高速蓝牙干扰测试结果引发业内关注

2008-04-22 14:35:49来源: 电子工程专辑

  蓝牙特别兴趣组(SIG)正着手制定下一代蓝牙规范。这种高速蓝牙规范将支持高速文件传输以及视频流应用。最初,蓝牙SIG仅仅选择WiMedia的超宽带(UWB)技术来作为新一代的协议。然而,最近它宣布采用802.11作为一种可选的过渡解决方案,从而在便携式设备中、在现有的Wi-Fi射频上谋求构建蓝牙协议。

  这意味着现在WiMedia UWB和802.11均是高速蓝牙版本的备选MAC/PHY (AMP)。其原则就是让现有的蓝牙技术在消费设备中可被使用,与此同时,通过第二个射频实现更快的吞吐量。然而,业内不少人士担忧那将在基于802.11射频的蓝牙设备与工作在临近频率的IMT-2000——如WiMax、LTE、UMTS以及W-CDMA的服务之间引起众所周知的干扰问题。人们所担心的问题在于,如果消费者对于最初实现的、采用802.11 AMP的高速蓝牙有不好的用户体验,那么,该技术要取得成功所面临的长期风险可能会超过缩短上市时间所获得的收益。蓝牙已经在消费市场中确立了显著的地位(去年,SIG迎来了第9000个会员),因此,采用过渡技术来缩短上市时间是有风险的。

  使用模型

  WLAN和IMT-2000在典型情况下不会同时工作,因为它们均提供对网络基础设施的接入。然而,高速蓝牙和IMT-2000服务将支持独立的应用,并且它们常常将同时工作。这意味着如果高速蓝牙设备正在使用802.11 AMP,那么,有可能进入正在临近频段上工作的IMT-2000服务的环境之中。为了描述这一点,请考虑下列使用模型。

  在第一个使用模型中,多个射频手机彼此相距很近。一台手机正在通过WiMAX进行语音呼叫,而另一台手机正在采用基于802.11的高速蓝牙向个人电脑传输文件。那么,当其它手机向个人电脑传输文件时,通过WiMAX进行的语音呼叫将掉线,即使距离只有几米。类似地,当手机正在利用WiMAX进行语音呼叫的同时,如果采用高速蓝牙打印,那么,手机就需要等待通话结束才能打印,否则就会掉线。另一方面,如果打印工作业已开始,那么,手机就不能接收呼叫。

  在上述两种使用模型中,蓝牙系统以及WiMAX或蜂窝服务之间出现任何干扰,对最终用户的体验均是极其有害的。实际上,消费者希望能够同时采用多种技术,而不出现干扰。

  频谱的分配

  最初关注蓝牙802.11 AMP与IMT-2000服务之间干扰问题的原因之一,是它们工作在频谱的邻近部分。所担忧的事情就是采用802.11作为蓝牙的高速选项可能会对其它工作在邻近已许可频段的服务产生严重的有害影响。

  此外,即使蓝牙SIG打算把802.11 AMP限制为文件传输的应用,一旦这一高速射频功能存在,用户可能决定采用它做视频流传输(正如蓝牙新闻材料所描述的那样)。因为视频流具有连续特性,这些在802.11 AMP上传输视频流的应用将可能有比文件传输更大的干扰。

  削弱接收灵敏度

  随着在多模式设备中多种服务的同时使用(如上述场景),蓝牙802.11 AMP可能干扰其它射频的应用,从而导致接收灵敏度的下降或堵塞接收。如果任何一个被堵塞服务正在发送时间要求紧迫的内容,如会话音频或视频流,那么,用户体验可能就不好。作为一个例子,我们将考虑把WiMax与802.11 AMP结合起来使用。

  在美国,2.5至2.7GHz范围被许可给WiMax系统使用。假设它接近2.4GHz频谱,而WiMax对源自802.11射频的带外辐射几乎没有隔离,从而可能极大地干扰高可靠性的WiMax的工作。欧洲电子通信委员会(ECC)在2005年2月出版了一份关于干扰研究的报告,从中可以比较好地了解对WiMAX的干扰,因此,这一问题受到设计工程师的高度重视。这份题为“防止10.6GHz以下射频通信系统受到普通UWB应用干扰的要求”的报告(也称为Report 64)指出,工作在2.5-2.7GHz的IMT-2000服务可能成为引起人们注意的“受害”服务。

  至关重要的是注意:尽管这一研究重点把UWB作为干扰源,但是,分析完全基于发射谱密度(PSD),并且它并没有假设发射器的信号特征。因此,任何干扰能量的PSD如果高于这份报告中所规定的保护极限,那么,结论就是它可能对IMT-2000客户站(手机)产生干扰。

  保护极限由下列方式导出。在IMT-2000订户单元(不会造成退化)的接收端上的最大可容许干扰功率电平被发现为-115 dBm/MHz。对于考虑到36cm保护距离的应用情形,大约为30dB的自由空间路径导致发射PSD保护极限为-115+30 = -85 dBm/MHz,从而为IMT-2000客户站提供足够的保护。

  注意:在上述例子中,ECC确定36cm的分隔距离是要考虑的合适距离,这种场景对在办公室环境中桌面上正在工作的UWB设备是常见的,因此,与潜在的受害的IMT-2000移动站相距不远。

  这一分析可以被有效地推广至WiMax和蓝牙AMP之间的共存要求。在美国,802.11射频被容许在2.4至2.484 GHz之间传输高达+20 dBm的功率,与此同时,在分配给IMT-2000服务的邻近频带,它能够传输高达-41 dBm/MHz。这意味着在36cm处为了避免干扰,2.4-GHz 802.11 AMP设备需要把在邻近WiMax频段的辐射级别限制为-85 dBm/MHz。(注意:WiMedia UWB AMP工作在6GHz以上。)

  根据上述观察,行业领导者目前正在提出一种被添加至2.4GHz蓝牙的共存机制,以便其在WiMax工作期间不发射。如果下一代WPAN采用802.11 AMP来链接桌面外设,其结果将极大地加剧干扰的情形。例如,如果用户在移动手机上接收流视频WiMAX传输,附近的桌面连接开始向iPod(或打印机)传输一份文件,那么,WiMax视频连接将中断,而用户将盯住一块空白的屏幕

  测量结果

  在Staccato Communications公司的实验室中,研究人员进行了一组测量以量化干扰的影响。

  所有的测量均在实验室环境中采用传导电缆进行的。频谱分析仪(SA)设置对两个测量被保持为恒定,以建立公共的参考平面。在802.11测量中插入一只15dB的衰减器垫,以便把一个较低电平的信号驱动至SA前端,因此,通过调低在SA上的输入衰减可以获得较低的噪声基底读数。

  测量结果显示,在WiMax、UMTS和LTE频带中,802.11带外辐射超过保护极限大约30dB,而UWB辐射比保护极限低5dB。

  这意味着基于802.11的高速蓝牙将干扰IMT-2000服务,除非它们在2.6GHz上相距大约8米,且在2.3GHz处相距16米。如果它们共存于一台设备上,实现这一级别的射频隔离是不现实的。因此,在这样的共处一台设备的情形下,最切实可行的解决方案就是按照时间关系同步不同射频的发射和接收,也就是说,一个功能必须被关闭以便另一个功能开始工作。这可能使得接收一个WiMAX呼叫之时无法利用高速蓝牙的功能。

  此外,研究人员观察到,在IMT-2000频带中,UWB辐射低于保护级别且不会造成任何干扰。这意味着WiMedia UWB AMP可跟IMT-2000服务结合起来使用,即使共处于一台设备之上。

  一般来说,WiMax接收器的接收灵敏度降低的程度,会随着它与802.11 AMP设备之间距离的减小而增加。

  推荐解决方案

  实际上,对测量结果的分析显示,UWB AMP辐射级别足以保护IMT-2000服务在2.3/2.6-GHz频段达到ECC Report 64的保护要求。

  实际测量结果显示,在2.6GHz甚至分隔8米,802.11 AMP射频也可能干扰IMT-2000系统(假设自由空间损耗以及-115 dBm/MHz最大容许干扰功率谱密度)。对于WiMAX来说,来自802.11 AMP设备的带外辐射可能造成相距10米之外的客户站(手机)的接收灵敏度下降。这样的影响可能直接影响这些系统的容量和功能。

  作为一个行业,我们需要认真地考虑这些用户的体验问题。高速蓝牙的成功依赖于行业对它的理解以及在把它们部署至市场之前解决所面临的问题。我们也有责任保护业已获得许可的服务免受干扰而保持正常的工作。下一步的合适做法就是在基于802.11的高速蓝牙以及已获许可的2.3GHz/2.5GHz频带的各种服务之间进行足够的共存研究。随后,行业应该根据共存研究的成果,为采用802.11 AMP的高速蓝牙开发一种减缓相互干扰的机制。另一方面,行业应该把5GHz专门分配给802.11 AMP工作。

  关于作者

  Roberto Aiello是Staccato Communications公司的共同创始人。作为UWB社群公认的领导者,他积极介入规则和标准设置委员会,并且是关于UWB技术的20个以上专利的作者。

  Siddharth Shetty是Staccato Communications公司的通信系统工程师。他毕业于Boulder的Colorado大学,他是UWB频谱规则领域的专家,是全球UWB标准以及规则的主要贡献者。

关键字:射频  传输  辐射  蓝牙  屏幕  视频  接收

编辑:汤宏琳 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/news/rfandwireless/200804/article_20885.html
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