發布日期：2022-07-14 點擊率：98
這意味著現在WiMedia UWB和都成為了高速藍牙規范的候選MAC/PHY(AMP)。其原理是允許消費類設備使用已有的藍牙技術,同時通過使用第二種無線技術來實現更快的吞吐量。然而,許多業界人士非常關心眾所周知的干擾問題,因為在藍牙設備中的無線信號和工作在相鄰頻段的其他IMT-2000服務(如WiMAX,LTE,UMTS和WCDMA)之間很容易出現干擾。他們的擔心是,如果消費者在利用 AMP初步實現高速藍牙方面缺乏使用經驗的話,即使擁有快速上市的短期收益,對該技術的成功而言,卻存在著更大的長期風險。藍牙在消費類市場中已經擁有很不錯的地位(去年藍牙SIG迎來了第9000位成員),而利用一種過渡性技術來縮短上市時間的風險極大。
使用模型
雖然WLAN和IMT-2000一般不同時工作,因為它們都要訪問網絡基礎架構。然而,由于高速藍牙和IMT-2000服務支持獨立的應用,故經常又會同時工作。這意味著,如果一部高速藍牙設備正在使用 AMP,那么很可能它所處的環境中有其他IMT-2000服務工作在相鄰頻段。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。一部手機正在通過WiMAX打電話,第二部手機要利用基于的高速藍牙技術向PC機發送文件。當第二部手機向PC機傳送文件時,WiMAX通話將會掉線,即使相互間有幾米的距離。圖2中的手機一邊在打WiMAX電話,一邊在使用高速藍牙打印文件。要想避免電話掉線,該手機需要等到通話結束后才能開始打印。或者說如果已經開始打印,這部手機將無法接聽電話。
圖1:一部手機使用基于的高速藍牙向筆記本電腦發送文件,另外一部手機在進行WiMAX通話。兩部手機即使相距8米也會彼此干擾。
在上述兩種使用模型中,藍牙系統和WiMAX或蜂窩服務之間的任何干擾都會對最終用戶的使用體驗造成極大的損害。事實上用戶需要的是能夠同時使用多種技術,并且相互間沒有干擾。
關心藍牙 AMP和IMT-2000服務之間干擾的基本原因之一是,它們工作在相鄰的頻譜(見表1),而將用于高速藍牙傳輸會對工作在相鄰許可頻段的其他服務產生嚴重的影響。
表1:頻譜分配。
另外,即使藍牙SIG打算把 AMP限用于文件傳輸應用,但一旦這種高速無線功能推向市場,用戶有可能會用它來傳輸視頻數據流(如同藍牙印刷材料描述的那樣)。由于這種傳輸的連續性,這些 AMP之上的流式應用與文件傳送相比將有更大的潛在干擾。
干擾問題
當多模設備中有多種服務在同時使用時(如上述的使用情景),藍牙 AMP可能干擾其他無線信號的工作,導致接收敏感度的降低(減敏)甚至接收阻塞。如果被阻塞的服務正在傳送時間緊急(實時性)內容,如語音通話或流媒體,那么用戶體驗將是非常糟糕的。為了便于描述,我們以WiMAX和 AMP的同時使用為例。
圖2:同時具有WiMAX和藍牙功能的手機無法同時執行這兩種功能。
在美國,2.5到范圍被經許可分配給WiMAX系統使用。由于它接近頻譜,WiMAX與無線信號發射的帶外信號幾乎沒有隔離,因此會極大地妨礙高可靠性的WiMAX工作。對WiMAX的干擾被設計師看得很嚴重,其原因可以從歐洲電子通信委員會(ECC)于2005年2月份發布的一份干擾研究報告中得到較好的詮釋。這份報告名為“普通UWB應用對以下無線通信系統的保護要求”(也稱為‘第64號報告’),其中研究的對象包括了作為‘受害者’角色的、工作在2.5和之間的IMT-2000服務。
重要的是,雖然這份研究報告重點放在作為干擾源的UWB上,但分析完全基于發射功率譜密度(PSD),并沒有對發射器的信號特征做假設。因此,任何PSD高于上述報告中規定的保護門限的干擾能量都被認為具有干擾IMT-2000客戶端的可能性。
保護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(不會引起性能下降)是-115dBm/MHz。對于圖3所示的使用情況來說,保護距離為36cm,自由空間路徑約等于30dB(@),因此發射PSD保護門限等于-115+30=-85dBm/MHz,可以向IMT-2000客戶端提供足夠的保護。
圖3:被ECC用來判斷IMT-2000服務的干擾保護電平的使用情景。
值得注意的是,在上述例子中,ECC認為36cm是在可預見的常見環境中所需考慮的合適間距,因為很多時候UWB設備都位于辦公桌上,與潛在受害的IMT-2000移動臺不是很遠。
這種分析方法可以被很好地擴展到WiMAX和藍牙AMP之間的共存要求。在美國,無線信號的最高發射功率在范圍內允許達到+20dBm,因此在分配給IMT-2000服務的鄰近頻段上出現的發射功率可能高達-41dBm/MHz。這意味著為了避免36cm距離處出現干擾, AMP設備需要限制發射電平,使其在相鄰WiMAX頻段上的功率不超過-85dBm/MHz。(注意,WiMedia UWB AMP將工作在6GHz以上)
圖4:在圖3所示的場合中,ECC要求36cm的間距,以保護IMT-2000服務。
根據上述結論,業界先驅目前建議在藍牙中增加一種共存機制,以便在WiMAX工作時停止發送信號。如果下一代WPAN使用 AMP來鏈接臺式機外設,那么還將極大地加劇干擾問題。例如,如果用戶在用手機接收流式視頻WiMAX傳輸,鄰近的臺式機連接又正好開始向iPod(或打印機)傳送文件,則WiMAX視頻連接會被中斷,用戶將看到一片黑屏。
測量過程
Staccato 通信公司的實驗室開展了一整套的測量來量化干擾的影響。圖5給出了測量裝置。
圖5:用于確定來自 AMP(上部)和UWB AMP(下部)的潛在干擾的測量裝置。
所有測量都是在實驗室環境中使用傳導電纜完成的。頻譜分析儀(SA)的設置在所有測量中都保持不變,以建立一個通用的參考面。在測量中插入了一個15dB的衰耗器,以便將較低的信號電平驅動到SA前端,這樣可以通過關斷SA上的輸入衰減來獲得較低的噪聲基底讀數。
圖6是利用頻譜分析儀對帶外部天線連接器的現成g卡(紅色)和在6GHz以上工作的WiMedia UWB無線設備(綠色)進行帶內和帶外發射信號測量的結果。結果表明,落在WiMAX、UMTS和LTE頻段的帶外發射信號超過保護門限約30dB,而UWB發射信號比保護門限低5dB。
圖6:一個現成的g卡的帶內和帶外發射信號。紅色斜線表示卡的發射信號超出了ECC保護電平。綠線表明工作在6GHz以上的WiMedia UWB無線設備的性能(這個頻段也是UWB AMP工作的頻段)。
這意味著基于的高速藍牙信號將干擾IMT-2000服務,除非二者在時相距達8米,在時相距達16米。如果它們同時位于一個設備中,那么實現這種等級的無線信號隔離是不切實際的。因此,在這種共存情況下最實用的解決方案是不同無線信號的收發在時間上同步,也就是說一個在工作時另一個必須關閉。這時在接聽WiMAX電話時就不能再使用高速藍牙傳輸了。從圖6也可以看出,在IMT-2000頻段的UWB發射信號低于保護門限,因此不會造成任何干擾。這意味著WiMedia UWB AMP可以與IMT-2000服務一起使用,即使兩者共存于同一個設備中。
圖7所示為因 AMP干擾引起的WiMAX接收器減敏現象,它是發射器和WiMAX接收器之間距離的函數。減敏計算的前提是假設WiMAX AMP消息(在下行鏈路信號中傳送的關鍵控制消息)的靈敏度為-101dBm,圖中的兩條曲線對應于2.3和頻段的WiMAX系統的減敏性能。根據上述測量結果,來自無線設備的帶外發射電平為-51和-60dBm/MHz,其中已經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接收器的減敏效應將增加。
測量結果分析
對實際測量結果的分析表明,根據ECC第64號報告規定的保護要求,UWB AMP發射電平足夠保護2.3/的IMT-2000服務。
實際測量結果也表明, AMP無線設備對工作在的IMT-2000系統具有潛在的干擾可能性,即使相互間距離達8米(考慮了自由空間損耗和-115dBm/MHz的最大可允許干擾PSD)。對WiMAX來說,來自 AMP的帶外發射信號可以影響到10米外的客戶端靈敏度。這種效應將直接影響這些系統的容量和功能。
作為一個產業,我們需要充分考慮這些用戶體驗問題。高速藍牙的成功依賴于業界在將它們推向市場之前對存在的問題進行研究和解決。我們也有責任保護已獲許可的服務免受干擾。下一步正確的做法是在基于的高速藍牙和2.3/頻段的獲許可服務之間開展充分的共存研究。然后,業界應在共存研究結果的基礎上,考慮為使用 AMP的高速藍牙開發相互干擾減輕機制。另外一種方案是專門將 AMP的工作頻率轉移到5GHz。
作者:Roberto Aiello
合伙創始人和首席技術官
Siddharth Shetty
通信系統工程師
Staccato 通信公司
