IMT-2000和802.11無線電會相互干擾,除非彼此在2.6GHz時的距離能達到8公尺左右,而在2.3GHz時的距離可達到16公尺左右。
藍牙技術聯盟(Bluetooth SIG)正預備為下一代高速藍牙制定規格,該新規格將支援高速檔案傳輸和視訊串流應用。最初Bluetooth SIG只選擇WiMedia超寬頻(UWB)技術來實現這種新的協議,但最近該聯盟又宣佈可使用802.11作為過渡時期的解決方案,將藍牙協議附加在現有Wi-Fi無線電的可攜式裝置中。
這意味著現在WiMedia UWB和802.11都成為了高速藍牙規格的候選媒體存取控制(MAC)/實體層(PHY)(放大器,AMP)。其目標是允許消費性裝置透過使用現有藍牙技術與第二種無線技術實現更快的吞吐量。然而,業界人士也會擔心一項問題,即產生于藍牙裝置中的無線802.11以及應用在相鄰頻段的其他IMT-2000服務(如WiMAX、LTE、UMTS和WCDMA)干擾問題。他們所擔心的是,若消費者對最初裝置使用802.11AMP的高速藍牙沒有足夠的使用經驗,那么,要讓該技術獲得成功所必須擔負的長期風險,將超過任何短期快速上市時間帶來的收益。藍牙在消費性市場中已經佔有很高的地位(去年藍牙SIG獲得了第9,000位成員),而用一種過渡性技術縮短上市時間的風險是相當大的。
使用情境模擬
由于WLAN和IMT-2000都能提供網路基礎架構存取,因此一般不會同時操作;然而,高速藍牙和IMT-2000服務將支援獨立應用,因此它們將會有許多同時操作的機會。這也表示若一個高速藍牙裝置正使用802.11 AMP,那么它很可能同時處在執行IMT-2000服務頻段附近的環境下工作。為了便于描述,我們考慮以下的使用模型。
圖1顯示兩支相鄰的多頻手機。一支手機正透過WiMAX撥號,另一支以基于802.11的高速藍牙向PC傳送檔案。當一支手機向PC傳送檔案時,由WiMAX通話的手機將會斷線,即使兩支手機間相距幾公尺遠結果也相同。圖2中的手機在以WiMAX撥打電話的同時使用高速藍牙列印檔案,為了避免電話斷線,該手機需要等到通話結束后才能開始列?。煌瑯拥兀袅杏∫呀涢_始進行,這支手機將無法接聽電話。
圖1:一支手機使用802.11的高速藍牙向桌上型電腦發送檔,另外一支手機在接聽WiMAX電話。兩支手機即使距離8公尺也會相互干擾。
圖2:具有WiMAX和802.11藍牙功能的手機無法同時執行這兩種功能。
在上述兩種使用情境中,藍牙系統和WiMAX或蜂巢式服務之間的任何干擾都將損害最終使用者的經驗。事實上,使用者期望能夠在沒有干擾的情況下同時使用多種技術。
頻譜分配
消費者會擔憂藍牙802.11 AMP和IMT-2000服務間干擾的基本塬因之一,在于它們都在相鄰的頻譜下工作(見表1),而將802.11用于高速藍牙傳輸會對工作在相鄰授權頻段的其它服務造成嚴重的影響。
表1:頻譜分配。
另外,即使Bluetooth SIG試圖將802.11 AMP限用于檔案傳輸應用,但一旦這種高速無線功能投入市場,用戶可能會將它用來傳輸視訊串流(如同藍牙的報導資料所描述)。也因為這樣的連續性,透過802.11 AMP的串流應用與檔案傳輸相較,將可能產生更大干擾。
干擾問題
在多模裝置中同時使用多種服務時(如上述的使用情況),藍牙802.11 AMP可能會干擾其它無線訊號,導致減敏(desensitization)甚至是接收阻塞的問題。如果該被阻塞的服務正在傳送急件,如語音通話或媒體串流,那么將導致不良的使用者經驗。以下是同時使用WiMAX和802.11 AMP的案例。
在美國,2.5到2.7GHz範圍被授權為WiMAX系統使用。由于它相當接近2.4GHz頻譜,WiMAX與產生于802.11無線電發射的帶外訊號幾乎沒有隔離,因此會嚴重妨礙高可靠性WiMAX的作業。設計師相當看重對WiMAX的干擾,其塬因可以從歐洲電子通訊委員會(ECC)于2005年2月發佈的一份干擾研究報告中得知。這份報告的名稱是《一般UWB應用對10.6GHz以下無線通訊系統的保護要求》(也稱為第64號報告),其中包括了如‘受害者’服務、在2.5和2.7GHz之間執行的IMT-2000無線服務。
重要的是,雖然這份研究報告重點放在作為干擾源的UWB,但分析純粹是基于傳送功率光譜密度(PSD),并沒有考慮發射器的訊號特徵。因此任何PSD高于本報告中所規定之保護限制的干擾能量,都被視為具有潛在干擾IMT-2000用戶端的可能性。
保護限制源于以下情況:IMT-2000用戶端接收器的最大允許干擾功率電平(不會引發弱化)為-115dBm/MHz,對于圖3的使用情況來說,保護距離為36cm,自由空間路徑約等于30dB(@2.5GHz),因此得到發送PSD保護限制-115+30=-85dBm/MHz,就可向IMT-2000用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形。
值得注意的是,在上述例子中,ECC認為36cm對于考慮可預見的頻段範圍而言是相當合適的,因為很多時候UWB裝置是在辦公桌上使用,與IMT-2000行動站相距不遠。
這種分析方法可以有效地擴展到WiMAX和藍牙AMP之間的共存需求。在美國,802.11無線電在2.4-2.484GHz範圍內可允許達+20dBm的發送功率,然而分配給IMT-2000鄰近頻段的發射功率可高達-41dBm/MHz。這意味著為了避免36cm距離處出現干擾,2.4GHz 802.11 AMP元件在相鄰WiMAX頻段上需要限制發射電平為-85dBm/MHz。(注意,WiMedia UWB AMP將工作在6GHz以上)
根據上述結論,業界先驅目前建議在2.4GHz藍牙中增加一種共存機制,以便在WiMAX工作時停止發送訊號。若下一代WPAN使用802.11 AMP連結桌上型設備,那么干擾現象將加速惡化。例如,如果用戶以手機接收串流視訊WiMAX傳輸,鄰近的桌上型設備同時開始向iPod(或印表機)傳送檔案,那么WiMAX視訊連接將會中斷,用戶也只能盯著空白的畫面。
圖4:圖3顯示ECC要求36cm的間距來保護IMT-2000服務。
測量問題
Staccato通訊實驗室正採用一套測量儀器來量化干擾效應。圖5顯示了該測量裝置。
圖5:用于確認來自802.11 AMP(圖上)和UWB AMP(圖下)的潛在干擾測量裝置。
所有測量都是在實驗室環境中使用導電電纜完成的。頻譜分析儀(SA)的設置在測量中保持不變,以便建立共同的參考平臺。在802.11測量中插入了一個15dB的衰減器,以便將較低的訊號電平驅動到SA前端,透過關閉SA上的輸入衰減來獲得較低的雜訊電平讀數。
圖6是利用頻譜分析儀對一個具有外部天線連接器的現有802.11g卡(紅色)和在6GHz以上工作的WiMedia UWB無線電(綠色)進行帶內和帶外發射訊號的測量結果。結果顯示,落在WiMAX、UMTS和LTE頻段的802.11帶外發射訊號超過保護限制約30dB,而UWB發射訊號比保護限制低了5dB。
圖6:源自現有802.11g網卡的帶內和帶外發射訊號。紅色斜線表示網卡的發射訊號超出了ECC保護電平。綠線顯示工作在6GHz以上的WiMedia UWB無線電的性能。(這個頻段也是UWB AMP工作的頻段)
這意味著基于802.11的高速藍牙訊號將干擾IMT-2000服務,除非它們在2.6GHz時相互距離達8公尺,或在2.3GHz時相距達16公尺。如果它們同時位于一個設備中,那么實現這種無線訊號之間的隔離是不切實際的。因此,在這種共存情況下最實際的解決方案是將不同無線訊號的收發進行時間同步,也就是說一個在工作時另一個必須關閉;在接聽WiMAX電話時就不能使用高速藍牙傳輸。從圖6也可以看出,在IMT-2000頻段的UWB發射訊號低于保護限制,因此不會造成任何干擾。這也表示WiMedia UWB AMP可以與IMT-2000服務一起使用,即使兩者位于相同的設備中。
圖7顯示了由802.11 AMP干擾引起的WiMAX接收器減敏,它是802.11發射器和WiMAX接收器之間距離的函數。減敏運算的前提是假設WiMAX AMP訊息(在下行鏈路訊號中傳送的關鍵控制訊息)的靈敏度為-101dBm,圖中的兩條曲線對應于WiMAX系統在2.3和2.5GHz頻段的減敏。根據上述測量結果,來自802.11無線電的帶外發射電平為-51和-60dBm/MHz,其中已經考慮了自由空間路徑損失。
圖7:隨著WiMAX與802.11 AMP之間距離的縮短,WiMAX接收器的減敏度將增加。
觀察和推薦
實際測量的分析顯示,UWB AMP發射電平足夠保護2.3/2.6GHz的IMT-2000服務,符合ECC第64號報告規定的保護需求。
實際的測量也顯示,802.11 AMP無線電對工作在2.6GHz的IMT-2000系統具有潛在的干擾可能性,即使相互間距離達8公尺(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802.11 AMP的帶外發射訊號可以影響到10公尺外的用戶端設備,這種效應可直接影響系統的容量和功能。
作為一個產業,我們需要充分考慮使用者經驗問題。高速藍牙的成功在于業界人士將它們投入市場之前,已對存在的問題進行研究和解決。我們也有責任保護授權的服務免受干擾。下一步正確的做法是在基于802.11的高速藍牙和2.3/2.5GHz頻段的授權服務之間展開充分的共存研究。然后,業界人士應在共存研究結果的基礎上,考慮為使用802.11 AMP的高速藍牙開發交互干擾減輕機制。另外一種方案是將802.11 AMP的工作頻率轉移到5GHz。
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