慎重部署基于802.11的高速蓝牙

蓝牙SIG正在开发下一代蓝牙规范。这种新规范被称为高速蓝牙，将支持高速文件传输和视频流应用。最初蓝牙SIG只选择WiMedia超宽带(UWB)技术来实现这种新的协议。但最近它又宣布还可将802.11作为过渡解决方案，在便携式设备已有的Wi-Fi无线信号基础上添加蓝牙协议。

这意味着现在WiMedia UWB和802.11都成为了高速蓝牙规范的候选MAC/PHY(AMP)。其原理是允许消费类设备使用已有的蓝牙技术，同时通过使用第二种无线技术来实现更快的吞吐量。然而，许多业界人士非常关心众所周知的干扰问题，因为在蓝牙设备中的802.11无线信号和工作在相邻频段的其他IMT-2000服务(如WiMAX,LTE,UMTS和WCDMA)之间很容易出现干扰。他们的担心是，如果消费者在利用802.11 AMP初步实现高速蓝牙方面缺乏使用经验的话，即使拥有快速上市的短期收益，对该技术的成功而言，却存在着更大的长期风险。蓝牙在消费类市场中已经拥有很不错的地位(去年蓝牙SIG迎来了第9000位成员)，而利用一种过渡性技术来缩短上市时间的风险极大。

使用模型

虽然WLAN和IMT-2000一般不同时工作，因为它们都要访问网络基础架构。然而，由于高速蓝牙和IMT-2000服务支持独立的应用，故经常又会同时工作。这意味着，如果一部高速蓝牙设备正在使用802.11 AMP，那么很可能它所处的环境中有其他IMT-2000服务工作在相邻频段。为了便于描述，考虑以下的使用模型。

图1是距离很近的两部多频手机。一部手机正在通过WiMAX打电话，第二部手机要利用基于802.11的高速蓝牙技术向PC机发送文件。当第二部手机向PC机传送文件时，WiMAX通话将会掉线，即使相互间有几米的距离。图2中的手机一边在打WiMAX电话，一边在使用高速蓝牙打印文件。要想避免电话掉线，该手机需要等到通话结束后才能开始打印。或者说如果已经开始打印，这部手机将无法接听电话。

图1：一部手机使用基于802.11的高速蓝牙向笔记本电脑发送文件，另外一部手机在进行WiMAX通话。两部手机即使相距8米也会彼此干扰。

在上述两种使用模型中，蓝牙系统和WiMAX或蜂窝服务之间的任何干扰都会对最终用户的使用体验造成极大的损害。事实上用户需要的是能够同时使用多种技术，并且相互间没有干扰。

关心蓝牙802.11 AMP和IMT-2000服务之间干扰的基本原因之一是，它们工作在相邻的频谱(见表1)，而将802.11用于高速蓝牙传输会对工作在相邻许可频段的其他服务产生严重的影响。

表1：频谱分配。

另外，即使蓝牙SIG打算把802.11 AMP限用于文件传输应用，但一旦这种高速无线功能推向市场，用户有可能会用它来传输视频数据流(如同蓝牙印刷材料描述的那样)。由于这种传输的连续性，这些802.11 AMP之上的流式应用与文件传送相比将有更大的潜在干扰。

干扰问题

当多模设备中有多种服务在同时使用时(如上述的使用情景)，蓝牙802.11 AMP可能干扰其他无线信号的工作，导致接收敏感度的降低(减敏)甚至接收阻塞。如果被阻塞的服务正在传送时间紧急(实时性)内容，如语音通话或流媒体，那么用户体验将是非常糟糕的。为了便于描述，我们以WiMAX和802.11 AMP的同时使用为例。

图2：同时具有WiMAX和802.11蓝牙功能的手机无法同时执行这两种功能。

在美国，2.5到2.7GHz范围被经许可分配给WiMAX系统使用。由于它接近2.4GHz频谱，WiMAX与802.11无线信号发射的带外信号几乎没有隔离，因此会极大地妨碍高可靠性的WiMAX工作。对WiMAX的干扰被设计师看得很严重，其原因可以从欧洲电子通信委员会(ECC)于2005年2月份发布的一份干扰研究报告中得到较好的诠释。这份报告名为“普通UWB应用对10.6GHz以下无线通信系统的保护要求”(也称为‘第64号报告’)，其中研究的对象包括了作为‘受害者’角色的、工作在2.5和2.7GHz之间的IMT-2000服务。

重要的是，虽然这份研究报告重点放在作为干扰源的UWB上，但分析完全基于发射功率谱密度(PSD)，并没有对发射器的信号特征做假设。因此，任何PSD高于上述报告中规定的保护门限的干扰能量都被认为具有干扰IMT-2000客户端的可能性。

保护门限是用以下方式获得的。IMT-2000用户端接收器的最大允许干扰功率电平(不会引起性能下降)是-115dBm/MHz。对于图3所示的使用情况来说，保护距离为36cm，自由空间路径约等于30dB(@2.5GHz)，因此发射PSD保护门限等于-115+30=-85dBm/MHz，可以向IMT-2000客户端提供足够的保护。

图3：被ECC用来判断IMT-2000服务的干扰保护电平的使用情景。

值得注意的是，在上述例子中，ECC认为36cm是在可预见的常见环境中所需考虑的合适间距，因为很多时候UWB设备都位于办公桌上，与潜在受害的IMT-2000移动台不是很远。

这种分析方法可以被很好地扩展到WiMAX和蓝牙AMP之间的共存要求。在美国，802.11无线信号的最高发射功率在2.4-2.484GHz范围内允许达到+20dBm，因此在分配给IMT-2000服务的邻近频段上出现的发射功率可能高达-41dBm/MHz。这意味着为了避免36cm距离处出现干扰，2.4GHz 802.11 AMP设备需要限制发射电平，使其在相邻WiMAX频段上的功率不超过-85dBm/MHz。(注意，WiMedia UWB AMP将工作在6GHz以上)

图4：在图3所示的场合中，ECC要求36cm的间距，以保护IMT-2000服务。

根据上述结论，业界先驱目前建议在2.4GHz蓝牙中增加一种共存机制，以便在WiMAX工作时停止发送信号。如果下一代WPAN使用802.11 AMP来链接台式机外设，那么还将极大地加剧干扰问题。例如，如果用户在用手机接收流式视频WiMAX传输，邻近的台式机连接又正好开始向iPod(或打印机)传送文件，则WiMAX视频连接会被中断，用户将看到一片黑屏。

测量过程

Staccato 通信公司的实验室开展了一整套的测量来量化干扰的影响。图5给出了测量装置。

图5：用于确定来自802.11 AMP(上部)和UWB AMP(下部)的潜在干扰的测量装置。

所有测量都是在实验室环境中使用传导电缆完成的。频谱分析仪(SA)的设置在所有测量中都保持不变，以建立一个通用的参考面。在802.11测量中插入了一个15dB的衰耗器，以便将较低的信号电平驱动到SA前端，这样可以通过关断SA上的输入衰减来获得较低的噪声基底读数。

图6是利用频谱分析仪对带外部天线连接器的现成802.11g卡(红色)和在6GHz以上工作的WiMedia UWB无线设备(绿色)进行带内和带外发射信号测量的结果。结果表明，落在WiMAX、UMTS和LTE频段的802.11带外发射信号超过保护门限约30dB，而UWB发射信号比保护门限低5dB。

图6：一个现成的802.11g卡的带内和带外发射信号。红色斜线表示卡的发射信号超出了ECC保护电平。绿线表明工作在6GHz以上的WiMedia UWB无线设备的性能(这个频段也是UWB AMP工作的频段)。

这意味着基于802.11的高速蓝牙信号将干扰IMT-2000服务，除非二者在2.6GHz时相距达8米，在2.3GHz时相距达16米。如果它们同时位于一个设备中，那么实现这种等级的无线信号隔离是不切实际的。因此，在这种共存情况下最实用的解决方案是不同无线信号的收发在时间上同步，也就是说一个在工作时另一个必须关闭。这时在接听WiMAX电话时就不能再使用高速蓝牙传输了。从图6也可以看出，在IMT-2000频段的UWB发射信号低于保护门限，因此不会造成任何干扰。这意味着WiMedia UWB AMP可以与IMT-2000服务一起使用，即使两者共存于同一个设备中。

图7所示为因802.11 AMP干扰引起的WiMAX接收器减敏现象，它是802.11发射器和WiMAX接收器之间距离的函数。减敏计算的前提是假设WiMAX AMP消息(在下行链路信号中传送的关键控制消息)的灵敏度为-101dBm，图中的两条曲线对应于2.3和2.5GHz频段的WiMAX系统的减敏性能。根据上述测量结果，来自802.11无线设备的带外发射电平为-51和-60dBm/MHz，其中已经考虑了自由空间路径损耗。

图7：随着WiMAX与802.11 AMP之间距离的缩短，WiMAX接收器的减敏效应将增加。

测量结果分析

对实际测量结果的分析表明，根据ECC第64号报告规定的保护要求，UWB AMP发射电平足够保护2.3/2.6GHz的IMT-2000服务。

实际测量结果也表明，802.11 AMP无线设备对工作在2.6GHz的IMT-2000系统具有潜在的干扰可能性，即使相互间距离达8米(考虑了自由空间损耗和-115dBm/MHz的最大可允许干扰PSD)。对WiMAX来说，来自802.11 AMP的带外发射信号可以影响到10米外的客户端灵敏度。这种效应将直接影响这些系统的容量和功能。

作为一个产业，我们需要充分考虑这些用户体验问题。高速蓝牙的成功依赖于业界在将它们推向市场之前对存在的问题进行研究和解决。我们也有责任保护已获许可的服务免受干扰。下一步正确的做法是在基于802.11的高速蓝牙和2.3/2.5GHz频段的获许可服务之间开展充分的共存研究。然后，业界应在共存研究结果的基础上，考虑为使用802.11 AMP的高速蓝牙开发相互干扰减轻机制。另外一种方案是专门将802.11 AMP的工作频率转移到5GHz。

作者：Roberto Aiello

合伙创始人和首席技术官

Siddharth Shetty

通信系统工程师

Staccato 通信公司