范。這種新規(guī)范被稱為高速藍(lán)牙,將支持高速文件傳輸和視頻流應(yīng)用。最初藍(lán)牙SIG只選擇WiMedia超寬帶(UWB)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)這種新的協(xié)議。但最近它又宣布還可將作為過(guò)渡解決方案,在便攜式設(shè)備已有的Wi-Fi無(wú)線信號(hào)基礎(chǔ)上添加藍(lán)牙協(xié)議。
這意味著現(xiàn)在WiMedia UWB和都成為了高速藍(lán)牙規(guī)范的候選MAC/PHY(AMP)。其原理是允許消費(fèi)類設(shè)備使用已有的藍(lán)牙技術(shù),同時(shí)通過(guò)使用第二種無(wú)線技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)更快的吞吐量。然而,許多業(yè)界人士非常關(guān)心眾所周知的干擾問(wèn)題,因?yàn)樵谒{(lán)牙設(shè)備中的無(wú)線信號(hào)和工作在相鄰頻段的其他IMT-2000服務(wù)(如WiMAX,LTE,UMTS和WCDMA)之間很容易出現(xiàn)干擾。他們的擔(dān)心是,如果消費(fèi)者在利用 AMP初步實(shí)現(xiàn)高速藍(lán)牙方面缺乏使用經(jīng)驗(yàn)的話,即使擁有快速上市的短期收益,對(duì)該技術(shù)的成功而言,卻存在著更大的長(zhǎng)期風(fēng)險(xiǎn)。藍(lán)牙在消費(fèi)類市場(chǎng)中已經(jīng)擁有很不錯(cuò)的地位(去年藍(lán)牙SIG迎來(lái)了第9000位成員),而利用一種過(guò)渡性技術(shù)來(lái)縮短上市時(shí)間的風(fēng)險(xiǎn)極大。
使用模型
雖然WLAN和IMT-2000一般不同時(shí)工作,因?yàn)樗鼈兌家L問(wèn)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)架構(gòu)。然而,由于高速藍(lán)牙和IMT-2000服務(wù)支持獨(dú)立的應(yīng)用,故經(jīng)常又會(huì)同時(shí)工作。這意味著,如果一部高速藍(lán)牙設(shè)備正在使用 AMP,那么很可能它所處的環(huán)境中有其他IMT-2000服務(wù)工作在相鄰頻段。為了便于描述,考慮以下的使用模型。
圖1是距離很近的兩部多頻手機(jī)。一部手機(jī)正在通過(guò)WiMAX打電話,第二部手機(jī)要利用基于的高速藍(lán)牙技術(shù)向PC機(jī)發(fā)送文件。當(dāng)?shù)诙渴謾C(jī)向PC機(jī)傳送文件時(shí),WiMAX通話將會(huì)掉線,即使相互間有幾米的距離。圖2中的手機(jī)一邊在打WiMAX電話,一邊在使用高速藍(lán)牙打印文件。要想避免電話掉線,該手機(jī)需要等到通話結(jié)束后才能開(kāi)始打印。或者說(shuō)如果已經(jīng)開(kāi)始打印,這部手機(jī)將無(wú)法接聽(tīng)電話。
圖1:一部手機(jī)使用基于的高速藍(lán)牙向筆記本電腦發(fā)送文件,另外一部手機(jī)在進(jìn)行WiMAX通話。兩部手機(jī)即使相距8米也會(huì)彼此干擾。
在上述兩種使用模型中,藍(lán)牙系統(tǒng)和WiMAX或蜂窩服務(wù)之間的任何干擾都會(huì)對(duì)最終用戶的使用體驗(yàn)造成極大的損害。事實(shí)上用戶需要的是能夠同時(shí)使用多種技術(shù),并且相互間沒(méi)有干擾。
關(guān)心藍(lán)牙 AMP和IMT-2000服務(wù)之間干擾的基本原因之一是,它們工作在相鄰的頻譜(見(jiàn)表1),而將用于高速藍(lán)牙傳輸會(huì)對(duì)工作在相鄰許可頻段的其他服務(wù)產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。
表1:頻譜分配。
另外,即使藍(lán)牙SIG打算把 AMP限用于文件傳輸應(yīng)用,但一旦這種高速無(wú)線功能推向市場(chǎng),用戶有可能會(huì)用它來(lái)傳輸視頻數(shù)據(jù)流(如同藍(lán)牙印刷材料描述的那樣)。由于這種傳輸?shù)倪B續(xù)性,這些 AMP之上的流式應(yīng)用與文件傳送相比將有更大的潛在干擾。
干擾問(wèn)題
當(dāng)多模設(shè)備中有多種服務(wù)在同時(shí)使用時(shí)(如上述的使用情景),藍(lán)牙 AMP可能干擾其他無(wú)線信號(hào)的工作,導(dǎo)致接收敏感度的降低(減敏)甚至接收阻塞。如果被阻塞的服務(wù)正在傳送時(shí)間緊急(實(shí)時(shí)性)內(nèi)容,如語(yǔ)音通話或流媒體,那么用戶體驗(yàn)將是非常糟糕的。為了便于描述,我們以WiMAX和 AMP的同時(shí)使用為例。
圖2:同時(shí)具有WiMAX和藍(lán)牙功能的手機(jī)無(wú)法同時(shí)執(zhí)行這兩種功能。
在美國(guó),2.5到范圍被經(jīng)許可分配給WiMAX系統(tǒng)使用。由于它接近頻譜,WiMAX與無(wú)線信號(hào)發(fā)射的帶外信號(hào)幾乎沒(méi)有隔離,因此會(huì)極大地妨礙高可靠性的WiMAX工作。對(duì)WiMAX的干擾被設(shè)計(jì)師看得很嚴(yán)重,其原因可以從歐洲電子通信委員會(huì)(ECC)于2005年2月份發(fā)布的一份干擾研究報(bào)告中得到較好的詮釋。這份報(bào)告名為“普通UWB應(yīng)用對(duì)以下無(wú)線通信系統(tǒng)的保護(hù)要求”(也稱為‘第64號(hào)報(bào)告’),其中研究的對(duì)象包括了作為‘受害者’角色的、工作在2.5和之間的IMT-2000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上,但分析完全基于發(fā)射功率譜密度(PSD),并沒(méi)有對(duì)發(fā)射器的信號(hào)特征做假設(shè)。因此,任何PSD高于上述報(bào)告中規(guī)定的保護(hù)門限的干擾能量都被認(rèn)為具有干擾IMT-2000客戶端的可能性。
保護(hù)門限是用以下方式獲得的。IMT-2000用戶端接收器的最大允許干擾功率電平(不會(huì)引起性能下降)是-115dBm/MHz。對(duì)于圖3所示的使用情況來(lái)說(shuō),保護(hù)距離為36cm,自由空間路徑約等于30dB(@),因此發(fā)射PSD保護(hù)門限等于-115+30=-85dBm/MHz,可以向IMT-2000客戶端提供足夠的保護(hù)。
圖3:被ECC用來(lái)判斷IMT-2000服務(wù)的干擾保護(hù)電平的使用情景。
值得注意的是,在上述例子中,ECC認(rèn)為36cm是在可預(yù)見(jiàn)的常見(jiàn)環(huán)境中所需考慮的合適間距,因?yàn)楹芏鄷r(shí)候UWB設(shè)備都位于辦公桌上,與潛在受害的IMT-2000移動(dòng)臺(tái)不是很遠(yuǎn)。
這種分析方法可以被很好地?cái)U(kuò)展到WiMAX和藍(lán)牙AMP之間的共存要求。在美國(guó),無(wú)線信號(hào)的最高發(fā)射功率在范圍內(nèi)允許達(dá)到+20dBm,因此在分配給IMT-2000服務(wù)的鄰近頻段上出現(xiàn)的發(fā)射功率可能高達(dá)-41dBm/MHz。這意味著為了避免36cm距離處出現(xiàn)干擾, AMP設(shè)備需要限制發(fā)射電平,使其在相鄰WiMAX頻段上的功率不超過(guò)-85dBm/MHz。(注意,WiMedia UWB AMP將工作在6GHz以上)
圖4:在圖3所示的場(chǎng)合中,ECC要求36cm的間距,以保護(hù)IMT-2000服務(wù)。
根據(jù)上述結(jié)論,業(yè)界先驅(qū)目前建議在藍(lán)牙中增加一種共存機(jī)制,以便在WiMAX工作時(shí)停止發(fā)送信號(hào)。如果下一代WPAN使用 AMP來(lái)鏈接臺(tái)式機(jī)外設(shè),那么還將極大地加劇干擾問(wèn)題。例如,如果用戶在用手機(jī)接收流式視頻WiMAX傳輸,鄰近的臺(tái)式機(jī)連接又正好開(kāi)始向iPod(或打印機(jī))傳送文件,則WiMAX視頻連接會(huì)被中斷,用戶將看到一片黑屏。
測(cè)量過(guò)程
Staccato 通信公司的實(shí)驗(yàn)室開(kāi)展了一整套的測(cè)量來(lái)量化干擾的影響。圖5給出了測(cè)量裝置。
圖5:用于確定來(lái)自 AMP(上部)和UWB AMP(下部)的潛在干擾的測(cè)量裝置。
所有測(cè)量都是在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中使用傳導(dǎo)電纜完成的。頻譜分析儀(SA)的設(shè)置在所有測(cè)量中都保持不變,以建立一個(gè)通用的參考面。在測(cè)量中插入了一個(gè)15dB的衰耗器,以便將較低的信號(hào)電平驅(qū)動(dòng)到SA前端,這樣可以通過(guò)關(guān)斷SA上的輸入衰減來(lái)獲得較低的噪聲基底讀數(shù)。
圖6是利用頻譜分析儀對(duì)帶外部天線連接器的現(xiàn)成g卡(紅色)和在6GHz以上工作的WiMedia UWB無(wú)線設(shè)備(綠色)進(jìn)行帶內(nèi)和帶外發(fā)射信號(hào)測(cè)量的結(jié)果。結(jié)果表明,落在WiMAX、UMTS和LTE頻段的帶外發(fā)射信號(hào)超過(guò)保護(hù)門限約30dB,而UWB發(fā)射信號(hào)比保護(hù)門限低5dB。
圖6:一個(gè)現(xiàn)成的g卡的帶內(nèi)和帶外發(fā)射信號(hào)。紅色斜線表示卡的發(fā)射信號(hào)超出了ECC保護(hù)電平。綠線表明工作在6GHz以上的WiMedia UWB無(wú)線設(shè)備的性能(這個(gè)頻段也是UWB AMP工作的頻段)。
這意味著基于的高速藍(lán)牙信號(hào)將干擾IMT-2000服務(wù),除非二者在時(shí)相距達(dá)8米,在時(shí)相距達(dá)16米。如果它們同時(shí)位于一個(gè)設(shè)備中,那么實(shí)現(xiàn)這種等級(jí)的無(wú)線信號(hào)隔離是不切實(shí)際的。因此,在這種共存情況下最實(shí)用的解決方案是不同無(wú)線信號(hào)的收發(fā)在時(shí)間上同步,也就是說(shuō)一個(gè)在工作時(shí)另一個(gè)必須關(guān)閉。這時(shí)在接聽(tīng)WiMAX電話時(shí)就不能再使用高速藍(lán)牙傳輸了。從圖6也可以看出,在IMT-2000頻段的UWB發(fā)射信號(hào)低于保護(hù)門限,因此不會(huì)造成任何干擾。這意味著WiMedia UWB AMP可以與IMT-2000服務(wù)一起使用,即使兩者共存于同一個(gè)設(shè)備中。
圖7所示為因 AMP干擾引起的WiMAX接收器減敏現(xiàn)象,它是發(fā)射器和WiMAX接收器之間距離的函數(shù)。減敏計(jì)算的前提是假設(shè)WiMAX AMP消息(在下行鏈路信號(hào)中傳送的關(guān)鍵控制消息)的靈敏度為-101dBm,圖中的兩條曲線對(duì)應(yīng)于2.3和頻段的WiMAX系統(tǒng)的減敏性能。根據(jù)上述測(cè)量結(jié)果,來(lái)自無(wú)線設(shè)備的帶外發(fā)射電平為-51和-60dBm/MHz,其中已經(jīng)考慮了自由空間路徑損耗。
圖7:隨著WiMAX與 AMP之間距離的縮短,WiMAX接收器的減敏效應(yīng)將增加。
測(cè)量結(jié)果分析
對(duì)實(shí)際測(cè)量結(jié)果的分析表明,根據(jù)ECC第64號(hào)報(bào)告規(guī)定的保護(hù)要求,UWB AMP發(fā)射電平足夠保護(hù)2.3/的IMT-2000服務(wù)。
實(shí)際測(cè)量結(jié)果也表明, AMP無(wú)線設(shè)備對(duì)工作在的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米(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(lái)說(shuō),來(lái)自 AMP的帶外發(fā)射信號(hào)可以影響到10米外的客戶端靈敏度。這種效應(yīng)將直接影響這些系統(tǒng)的容量和功能。
作為一個(gè)產(chǎn)業(yè),我們需要充分考慮這些用戶體驗(yàn)問(wèn)題。高速藍(lán)牙的成功依賴于業(yè)界在將它們推向市場(chǎng)之前對(duì)存在的問(wèn)題進(jìn)行研究和解決。我們也有責(zé)任保護(hù)已獲許可的服務(wù)免受干擾。下一步正確的做法是在基于的高速藍(lán)牙和2.3/頻段的獲許可服務(wù)之間開(kāi)展充分的共存研究。然后,業(yè)界應(yīng)在共存研究結(jié)果的基礎(chǔ)上,考慮為使用 AMP的高速藍(lán)牙開(kāi)發(fā)相互干擾減輕機(jī)制。另外一種方案是專門將 AMP的工作頻率轉(zhuǎn)移到5GHz。
作者:Roberto Aiello
合伙創(chuàng)始人和首席技術(shù)官
Siddharth Shetty
通信系統(tǒng)工程師
Staccato 通信公司
