

藍牙數據包類型選擇

藍牙規范建議實施者適當選擇數據包類型以優化吞吐量。隨著兩種設備相互遠離對方，而且信號強度漸漸接近閾值，這樣的一種算法將轉向魯棒性更強的數據包類型(前向糾錯和更短的長度)。這能有效擴展工作范圍，但對改善干擾的作用最小。數據包類型至多對應強度在9dB范圍以內的接收信號?，F實世界的干擾具有寬廣的干擾范圍，這使得數據包類型選擇沒有什么意義。

在范圍有限的情況中，數據包長度不是一個重要因素，但它對減小干擾有用。假如干擾是按明顯的周期(幾毫秒一次)爆發，那么縮短藍牙數據包的長度將可減少沖突。

讓802.11感知藍牙

假如問題是由20MHz范圍引起的，802.11設備不會對干擾作出反應，這一點很重要。與其降低數據速率(這會延長數據包的持續時間)以提高調制的魯棒性，802.11設備不如采取相反的措施，即802.11系統的設計者需要考慮減小有效載荷大小并接受更差的數據包效率，將此視為減少與藍牙發生沖突幾率的折衷辦法。

頻率分離

自適應跳頻(AFH)將對上述兩種標準的共存性問題產生重大影響。藍牙非凡愛好小組(SIG)正在升級藍牙規范，使其實現AFH功能。在某些情況下，AFH將能極大地改進系統性能，使802.11和藍牙都恢復到滿負荷吞吐量。但AFH并不是萬能的，實際上，它的有效性高度依靠于藍牙和802.11信號的相對幅度。只有當藍牙接收器所接收到的802.11信號幅度足夠低，以確保在ISM頻段中至少某些部分具有可接受的C/I比時，AFH才是有效的。例如，假如接收到的802.11信號為-20dBm，那么藍牙在整個ISM頻段的閾值都將上升。大約20個信道將無法使用，而且即使處于20MHz范圍之外的那些信道也將具有可能阻塞藍牙傳輸的更高閾值。

假如在一個藍牙微型網(piconet)的四周有多個802.11接入點，這將導致藍牙被擠壓到少數幾組頻段內，并將引起更嚴重的“藍牙對藍牙”干擾，迫使藍牙設備對802.11產生更嚴重的干擾。

藍牙設備檢測干擾的能力是不確定的，尤其是當802.11b/g的占空比較低或者干擾設備距離較遠時，而適應干擾變化所需的時間會減少這種方法所能實現的好處。兩種輔助技術能有助于控制C/I。第一種是空間分離。恰當的天線設計和布局/方向能極大地減少干擾，尤其在共容性系統中，但C/I還受到局部環境的影響。

其次，功率控制也能治理C/I。功率控制對發射功率超過4dBm的藍牙設備是強制性的，但對其它情況是可選擇的。當藍牙執行功率控制時，它能減少對四周的其它藍牙微型網或802.11網絡的干擾。

模式切換

在共容性設備中，干擾問題尤為嚴重。相互鄰近的射頻會使干擾水平提高到令系統崩潰的程度。每次只讓一個射頻工作顯然能預防干擾。在一個共容性設備中，系統可以使用模式切換來協調射頻的活動，這種切換基于較低層次的進程，例如802.11中的信標(beacon)接收或藍牙中的分頁技術(paging)等，或者通過交織數據包來實現，從而使運行過程看上去是同時進行的。

這種技術的挑戰主要在于如何對這兩種系統進行時間上的安排和優先權設置。Silicon Wave和Intersil公司可提供這樣一種解決方案：Blue802技術。其基本的折衷方法是按某一比例來分配時間。對于爆發式通信，一個系統的數據包可以在其它系統空閑時發送，反之亦然，因而用戶不會感覺到吞吐量的任何損失。

對于非凡的頻率或工作條件，可將模式選擇與頻率分離技術有效地結合以改善系統性能。當兩種技術的干擾水平較低或占空比較低時，僅依靠藍牙和802.11b/g內在的抗干擾機制是可能的。藍牙和802.11中的數據包選擇和算法控制將有幫助，但通常不能提供顯著的好處。在藍牙中加入AFH將是向前推進的重大一步。當然，在集成了802.11和決問題。

上一篇：五機無線組建辦公網實例

下一篇：關于天線傳輸饋線的基本知識