相鄰信道抑制/干擾對802.11 WLAN的影響分析

圖4顯示了超外差接收機架構(gòu)的過濾設(shè)計可以將ACI降低至可接受的級別。在至少具有20dB數(shù)字相鄰信道過濾的條件下，超外差接收機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。

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)致接收機鏈路中A/D轉(zhuǎn)換器上的干擾信號是40dB，高于可接受的程度。采用A/D上的過采樣與回遞抽取過濾(recursivedecimationfiltering)，仍然可以恢復(fù)802.11信號。例如，GSM接收機使用DC架構(gòu)，并且通過在大約26MHz上過采樣大約300KHz的帶寬GSM信號提供大約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，過采樣所采用的信號幾乎百分之百都是像GSM信號這樣的窄帶信號，不可能是像802.11信號那樣的寬帶信號。

下面的圖5顯示了在A/D轉(zhuǎn)換器上強ACI的效果。高級別的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信號的強度。

對于已經(jīng)實施OFDM調(diào)制方案的WLAN來說，從一個頻率接收器到另一個頻率接收器的往返傳輸過程中，接收機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FFT接收器的SinX/X響應(yīng)。

接收機

雖然已經(jīng)超出了本白皮書探討的范圍，但是值得一提的是802.11接收機鏈路中的ACR過濾可以降低功耗，因為基帶處理器中A/D的采樣速率會有所下降。為了滿足防混淆的要求，將加重其他模擬過濾的負擔，而不是以更高的速率進行采樣。在5GHz頻帶所謂的全頻段射頻中，這種防混淆的問題尤為關(guān)鍵，因為這些射頻的前端是將近1GHz頻寬的信號。這就意味著為接收機鏈路中的A/D轉(zhuǎn)換器提供數(shù)百兆赫的頻譜。包含在此信號中的可以是高功率脈沖雷達信號，該信號將在接收機鏈路中占據(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。在手機與PDA市場中，這意味著匯聚的手持終端、智能電話、無線PDA以及多媒體設(shè)備，其中包括三種無線技術(shù)：蜂窩技術(shù)、802.11Wi-FiWLAN與藍牙。很多專家預(yù)測，具有成本優(yōu)勢的匯聚設(shè)備在2004年就將問世。這種新型的移動手持終端將側(cè)重MP3音樂、視頻流等多媒體應(yīng)用。為了提供引人注目的用戶體驗，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。無線藍牙耳機及其他類型的外設(shè)將為這些設(shè)備的便捷性與易用性增色不少。

藍牙與WLAN共存的問題

圖7解釋了在WLAN熱點中如何使用這類設(shè)備。在這種情形中，用戶可以通過WLAN在IP語音(VoIP)連接上進行通信或可以通過設(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)備還可以與藍牙耳機相連，以便進行專用監(jiān)聽。

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

在當前藍牙標準1。0版本中指定的唯一共存解決方案需要藍牙與WLAN共享系統(tǒng)的媒體接入控制器(MAC)功能，以便在WLAN或藍牙的傳輸過程中，其他技術(shù)將保持空閑。在預(yù)定義的一段時間內(nèi)獨占MAC之后，藍牙或WLAN將由其他技術(shù)對MAC進行控制。

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時間共享的安排方式既可以避免WLAN與藍牙之間出現(xiàn)共存干擾問題，同時也能夠提供可接受的性能。在這種環(huán)境中，WLAN接入點可以實施主動的自動請求協(xié)議，以重新傳輸丟失或延遲的包。不幸的是，隨著高級節(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(AP)單元中的性能。

例如，WLAN與藍牙共存的形勢越來越嚴峻，導(dǎo)致802.11AP無法感測相關(guān)的客戶端是否正在遭受來自藍牙設(shè)備或無繩電話的非WLAN干擾。采用排隊算法或調(diào)度例程對需要QoS功能的應(yīng)用對AP進行編程并不會緩解帶內(nèi)干擾的問題，因為AP并不能意識到干擾是否存在，因此根本無法圍繞干擾進行調(diào)度。

即使AP具備802.11的自動響應(yīng)隊列(ARQ)功能，鏈路的容錯能力也只能夠達到5%。隨著接近并超過這一個百分點，必須增加AP上的包隊列大小，以便它們能夠存儲與重新匯編零星達到的包。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標準對QoS的定義。作為一個備選方案，將從需要QoS的鏈路中刪除ARQ，在這種情況下，語音性能會稍有改進，具有低于2%的可接受包誤差率，但是任何種類的媒體流的性能都是不可接受的。

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

通過對圖7中列舉的匯聚WLAN/藍牙PDA示例應(yīng)用此信息與802.11操作的其他特點，得出的結(jié)論是在適度加載WLANAP的環(huán)境中需要同時進行WLAN與藍牙操作。對此狀態(tài)的具體分析如下。

在圖7中列舉的與無線PDA相連的藍牙耳機最多具有700Kbps的鏈接帶寬，并不帶有協(xié)議開銷。如果PDA的用戶從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的藍牙帶寬，而總藍牙帶寬為700Kbps。藍牙信號在空中傳輸?shù)臅r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操作將涉及確認的傳輸(ACK)，同時接收MP3流。這些ACK的數(shù)量相當于WLAN帶寬的1/16。也就是說，客戶端執(zhí)行802.11傳輸只需花費不到0。1%的時間。

如果WLAN與藍牙傳輸阻塞或彼此干擾，那么藍牙將對WLAN傳輸造成18%的時間干擾，因為藍牙需要在空中傳輸也需相同長度的時間。反過來，WLAN傳輸將對藍牙傳輸造成不到1%的時間干擾。從而導(dǎo)致的結(jié)果是：加載適當數(shù)量的AP時，必須進行藍牙傳輸，同時接收WLAN信號，簡言之，必須同時運行PDA的藍牙與WLAN功能。

但是問題隨之而來：在采用WLAN與藍牙技術(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)備藍牙子系統(tǒng)的操作模式?經(jīng)過對藍牙實施制定仔細的設(shè)計、規(guī)劃與部署決策，答案是肯定的。首先，設(shè)計人員必須利用藍牙1。2的功率控制(第3類設(shè)備)功能，以及藍牙的自適應(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鏈路中LNA上的藍牙功率，以便使邊帶能量級別落在2.4GHz頻帶內(nèi)，而不必考慮ACR過濾。預(yù)計藍牙信號將達到-40到-50dBm的傳播損失。從而使藍牙傳輸?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)如何降低藍牙信道中的頻譜發(fā)送。

檢查具有藍牙與802.11，以及其他一些操作特點的手持終端設(shè)備進一步說明了共存的問題。在此示例中，假設(shè)手持終端設(shè)備具有一個0dBm藍牙發(fā)送器與一個802.11接收機，具有以下性能之一：

1)功率控制技術(shù)可以提供在藍牙與WLAN之間20dB的隔離。

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

為了簡便起見，在此討論的內(nèi)容將局限在采用超外差架構(gòu)的接收機設(shè)計。圖10展示了接收機可以運行的情形之一。在上述的第一種情況中，設(shè)備的藍牙與WLAN之間存在20dB的隔離，那么接收機必須具有至少15dB的數(shù)字過濾。在第二種情況中，藍牙與WLAN之間不存在隔離，因此必須具有30dB的過濾和數(shù)字增益。針對第二種情況，還可以選擇將接收機限制在大約大于-60dBm的802.11信號上，其中對專門的過濾沒有任何要求。