鄰信道干擾(ACI)的來源以及射頻設(shè)計(jì)實(shí)踐

隨著無(wú)線聯(lián)網(wǎng)技術(shù)以及其他無(wú)線技術(shù)在無(wú)許可限制的同一頻譜范圍內(nèi)的迅速推廣應(yīng)用，Wi-Fi(802.11)產(chǎn)品遭受的射頻(RF)干擾與日俱增，從而嚴(yán)重影響無(wú)線局域網(wǎng)(WLAN)的數(shù)據(jù)吞吐性能。與此同時(shí)，對(duì)諸如多媒體音頻與視頻、流媒體、WLAN語(yǔ)音以及其他需要服務(wù)質(zhì)量(QoS)功能與較低分組誤差率的應(yīng)用等新型WLAN應(yīng)用，市場(chǎng)要求更高的數(shù)據(jù)吞吐速率。由于在環(huán)境中對(duì)WLAN設(shè)備的帶內(nèi)干擾與鄰帶干擾不斷增加，因此射頻與數(shù)字過濾的設(shè)計(jì)至關(guān)重要。本文分析了鄰信道干擾(ACI)的來源以及射頻設(shè)計(jì)實(shí)踐，通過此實(shí)踐可以改善WLAN的相鄰信道抑制(ACR)而全面提高其性能。

　　概述

　　在2.4GHz與5.xGHx無(wú)許可限制的頻帶中，ACI問題以及改善RF接收機(jī)的Wi-Fi與WLAN技術(shù)性能的需求已倍受制造商、系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員、集成商與美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)(FCC)的關(guān)注。事實(shí)上，在FCC發(fā)布用于802.11WLAN的額外250MHz頻譜(起始于5.4GHz)時(shí)，它就注明了不久將要針對(duì)WLAN擁擠頻譜帶調(diào)整有關(guān)規(guī)定。FCC近期可能發(fā)布一個(gè)“調(diào)查通知”(NOI)，以收集有關(guān)建立在該頻譜中設(shè)計(jì)射頻接收機(jī)的政府標(biāo)準(zhǔn)的可能性信息。

　　何謂標(biāo)樁？

　　在干擾問題解決之前，WLAN市場(chǎng)的未來發(fā)展將大受影響。目前，WLAN接入點(diǎn)設(shè)備(AP)或客戶端基站將受到其它相鄰WLANAP與基站以及在同一無(wú)許可限制的頻帶中運(yùn)行的非802.11設(shè)備的干擾。該情況與移動(dòng)電話行業(yè)面臨的問題類似，其使用信道頻率重用解決方案使該問題得以解決。隨著802.11市場(chǎng)的發(fā)展與WLAN技術(shù)的使用密度不斷增大，該問題在如下應(yīng)用中將愈演愈劣：

　　●公司/企業(yè)部署

　　●密集商務(wù)熱點(diǎn)部署(商業(yè)街等等)

　　●住宅公寓樓宇部署

　　●高密度市內(nèi)部署

　　許多干擾源會(huì)對(duì)WLAN的性能造成不利影響，包括以下非802.11設(shè)備：

　　●無(wú)繩電話(2.4或5.xGHz)

　　●藍(lán)牙個(gè)人區(qū)域聯(lián)網(wǎng)設(shè)備(2.4GHz)

　　●藍(lán)牙無(wú)線耳機(jī)是特殊的情況

　　●脈沖雷達(dá)(美國(guó)正在研究將5.4GHz頻帶用于脈沖雷達(dá))

　　●微波爐(在2.4GHz頻帶中50%的忙閑度將產(chǎn)生脈沖干擾)

　　●低能量RF光源(2.4GHz)

　　●采用包括蜂窩、藍(lán)牙與WLAN在內(nèi)的多種無(wú)線技術(shù)的集成設(shè)備、手持終端與PDA中假訊號(hào)RF噪聲

　　●滿足新興"全頻段"要求的寬頻帶5GHz設(shè)備

　　干擾還可能來源于相鄰的信道。在這種情況下，802.11系統(tǒng)的RF子系統(tǒng)與數(shù)字過濾的設(shè)計(jì)還可以對(duì)AP或基站的性能造成極大影響。此外，WLAN網(wǎng)絡(luò)的物理設(shè)計(jì)可以消除帶內(nèi)干擾的很多反射。通常由信號(hào)干擾比率(S/I或SIR)決定WLAN的性能，該比率的定義是數(shù)據(jù)信號(hào)與干擾信號(hào)的比率。對(duì)于WLAN的性能而言，SIR通常比信噪比(SNR)更加重要。下面的圖1解釋了這一概念。

　　顯然，由商用無(wú)線設(shè)備生成的信號(hào)不盡完美。的確，從802.11射頻發(fā)出的信號(hào)生成超出其許可頻帶范圍的一些能量，稱之為邊帶發(fā)射。這種情況也會(huì)出現(xiàn)在其他無(wú)線設(shè)備上，如藍(lán)牙、無(wú)繩電話以及其他與802.11占用相同頻帶的設(shè)備。雖然通過過濾可以將來自相鄰信道的RF干擾降至最低，但是此干擾還會(huì)生成旁瓣能量(sidelobeenergy)，此能量屬于802.11WLAN信號(hào)的通頻帶范圍內(nèi)。如果ACI比802.11信號(hào)強(qiáng)，來自ACI的邊帶能量將主導(dǎo)信道的噪聲層。如圖2所示。

　　WLANRF接收機(jī)可以設(shè)計(jì)為帶有有效的ACR，其可發(fā)送約具有802.11信號(hào)0.10帶寬的窄帶信號(hào)。這些窄帶信號(hào)包括無(wú)繩電話以及藍(lán)牙信號(hào)。然而，寬帶ACI可生成大量進(jìn)入802.11接收機(jī)通頻帶的邊帶能量。在這些條件下，鏈路裕度的數(shù)量或SIR的大小將對(duì)WLAN的數(shù)據(jù)吞吐量造成決定性的影響。

　　提供可跨越全世界無(wú)許可限制頻帶中所有頻率的5.xGHz射頻架構(gòu)是無(wú)線行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)。下圖(圖3)展示了這些所謂的"全頻段"射頻是如何從5.150GHz到5.875GHz運(yùn)行的。若此波段射頻含有將于2007年生效的日本分配，則該范圍還可以擴(kuò)展到從4.9GHz到5.875GHz。假設(shè)此頻帶中存在某些高功率干擾源，如雷達(dá)與導(dǎo)航系統(tǒng)，那么全頻段射頻還需要一些級(jí)別的信道選擇性過濾才能避免由這些高功率干擾源造成的任何性能下降。

　　以上述內(nèi)容為背景，本白皮書的其余內(nèi)容將主要介紹以下內(nèi)容：

　　●可以對(duì)干擾提供相鄰信道抑制(ACR)的RF接收機(jī)設(shè)計(jì)；

　　●ACR過濾技術(shù)，可以在藍(lán)牙與802.11技術(shù)共存于同一產(chǎn)品平臺(tái)上的嵌入式應(yīng)用中實(shí)施該技術(shù)。特別強(qiáng)調(diào)在無(wú)線耳機(jī)中遇到的問題；

　　●在密集的用戶環(huán)境中由相鄰802.11單元(cell)產(chǎn)生的干擾。

　　提供ACR的接收機(jī)設(shè)計(jì)

　　RF系統(tǒng)抑制源自相鄰信道干擾的能力主要取決于接收機(jī)的架構(gòu)。雖然目前可以使用幾種接收機(jī)架構(gòu)，但是由于在WLAN系統(tǒng)中普遍使用直接轉(zhuǎn)換(DC)與雙通道轉(zhuǎn)換或超外差(super-het)架構(gòu)，因此本白皮書只對(duì)這兩種架構(gòu)進(jìn)行分析。

　　為了在WLAN接收機(jī)的設(shè)計(jì)中融入有效的ACR功能，必須在接收機(jī)鏈路中考慮兩個(gè)要點(diǎn)。如下所示：

　　●低噪聲放大器(LNA)與IP3的輸入信號(hào)飽和度；

　　●在系統(tǒng)的信號(hào)基帶處理器中模數(shù)轉(zhuǎn)換器(A/D)的當(dāng)前信號(hào)級(jí)別。

　　在802.11系統(tǒng)中，大多數(shù)LNA的輸入信號(hào)級(jí)別在-20到-30dBm之間達(dá)到飽和。如果出現(xiàn)了超過此級(jí)別的強(qiáng)輸入信號(hào)，LNA將停止提供增益，并且實(shí)際上將抑制信號(hào)的非線性失真。精心設(shè)計(jì)的LNA能夠以高達(dá)-10至-15dBm的輸入級(jí)別進(jìn)行操作。當(dāng)輸入信號(hào)超過-10至-15dBm時(shí)，一些系統(tǒng)能夠繞過LNA。從而使輸入信號(hào)可高達(dá)+4dBm，但是折衷的結(jié)果是造成較低的接收機(jī)靈敏度。

在LNA的RF處理鏈路的另一端將輸入系統(tǒng)的A/D轉(zhuǎn)換器。這些轉(zhuǎn)換器具有有限的動(dòng)態(tài)范圍。因此，無(wú)法過濾出ACI，從而造成數(shù)字噪聲層在接收的信號(hào)中占據(jù)主導(dǎo)地位。假設(shè)WLAN射頻設(shè)計(jì)為至少具有20dB的數(shù)字過濾，那么ACI噪聲與802.11信號(hào)在A/D上的信號(hào)功率應(yīng)該是相同的(相等功率點(diǎn))。

　　表1顯示了2.4GHz頻帶中干擾源的示例。此表中有效的干擾數(shù)字(第5列)解釋了LNA的飽和點(diǎn)之所以如此重要的原因。

　　表1中的大多數(shù)干擾源均為窄帶設(shè)備，如：無(wú)繩電話或藍(lán)牙產(chǎn)品等。在很多情況下，該類產(chǎn)品可以在一米之內(nèi)或WLAN客戶端設(shè)備中進(jìn)行操作。即使有傳播損失，這些干擾源仍然可以為位于802.11接收機(jī)鏈路一端的LNA提供高達(dá)0dBm。

　　802.11接收機(jī)架構(gòu)

　　圖4將超外差接收機(jī)架構(gòu)與DC接收機(jī)架構(gòu)之間的差別進(jìn)行了對(duì)比。此示例假設(shè)源自無(wú)繩電話的相鄰窄帶強(qiáng)干擾為-15dBm，并且接收的WLAN信號(hào)級(jí)別的目標(biāo)是-80dBm。也就是說在干擾與WLAN信號(hào)之間的接收功率相差將近65dBm。這種情況很容易發(fā)生，如某用戶可能一邊在與本地WLAN相連的便攜電腦上進(jìn)行工作，一邊用無(wú)繩電話聊天。

圖4顯示了超外差接收機(jī)架構(gòu)的過濾設(shè)計(jì)可以將ACI降低至可接受的級(jí)別。在至少具有20dB數(shù)字相鄰信道過濾的條件下，超外差接收機(jī)在不增加分組誤差率的情況下每秒能夠接收11兆位(Mbps)CCK或22MbpsPBCC802.11Wi-Fi信號(hào)。

　　如果采用DC架構(gòu)，去除了中頻(IF)上的聲表面波(SAW)濾波器，從而導(dǎo)致接收機(jī)鏈路中A/D轉(zhuǎn)換器上的干擾信號(hào)是40dB，高于可接受的程度。采用A/D上的過采樣與回遞抽取過濾(recursivedecimationfiltering)，仍然可以恢復(fù)802.11信號(hào)。例如，GSM接收機(jī)使用DC架構(gòu)，并且通過在大約26MHz上過采樣大約300KHz的帶寬GSM信號(hào)提供大約80dB的ACR。不幸的是，由于技術(shù)的局限性與電池供電產(chǎn)品的低功耗要求，過采樣所采用的信號(hào)幾乎百分之百都是像GSM信號(hào)這樣的窄帶信號(hào)，不可能是像802.11信號(hào)那樣的寬帶信號(hào)。

　　下面的圖5顯示了在A/D轉(zhuǎn)換器上強(qiáng)ACI的效果。高級(jí)別的ACI導(dǎo)致產(chǎn)生在802.11信道的SIR中占據(jù)主導(dǎo)地位的噪聲層，從而由于造成要處理大氣噪聲與量化而削弱了WLAN信號(hào)的強(qiáng)度。

　　對(duì)于已經(jīng)實(shí)施OFDM調(diào)制方案的WLAN來說，從一個(gè)頻率接收器到另一個(gè)頻率接收器的往返傳輸過程中，接收機(jī)鏈路中的快速傅里葉變換(FFT)已經(jīng)有所損耗。從而導(dǎo)致帶外抑制層平均大約為25dB。圖6解釋了每個(gè)FFT接收器的SinX/X響應(yīng)。

　　接收機(jī)

　　雖然已經(jīng)超出了本白皮書探討的范圍，但是值得一提的是802.11接收機(jī)鏈路中的ACR過濾可以降低功耗，因?yàn)榛鶐幚砥髦蠥／D的采樣速率會(huì)有所下降。為了滿足防混淆的要求，將加重其他模擬過濾的負(fù)擔(dān)，而不是以更高的速率進(jìn)行采樣。在5GHz頻帶所謂的全頻段射頻中，這種防混淆的問題尤為關(guān)鍵，因?yàn)檫@些射頻的前端是將近1GHz頻寬的信號(hào)。這就意味著為接收機(jī)鏈路中的A／D轉(zhuǎn)換器提供數(shù)百兆赫的頻譜。包含在此信號(hào)中的可以是高功率脈沖雷達(dá)信號(hào)，該信號(hào)將在接收機(jī)鏈路中占據(jù)主導(dǎo)地位。

　　到目前為止，匯聚已經(jīng)成為電子領(lǐng)域的主要趨勢(shì)。在手機(jī)與PDA市場(chǎng)中，這意味著匯聚的手持終端、智能電話、無(wú)線PDA以及多媒體設(shè)備，其中包括三種無(wú)線技術(shù)：蜂窩技術(shù)、802.11Wi-FiWLAN與藍(lán)牙。很多專家預(yù)測(cè)，具有成本優(yōu)勢(shì)的匯聚設(shè)備在2004年就將問世。這種新型的移動(dòng)手持終端將側(cè)重MP3音樂、視頻流等多媒體應(yīng)用。為了提供引人注目的用戶體驗(yàn)，這些新型設(shè)備必須能夠充分利用由新一代蜂窩協(xié)議與基礎(chǔ)設(shè)施提供的更高數(shù)據(jù)速率以及高速WLAN連接。無(wú)線藍(lán)牙耳機(jī)及其他類型的外設(shè)將為這些設(shè)備的便捷性與易用性增色不少。

　　藍(lán)牙與WLAN共存的問題

　　圖7解釋了在WLAN熱點(diǎn)中如何使用這類設(shè)備。在這種情形中，用戶可以通過WLAN在IP語(yǔ)音(VoIP)連接上進(jìn)行通信或可以通過設(shè)備的802.11調(diào)制解調(diào)器下載MP3或視頻流。此外，匯聚的設(shè)備還可以與藍(lán)牙耳機(jī)相連，以便進(jìn)行專用監(jiān)聽。

　　圖7中描繪的這種使用情況不久就會(huì)出現(xiàn)于市場(chǎng)，但是用戶需要共存的解決方案才能充分利用此應(yīng)用中的所有無(wú)線技術(shù)。由于匯聚蜂窩電話／PDA設(shè)備中的藍(lán)牙與WLAN調(diào)制解調(diào)器是在同一無(wú)許可限制的頻帶中運(yùn)行的，因此它們會(huì)彼此相互干擾。此外，該區(qū)域中的其他802.11客戶端設(shè)備也將競(jìng)相訪問作為匯聚蜂窩電話／PDA的同一WLAN接入點(diǎn)。

　　在當(dāng)前藍(lán)牙標(biāo)準(zhǔn)1。0版本中指定的唯一共存解決方案需要藍(lán)牙與WLAN共享系統(tǒng)的媒體接入控制器(MAC)功能，以便在WLAN或藍(lán)牙的傳輸過程中，其他技術(shù)將保持空閑。在預(yù)定義的一段時(shí)間內(nèi)獨(dú)占MAC之后，藍(lán)牙或WLAN將由其他技術(shù)對(duì)MAC進(jìn)行控制。

　　在WLAN上的流量較小，并且存在最少Q(mào)oS激活的環(huán)境中，這種MAC時(shí)間共享的安排方式既可以避免WLAN與藍(lán)牙之間出現(xiàn)共存干擾問題，同時(shí)也能夠提供可接受的性能。在這種環(huán)境中，WLAN接入點(diǎn)可以實(shí)施主動(dòng)的自動(dòng)請(qǐng)求協(xié)議，以重新傳輸丟失或延遲的包。不幸的是，隨著高級(jí)節(jié)能技術(shù)的部署及QoS服務(wù)的需求猛增，將迅速降低WLAN接入點(diǎn)(AP)單元中的性能。

　　例如，WLAN與藍(lán)牙共存的形勢(shì)越來越嚴(yán)峻，導(dǎo)致802.11AP無(wú)法感測(cè)相關(guān)的客戶端是否正在遭受來自藍(lán)牙設(shè)備或無(wú)繩電話的非WLAN干擾。采用排隊(duì)算法或調(diào)度例程對(duì)需要QoS功能的應(yīng)用對(duì)AP進(jìn)行編程并不會(huì)緩解帶內(nèi)干擾的問題，因?yàn)锳P并不能意識(shí)到干擾是否存在，因此根本無(wú)法圍繞干擾進(jìn)行調(diào)度。

　即使AP具備802.11的自動(dòng)響應(yīng)隊(duì)列(ARQ)功能，鏈路的容錯(cuò)能力也只能夠達(dá)到5%。隨著接近并超過這一個(gè)百分點(diǎn)，必須增加AP上的包隊(duì)列大小，以便它們能夠存儲(chǔ)與重新匯編零星達(dá)到的包。通常需要QoS功能的多媒體應(yīng)用(如高質(zhì)量音頻或MPEG2視頻)很快就背離了802.11標(biāo)準(zhǔn)對(duì)QoS的定義。作為一個(gè)備選方案，將從需要QoS的鏈路中刪除ARQ，在這種情況下，語(yǔ)音性能會(huì)稍有改進(jìn)，具有低于2%的可接受包誤差率，但是任何種類的媒體流的性能都是不可接受的。

　　切記在傳輸模式中，WLAN客戶端只使用802.11WLAN很小一部分帶寬。根據(jù)典型的經(jīng)驗(yàn)法則，80%客戶端的活動(dòng)WLAN時(shí)間用來進(jìn)行接收，而只有20%的時(shí)間用來進(jìn)行傳輸。在進(jìn)行傳輸時(shí)，客戶端通常向AP發(fā)送簡(jiǎn)短的確認(rèn)包。此法則的例外情況是從客戶端進(jìn)行文件傳輸，但是在這些文件在傳輸過程中始終要被劃分為不超過1，500字節(jié)的包，并且以"可用比特速率"(ABR)進(jìn)行傳輸。

　　通過對(duì)圖7中列舉的匯聚WLAN／藍(lán)牙PDA示例應(yīng)用此信息與802.11操作的其他特點(diǎn)，得出的結(jié)論是在適度加載WLANAP的環(huán)境中需要同時(shí)進(jìn)行WLAN與藍(lán)牙操作。對(duì)此狀態(tài)的具體分析如下。

　　在圖7中列舉的與無(wú)線PDA相連的藍(lán)牙耳機(jī)最多具有700Kbps的鏈接帶寬，并不帶有協(xié)議開銷。如果PDA的用戶從Internet上的服務(wù)器播放MP3音頻流文件，那么此應(yīng)用將需要大約128Kbps的藍(lán)牙帶寬，而總藍(lán)牙帶寬為700Kbps。藍(lán)牙信號(hào)在空中傳輸?shù)臅r(shí)間占18%。與此相比，相同的應(yīng)用只使用128Kbps的PDAWLAN帶寬，而總帶寬為11Mbps。此外，802.11操作將涉及確認(rèn)的傳輸(ACK)，同時(shí)接收MP3流。這些ACK的數(shù)量相當(dāng)于WLAN帶寬的1／16。也就是說，客戶端執(zhí)行802.11傳輸只需花費(fèi)不到0。1%的時(shí)間。

　　如果WLAN與藍(lán)牙傳輸阻塞或彼此干擾，那么藍(lán)牙將對(duì)WLAN傳輸造成18%的時(shí)間干擾，因?yàn)樗{(lán)牙需要在空中傳輸也需相同長(zhǎng)度的時(shí)間。反過來，WLAN傳輸將對(duì)藍(lán)牙傳輸造成不到1%的時(shí)間干擾。從而導(dǎo)致的結(jié)果是：加載適當(dāng)數(shù)量的AP時(shí)，必須進(jìn)行藍(lán)牙傳輸，同時(shí)接收WLAN信號(hào)，簡(jiǎn)言之，必須同時(shí)運(yùn)行PDA的藍(lán)牙與WLAN功能。

　　但是問題隨之而來：在采用WLAN與藍(lán)牙技術(shù)的匯聚設(shè)備中，WLAN是否能夠從AP不斷接收下載內(nèi)容，而不必考慮該設(shè)備藍(lán)牙子系統(tǒng)的操作模式？經(jīng)過對(duì)藍(lán)牙實(shí)施制定仔細(xì)的設(shè)計(jì)、規(guī)劃與部署決策，答案是肯定的。首先，設(shè)計(jì)人員必須利用藍(lán)牙1。2的功率控制(第3類設(shè)備)功能，以及藍(lán)牙的自適應(yīng)跳頻(AFH)。下面的圖8展示了AFH如何避免與WLAN操作發(fā)生直接的帶內(nèi)干擾。

　　如果系統(tǒng)要部署功率控制技術(shù)，那么將按比例降低接收機(jī)鏈路中LNA上的藍(lán)牙功率，以便使邊帶能量級(jí)別落在2.4GHz頻帶內(nèi)，而不必考慮ACR過濾。預(yù)計(jì)藍(lán)牙信號(hào)將達(dá)到-40到-50dBm的傳播損失。從而使藍(lán)牙傳輸?shù)墓β试?25dBm至-15dBm范圍內(nèi)，以便保持鏈路中的低誤差率。圖9解釋了功率控制技術(shù)如何降低藍(lán)牙信道中的頻譜發(fā)送。

　　檢查具有藍(lán)牙與802.11，以及其他一些操作特點(diǎn)的手持終端設(shè)備進(jìn)一步說明了共存的問題。在此示例中，假設(shè)手持終端設(shè)備具有一個(gè)0dBm藍(lán)牙發(fā)送器與一個(gè)802.11接收機(jī)，具有以下性能之一：

　　1)功率控制技術(shù)可以提供在藍(lán)牙與WLAN之間20dB的隔離。

　　2)在藍(lán)牙與802.11之間存在0dB的隔離，但是系統(tǒng)能夠在RF接收機(jī)鏈路中斷開LNA。系統(tǒng)并不具有功率控制功能。

　　為了簡(jiǎn)便起見，在此討論的內(nèi)容將局限在采用超外差架構(gòu)的接收機(jī)設(shè)計(jì)。圖10展示了接收機(jī)可以運(yùn)行的情形之一。在上述的第一種情況中，設(shè)備的藍(lán)牙與WLAN之間存在20dB的隔離，那么接收機(jī)必須具有至少15dB的數(shù)字過濾。在第二種情況中，藍(lán)牙與WLAN之間不存在隔離，因此必須具有30dB的過濾和數(shù)字增益。針對(duì)第二種情況，還可以選擇將接收機(jī)限制在大約大于-60dBm的802.11信號(hào)上，其中對(duì)專門的過濾沒有任何要求。

此示例顯示了超外差接收機(jī)可通過采用功率控制技術(shù)獲得20dB的隔離，從而實(shí)現(xiàn)連續(xù)的802.11與排序的藍(lán)牙(collatedBluetooth)操作。如果在系統(tǒng)的藍(lán)牙與802.11之間添加MAC級(jí)別的時(shí)間協(xié)調(diào)，那么WLAN傳輸干擾對(duì)藍(lán)牙發(fā)送器所造成的影響將會(huì)降至最低。從而實(shí)際上可以在WLAN單元上存在任何流量負(fù)載或覆蓋要求的情況下，幾乎無(wú)縫同步操作藍(lán)牙以及WLAN。

　　帶內(nèi)干擾與鏈路預(yù)算

　　本部分討論了帶內(nèi)干擾及其對(duì)限制WLAN的RF鏈路的影響。為了說明該問題，我們簡(jiǎn)單介紹由兩個(gè)802.11接入點(diǎn)引起的干擾，但該分析同樣適用于由藍(lán)牙、無(wú)繩電話或微波爐引起的帶內(nèi)干擾。

　　802.11AP的信號(hào)傳播損耗取決于環(huán)境，但一般而言，信號(hào)損耗是AP到用戶之間距離的函數(shù)。在理想的視距條件下，信號(hào)損耗與距離的平方(R2)成正比。一般在實(shí)際環(huán)境中，信號(hào)損耗可表示成距離的立方(R3)。在不利的條件下，信號(hào)損耗通常等于距離的四次方(R4)。

　　此外，特殊802.11AP的范圍也是幾個(gè)其它因子的函數(shù)，包括AP的傳送功率(通常為20dBm)、天線增益以及用于某調(diào)制的接收機(jī)的靈敏度。在本例中，假設(shè)天線為一般的全向天線，其增益為0dB。更復(fù)雜的調(diào)制方案需要更高的信噪比(SNR)，以便能夠以某個(gè)位誤差率(BER)接收802.11信號(hào)。要獲得更高的SNR，接收機(jī)必須具有更高的靈敏度與／或發(fā)射信號(hào)的范圍必須成比例縮小。

　　表2顯示了802.11g與802.11b的不同調(diào)制方案如何影響SNR、接收機(jī)靈敏度及信號(hào)范圍。請(qǐng)注意，采用CCK調(diào)制的802.11b與采用PBCC調(diào)制的802.11b具有相同的SNR。

　　從該表可以看出，如果在實(shí)際設(shè)置中，信號(hào)傳播損耗一般為R3，則采用CCK調(diào)制的11-MbpsAP或采用PBCC調(diào)制的22-MbpsAP的相應(yīng)范圍大約為400英尺。假設(shè)一般郊區(qū)范圍大約為200英尺，隨著802.11的部署越來越密集，相鄰小區(qū)AP的戶與戶之間的干擾發(fā)生的機(jī)率也越大。單個(gè)居住單元的最不利情形為并排房屋中的兩個(gè)AP可能僅間隔10英尺的空間及兩堵墻。在復(fù)雜的公寓式結(jié)構(gòu)中，兩個(gè)或多個(gè)AP的間隔可能僅為一堵墻或一層地板，因而使得帶內(nèi)干擾面臨更嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。一般公寓的寬度不大于100英尺，僅為郊區(qū)房屋寬度的一半。

值得一提的是，通過具有22-MbpsAP的802.11電池(采用TI開發(fā)的PBCC調(diào)制方案)的平均數(shù)據(jù)吞吐量非常合理。表3顯示了在不同級(jí)別的信號(hào)傳播損耗下，不同調(diào)制的平均數(shù)據(jù)吞吐速率。假設(shè)在大多數(shù)現(xiàn)有設(shè)置的情況下，信號(hào)損耗通常為R3。最重要的是，從表3中可以看出，在整個(gè)電池上，PBCC的平均數(shù)據(jù)速率幾乎比CCK調(diào)制高出了一倍。PBCC與CCK具有相同的靈敏度，因此也具有相同的范圍。此外，從這些平均數(shù)據(jù)速率圖形中可以看出，當(dāng)一個(gè)電池中采用多種調(diào)制方案時(shí)，可以使吞吐量稍微提高5%至10%。借助多個(gè)調(diào)制方案，可以為客戶提供最佳的數(shù)據(jù)速率及范圍。PBCC調(diào)制的802.11b具有相同的SNR。

　　帶內(nèi)信號(hào)與干擾分析

　　圖11說明了兩個(gè)相鄰的AP怎樣才會(huì)產(chǎn)生相互干擾的問題。當(dāng)兩個(gè)RF信號(hào)源(如兩個(gè)AP)放得很近時(shí)，熱噪聲與路徑損失就成為第二大要考慮的因素，因?yàn)閹?nèi)干擾將對(duì)AP的有效范圍及數(shù)據(jù)速率產(chǎn)生主要影響。如圖所示，帶內(nèi)RF干擾會(huì)使AP在其覆蓋區(qū)域的大部分范圍內(nèi)失效。

　　表4對(duì)圖11中所示的兩個(gè)AP的帶內(nèi)干擾問題進(jìn)行了定量分析。這一分析假設(shè)未實(shí)施任何技術(shù)(如電源控制)來緩解某些問題。表4中的數(shù)據(jù)來源于兩個(gè)802.11AP的一般城區(qū)部署。這兩個(gè)AP的發(fā)射功率均為20dBm，它們相隔的距離為25米(大約75英尺)，并且它們的信號(hào)傳播損耗為R3。根據(jù)每個(gè)AP到這兩者中點(diǎn)的距離來分析SIR。表4顯示了不同距離的SIR以及各SIR級(jí)所支持的數(shù)據(jù)速率。

　　這一分析指出了帶內(nèi)干擾的致命影響。例如，采用PBCC調(diào)制的AP通常有效范圍為135米以上，但帶內(nèi)干擾會(huì)使其有效范圍縮小到僅為7。5米。而且，采用54MbpsOFDM調(diào)制的802.11gAP應(yīng)具有近40米的有效范圍，但由于帶內(nèi)干擾的影響，其覆蓋范圍僅限于2。5米。

　　如今，由于802.11WLAN應(yīng)用相對(duì)較少，而大多數(shù)應(yīng)用均要求較小的WLAN帶寬，而且可快速糾正發(fā)射過程中出現(xiàn)的錯(cuò)誤，因此很少會(huì)注意到從一個(gè)AP到另一個(gè)AP的帶內(nèi)RF干擾。但是，隨著WLAN技術(shù)變得越來越普及，要求QoS能力的較高帶寬應(yīng)用越來越多，使得帶內(nèi)干擾也隨之增加。實(shí)際上，由802.11技術(shù)引起的帶內(nèi)干擾在高密度辦公室以及諸如市區(qū)住宅、住戶共有公寓及公寓等住所將變得越來越嚴(yán)重。

　　電源控制對(duì)帶內(nèi)干擾的影響

　　過去，需要在移動(dòng)設(shè)備中使用先進(jìn)的電源控制技術(shù)來降低功耗并延長(zhǎng)電池使用壽命。現(xiàn)在，電源控制的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)脫穎而出。在采用802.11的系統(tǒng)或設(shè)備中，電源控制可以降低帶內(nèi)干擾。例如，假設(shè)開環(huán)電源控制的精度為1dB，在同一個(gè)RF信道上，相互距離較近的兩個(gè)AP之間的平均干擾可降低6dB。在較小的802.11電池中，電源控制可更進(jìn)一步降低干擾。

　　表5顯示了電源控制技術(shù)對(duì)不同距離AP的SIR以及各SIR級(jí)支持的相應(yīng)調(diào)制功能的影響。

　　即使信號(hào)仍受帶內(nèi)干擾的限制，電源控制技術(shù)也能將帶內(nèi)干擾平均降低6dB，從而可將AP的范圍提高25%。在實(shí)際應(yīng)用中，隨著部署的WLAN越來越多，高寬帶QoS應(yīng)用變得越來越規(guī)范，可能會(huì)采用包括電源控制、自動(dòng)選頻以及多頻帶(2.4GHz與5.xGHz)在內(nèi)的幾種戰(zhàn)略措施來增加RF信道選項(xiàng)。

　　預(yù)期的干擾問題

　　在未來幾年內(nèi)，隨著無(wú)線局域網(wǎng)在居民及辦公環(huán)境中變得越來越普遍，設(shè)備制造商在進(jìn)行接收機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)必須謹(jǐn)慎考慮兩個(gè)潛在的問題。這兩個(gè)問題是：

　　1)RF源因信道靠近無(wú)許可限制的802.11頻帶產(chǎn)生的非WLAN干擾。這可能來自藍(lán)牙設(shè)備、無(wú)繩電話或微波。

　　2)由一個(gè)802.11AP或客戶機(jī)到另一個(gè)802.11AP或客戶機(jī)引起的帶內(nèi)干擾。隨著WLAN技術(shù)的廣泛應(yīng)用及其越來越密集，該問題必然會(huì)更加嚴(yán)重。

　　通過遵循考慮周到的設(shè)計(jì)實(shí)踐，可以采用適當(dāng)?shù)泥徯诺酪种?ACR)功能來開發(fā)802.11接收機(jī)，以克服WLAN部署中遇到的大量鄰信道干擾(ACI)問題。此外，還可在WLAN接收機(jī)及發(fā)送器的設(shè)計(jì)中采用電源控制及其它戰(zhàn)略，以便在出現(xiàn)帶內(nèi)RF干擾時(shí)大大提高AP與客戶機(jī)的數(shù)據(jù)吞吐量及范圍性能。

　　總之，那些可提供令人滿意、引人注目的用戶體驗(yàn)的802.11WLAN設(shè)備供應(yīng)商將在市場(chǎng)中取得成功。注重在WLAN設(shè)備中實(shí)施WLAN芯片組的設(shè)計(jì)質(zhì)量，將對(duì)確保用戶滿意度起著重要的作用。