无线局域网在蓝牙干扰下的性能分析

无线局域网在蓝牙干扰下的性能 通 信 技 术期 年第 #$$ " %&’ ( #$$ """ 总 第 期) " * %&’ )"*( 4&21797 +&,,-./012/&.3 4506.&7&89 无线局域网在蓝牙干扰下的性能分析 陈吉胜 ()上海交通大学电子工程系，上海 #$$$"$ 【】 摘 要是目前最主要的无线局域网组网方式，与蓝牙技术分享同一频段。通过建立两者的数据 :;;;<$#’ ))= 帧相互干扰的概率模型，从物理层与网络层两方面定量地分析了蓝牙设备对无线局域网整体性能的影响，为实际中无 线局域网的建立提供了参考。 【】 蓝牙误码率冲突重发关键词 <$# =:’));;; # %&)*) +, #,+&%0# +, 2 4%5# 64#7++7 8%#7,##%0# !"$’(-..1$3.’"../ !"#$ %&’"#$( () >61861/ ?/1&2&8 @/A5B3/29( >61861/ #$$$$...." 【】 $9)7.&07:;;;<$#’ ))= /3 1 B1C/& 2506.&7&89 &D25. -35C D&B 0&.32B-02/.8 E/B57533 .52E&BF E6/75 361B5 265 31,5 265 :>GDB5H-5.09 =1.C E/26 I7-52&&26’ I9 5,J7&9/.8 1. /.25BD5B5.05 ,&C57 0&.3/32/.8 &D I7-52&&26 1.C :;;;<$#’ ))= C5A/053 1.C 1. 100-B125 /.C&B& E/B57533 061..57 &C57( E5 0.1 JB&A/C5 C521/75C 3/-712/&.3 &D 265 &A5B177 J5BD&B1.05 &D KLM% DB& A/5E3 &D ,,,,J693/017 7195B 1.C GM+ 7195B 1.C 852 /.C/012/&.3 D&B JB102/017 -353’ 【】 7-52&&26( N( 0&77/3/& 1C B52B13//33/& II;...,.:#(;+.5):;;;<$#’ ))=( )(之前的回溯阶段，该段时间的长度由 R S 之间随 =10F&DD$( +K 引言) 机抽取，此处的 相当于有线网中的接收窗的大小，如果 +K )(随着现代生活节奏的加快，宽带无线局域网正越 KLM%R ) S “”在该段时间内链路的检测结果为忙状态的话，则准备发送 来越为人们所熟悉。其中最为引人瞩目的是 与 :<$#’ ))=;;;R # S 数据的一方在检测到链路处于空闲状态超过 时才进入 T:V> 蓝牙技术 。但两者处于同频度相互之间存在干扰，而且由 发送状态，否则直接进入发送状态;接收方收到数据后向发 于 方式，对来自蓝牙跳频 设备采用的是 :;;;<$#’ ))= T>>> 送方返回 包，如果发送方经过预先设定的超时时间间 M+W 窄带信号的干扰更为敏感。 隔还未收到确认包，则本次发送失败，必须重发。上述过程可 这里首先分析了 层方案，然 的 :<$#’ = GM+ ;;;))由图 来示: ) 后提出蓝牙设备对 的干扰模型，最后 :<$#’ ))= 进行仿;;; 真并给出自己的结论。 层的主要 协议 # :<$#’ ))= GM+ ;;; 内容 “”在 中 ， 由 于 存 在 所 谓 的 近 无 线 远<$#’ ))= LM% U 问:要检测一个碰撞，无线端站必须能够 同时进行发射和图 协议帧传输过程 ) :;;;<$#’ ))= 影响了它检测碰撞的能监测，但在无线系统中，数据发射 力，为了弥补这个不足，使用 一个称之为碰撞避免<$#’ ))= ()的载波检测多路访问 或分 布式协调功能 +>GM U +M 蓝牙对 的干扰模型 " :;;;<$#’ ))= ())(。试图通过使用专门的包应 答来避T+V+>GM U +M M+W由于 的帧长较长，很容易与蓝牙的数据帧 :;;;<$#’ ))= 免碰撞，这意味着接收站需要发送 包来验 证数据包是M+W 相互重叠。在实际的网络中，蓝牙数据帧与 帧 :;;;<$#’ ))= 否原封不动地到达了目的地。提供了 +>GM U +M 一种以无是随机发送的，两者并不同步，同时两者的频段并不是完全 备要发线方式共享访问的方法。当无线局域网中的某一设 重合，所以两者重叠的概率与双方帧相互错开的时间以及蓝 送数据时，需要首先通过 来探测无线通路 是否+>GMU +M 处于空闲状态，当链路处于空闲状态的时间超过 中 规T+V )(牙的跳频点均有关。用 表示蓝牙帧长典型长度是， ) X#*!3()定的相邻帧之间的间隔时间 时，该设备进入发送帧T:V> 表示 的帧长，则与 帧相重叠的 * :;;;<$#’ ))= :;;;<$#’ ))= 「「「"""蓝牙帧的个数最少为:，最多为，其中表* U ) * U )Y )+ 收稿日期:。 #$$# O $P O#Q 陈吉胜:男，年生，硕士生。主要从事数字移动通信、室内无线传输协议与相关技术的研究工作。 )Q!< 模型中假设在发送和接收设备之间存在一条直接路径，同示不小于 的最小整数，可取 图示如图 : ! " ) *’ $ # $ 时，还存在相对功率较小的散射路径。令 为直射 85 功率， 为多径散射功率， 为莱斯因子，有 8: 9 8;’ 也就是直射功率分量与散射功率分量之K: 89 G H 比。根据文献 室内模型，在接受信号这一路上采 " 用 的莱斯衰减。这是符合 系统 .%&$’ ## : ) ; ///( 图 蓝牙对 的干扰模型 $ %&$’ ##( 的实际情况的。 图 中的 阴影 表 示在 一个 蓝 牙时 隙中 实 际发 送 数据 $ 的时间，为 。 表示两种帧之间的时差，取值范围是()6 7 7*++ ,$ 6 7 6 6 7 ， !假设干扰信号 < / ) =FL, $")0 )/ & /0 !/ 2 $$ $ 「" 对于传送的每一 帧而言，都在干扰信号上增加 时，。由图 可以看出:当 .%&$’ ##( ///& $ % #$ & $ %" - # 0 # & " // 「「""的帧与 个蓝牙帧相互重叠;当 随机时延 和随机时延 6 7 来模拟真实信道特性。图 即 .///%&$’ ( " - # " - # 0 /!/ * $ $ 为 的帧的误码率情况。「".%&$’ ## ///(时，的帧与 个蓝牙帧 # & "/ $ % # .///%&$’ ##( " - # 0 # 相互重叠。所以可得如下结论: ()「"个蓝牙帧相互重叠的概 的帧与#.%&$’ ##( " - # /// 「「""率为 ，与 个蓝牙帧相互重 $ - # " - # 1 - # " - # 0 # ) " 「"叠的概率为 ;# 1 $ - # ’ # 1 " - # 0 " - # ()的帧占据 的频宽，而蓝牙帧在$.%&$’ ##( $$234 /// 的频宽上随机的跳动，所以两者在频域上发生重叠的 !5234 概率为 ;( ) )- ) *+,- ./ () 由前面的分析可知对于一长度为 的 *" .///%&$’ ##( 的帧来说，不与任何蓝牙帧发生冲突的概率为: 「"「"图 在蓝牙干扰下的误码率性能 6 - # 0 # 7 .%&$’ ## "* ///(" - # " 7 7 「 「"6 " - # 1 " - # 0 ( 6() ( 0120/ # 1 " - # 0 - # --" 在本次仿真中使用的干扰蓝牙数据帧是 6 比 A3# *++ 所以两者发生冲突的概率为:特 7 信噪比 。由图 可见在相同的 与 K 6>? ) $&MN* 6>? 6"3 参考文献时隙大小 $& !,45+0/# .///%&$’ ## ?:PF=Q=FC>L=BK R>:>S - TTT- ’ =PPP%&$’ LUV - ?.@? #& !,6 7 $ NWXP>LL>R ?PF=Q=FC>L=B Y#’ # FLUP R>>S - TT- T’ WXP>LL>R’ FL< ::(A.@? &, ;!* OCPBFP P>TPPB NWXP>LL>R CBM . %&$’ ## 99O (///*# 67 <=B,LWX>L=B, >L CYL=M XCW =B>PUQPUPBFP’ ZXW[ $&&& #&$* 67CD <" UPV BB=,’ .<:CF> LQ NWXP>LL>R LB% &$’ ## A=PUF> ?P]XPBFP’ ?P:> #;K \/ 重发次数! #55% ; ?LW>CB=CB 8’ ^CB A[F_ E’ R[,=FCW C[PU PUQLUPBFP ‘I‘首先分析在存在蓝牙干扰条件下 的误码 .///%&$’ ##( LQ NWXP>LL>R CBM %&$’ ##K C>L=BCW B>=X>>P LQ ?>CBMCUM CBM .(a.,,///率性能，仿真采用 衰减模型和干扰模型。根据文献 E=F=CB bPFRBLWLV [G H ，多径分量造成的时延均方根不能被忽略。因此在存在视 *+ 刘元安等 ’ 宽带无线接入和无线局域网 ’ 北京S 北京邮电大学出 距 6 7 的情况下，信号功率谱密度的衰减符合莱斯分布。在IJ? 版社，$&&&