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淺談802.11與藍(lán)牙信號間干擾的解決

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藍(lán)牙技術(shù)和802.11b/g之間的信號干擾
藍(lán)牙是一種個人局域網(wǎng)(PAN)技術(shù)，并同樣可用于采用了802.11技術(shù)的區(qū)域內(nèi) 。許多設(shè)備將集成這兩種技術(shù)，而且不少用戶也希望能同時使用它們 。這種共容性設(shè)備的一個實(shí)例就是帶有藍(lán)牙鼠標(biāo)和802.11b/g(以無線方式連接到局域網(wǎng))的個人計(jì)算機(jī) 。我們能預(yù)期，蜂窩電話或多用途設(shè)備將配備802.11b/g，以訪問WLAN熱點(diǎn)(hot spot)，同時還會配備藍(lán)牙，以便取代與PC、耳機(jī)或打印機(jī)之間的線纜 。
用戶們反映，當(dāng)藍(lán)牙和802.11b/g設(shè)備運(yùn)行于距離接近的位置時，系統(tǒng)的性能是可以接受的 。直接序列擴(kuò)頻(802.11b)、正交頻分復(fù)用(OFDM；802.11g)和跳頻(藍(lán)牙)等技術(shù)的內(nèi)在保護(hù)機(jī)制與可檢測錯誤并重發(fā)數(shù)據(jù)包的協(xié)議結(jié)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(xiàn)在，我們來考慮當(dāng)藍(lán)牙功能在四周激活時802.11b數(shù)據(jù)包傳輸成功的概率 。當(dāng)802.11b工作在11Mbps的速率下時，一個數(shù)據(jù)包需要約1毫秒的空中時間 。采用單個時隙(one-slot)數(shù)據(jù)包(或按分頁模式傳輸)的藍(lán)牙連接通常會有兩個數(shù)據(jù)包與802.11數(shù)據(jù)包發(fā)生重疊 。只有當(dāng)頻率在某個范圍之內(nèi)時，這樣的重疊才會導(dǎo)致802.11傳輸失敗 。這個標(biāo)稱范圍占據(jù)了802.11信道的20MHz 。
根據(jù)藍(lán)牙的隨機(jī)跳頻機(jī)制，兩個藍(lán)牙數(shù)據(jù)包處于此頻率范圍之外的概率約為50% 。假如藍(lán)牙系統(tǒng)滿負(fù)荷工作，吞吐量預(yù)計(jì)將是原來的50% 。不過，假如802.11b工作在它的最低數(shù)據(jù)速率(1Mbps)，數(shù)據(jù)包的持續(xù)時間為10ms，那么數(shù)據(jù)傳送成功的概率將變成1%左右 。
分析802.11對藍(lán)牙的影響也表明，根據(jù)干擾信號的強(qiáng)度和組合占空比的不同，這種影響將介于中等到嚴(yán)重之間 。藍(lán)牙傳輸通常將只與802.11數(shù)據(jù)包發(fā)生一次沖突，但有效的藍(lán)牙傳輸要求兩個數(shù)據(jù)包(Tx和Rx)都必須被成功送達(dá)(單比特序列數(shù)) 。這使得傳輸?shù)某晒Ω怕室彩?0% 。
盡管50%的吞吐量并不很理想，但由于鄰近的802.11設(shè)備通常具有較低的占空比，因而藍(lán)牙數(shù)據(jù)包將很少受到干擾 。但是，在一個藍(lán)牙音頻連接中，假如傳輸數(shù)據(jù)包損失達(dá)到5%以上，將導(dǎo)致可察覺的性能下降；當(dāng)傳送失敗的比率超過10%時，音頻質(zhì)量將被顯著削弱 。因此，我們需要對干擾進(jìn)行更嚴(yán)格的控制 。
當(dāng)藍(lán)牙頻率處于802.11信道的20MHz范圍之內(nèi)時，兩者將互相干擾；不過，這個簡單的模型只有當(dāng)載波對干擾幅度之比(C/I)在有限的范圍之內(nèi)時才是有效的 。假如802.11信號幅度提高30dB，干擾范圍將擴(kuò)大到40MHz 。隨著受干擾范圍的增大，藍(lán)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(dǎo)致所有接收信號被阻塞 。
對于數(shù)據(jù)應(yīng)用，一些公司決定采用簡單的“忍受”機(jī)制，依靠重發(fā)送協(xié)議使數(shù)據(jù)通過信道 。但這種方法可能很危險，因?yàn)楦邔拥膮f(xié)議會面臨超時，而后備算法做出的反應(yīng)可能會使干擾所造成的影響復(fù)雜化 。更為重要的是，藍(lán)牙和802.11b/g中的錯誤檢測機(jī)制(報頭錯誤檢測和循環(huán)冗余校驗(yàn))會因數(shù)據(jù)中的錯誤而失效，并將被愚弄而把錯誤的數(shù)據(jù)傳送給鏈接治理協(xié)議和用戶級應(yīng)用 。避免這種情況發(fā)生是系統(tǒng)設(shè)計(jì)者義不容辭的責(zé)任 。
可選用的幾項(xiàng)技術(shù)
我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，基于802.11與藍(lán)牙設(shè)備之間某種形式硬連線信令的協(xié)作式實(shí)時控制能提供可接受的性能 。以下討論的每項(xiàng)技術(shù)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(shù) 。
藍(lán)牙數(shù)據(jù)包類型選擇
藍(lán)牙規(guī)范建議實(shí)施者適當(dāng)選擇數(shù)據(jù)包類型以優(yōu)化吞吐量 。隨著兩種設(shè)備相互遠(yuǎn)離對方，而且信號強(qiáng)度漸漸接近閾值，這樣的一種算法將轉(zhuǎn)向魯棒性更強(qiáng)的數(shù)據(jù)包類型(前向糾錯和更短的長度) 。這能有效擴(kuò)展工作范圍，但對改善干擾的作用最小 。數(shù)據(jù)包類型至多對應(yīng)強(qiáng)度在9dB范圍以內(nèi)的接收信號 ?，F(xiàn)實(shí)世界的干擾具有寬廣的干擾范圍，這使得數(shù)據(jù)包類型選擇沒有什么意義 。

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