蓝牙与802_11b的干扰与共存问题

蓝牙与802_11b的干扰与共存问题 () 文章编号 :100021506 20040220001207 蓝牙与 802 . 11b 的干扰与共存问题 朱 刚 , 谈振辉 ()北京交通大学 电子信息工程学院 ,北京 100044 摘 要 :由于使用相同频段 ,使得蓝牙网络与 I EEE 802 . 11b 无线局域网之间存在干扰 ,严重 影响系统正常工作. 本文首先分析了蓝牙网络与 I EEE 802 . 11b 无线局域网之间存在干扰情 况 ,然后对于克服干扰实现两者共存诸进行分析与评述 ,以期为相关问题的深入研究给出 背景. 关键词 :无线通信 ;蓝牙 ;无线个域网 ; I EEE 802 . 11b ;无线局域网 ;干扰 ;共存机制中图分类号 : TN919 . 1文献标识码 :A The Interf erence and Coexistence Bet ween Bl uetooth and 802 . 11b Z HU Ga n g , T A N Zhen- h ui ( )School of Elect ro nics and Informatio n Engineering , Beijing J iaoto ng U niversit y , Beijing 100044 ,China Abstract :Since using t he same f requency band , t here is interference bet ween bluetoot h net wo r k and I EEE 802 . 11b wireless local area net wo r k , w hich impact s t he t wo systems severely. In o rder to p rovide backgro und fo r deep research o n co rrelative p ro blems , t his paper first investigates t he interferences bet ween t he bluetoot h net wo r k and I EEE 802 . 11b wireless local area net wo r k . Then , t he paper analyzes and overview s t he vario us met ho ds of overco ming t he interference and realizing t he coexistence of bot h systems. Key words :wireless co mmunicatio n ; bluetoot h ; wireless perso nal area net wo r k ; I EEE 802 . 11b ; wireless local area net wo r k ;interference ;coexistence mechanism ( 目前 , 作为新兴无线通信技术 使用 ISM 2 . 4 以及家庭或办公室范围灵活自由地共享文件 ,预计 ) ( ) GHz 开放频段的无线个域网络 W PAN 与无线局 2004 年 WL AN 市场需求达 500 万套 , 安装运行的 ( ) 域网络 WL AN正在迅速发展 . 作为 W PAN 主导技 2 系统将达到 2 000 万套. () 术的蓝牙 Bluetoot h :B T目的是取代有线连接 , 能 在众多无线个域网和无线局域网技术中 ,没有 够支持 10 m 范围内的 700 kb/ s 数据或语音传输 . 一种技术能够以最佳方式同时满足不同需求 ,因此 ( ) 目前主要应用包括无线耳机 、个人数字助理 PDAs 与计算机通信 ,计算机及其外设如键盘打印机实现 需要根据不同应用采用特定技术. B T 与 Wi- Fi 是近 无线连接等 ,预计到 2004 年蓝牙产品市场需求将达 年来普遍受到关注的 ,在应用上互补的两种无线通 1 到 8 亿套. WL AN 包括几种相互竞争的技术 , 目 信技术. 随着两种技术发展 ,B T 与 Wi- Fi 系统共处 ( ) 前市场情况表明 Wi- Fi I EEE 802 . 11b有可能发展 () collocatio n的可能性越来越大 , 应用越来越多 , 如 成为主流技术 . Wi- Fi 提供 11 Mb/ s 传输速率 ,覆盖 共处于一台计算机内等等 . 由于二者均工作在 2 . 4 范围可达 100 m , 主要应用包括因特网接入 、email GHz 频段 ,存在潜在干扰问题 , 因此必须考虑如何 () 实现“共存”coexistence. 这里共存定义为不同无 收稿日期 :2004202218 ( ) 作者简介 :朱刚 1958 —,男 ,上海市人 ,副教授 ,博士. ema il :gzhu @center . njt u. edu. cn 北 方 交 通 大 学 学 报 第 28 卷 2 3 线系统实现共处而不明显互相影响性能. 号接收 ,成为干扰. 关于 802 . 11b 与 B T 间相互干扰分析工作可以 1 Wi- Fi 与 BT 相互干扰分析 () 分为理论分析 包括仿真与实际测量分析 . 理论分 4 ,8 1 . 1 Wi- Fi 与 BT 的关系 析及仿真工作主要包括分组错误概率计算以 9 ,11 及分组碰撞概率计算,涉及到 B T 受扰分析与B T 作 为 替 代 有 线 连 接 的 射 频 技 术 具 有 低 成 ( ) Wi- Fi 受扰分析.本 、中速以及短距离 < 10 m等特点 , 可支持最多 () 关于 B T 受扰分析 ,早期主要是简单的分析工 有 8 个活动用户的微网络 pico net s. B T 物理层采 ( ) ( 作 ,如考虑加性高斯白噪声 A W GN 和衰落信道条 ) 用跳频扩频 F HSS ,1 600 跳/ s,调制方式为高斯频 ( ) 件 ,研究由 802 . 11 系统干扰造成的 B T 传输比特以移键 控 GFS K. B T 系 统 发 射 功 率 为 1 mW 4 ,5 () 及分组错误概率, 但没有考虑分组结构和传播 0 dB m,传输速率为 1 Mb/ s. 条件. 或者根据均匀分布比特误差模型 ,通过内插计 Wi- Fi 类似 以 太 网 络 , 可 支 持 多 点 通 信 , 如 广 算分析不同类型 B T 分组错误概率并推广到非均匀 播 、组 播 和 点 对 点 数 据 通 信 . 每 个 设 备 具 有 唯 一 6 分布情况. 更进一步地工作是对 B T 自扰 、Wi- Fi MAC 地址 ,网络中活动用户数几乎没有限制 ,采用 ( 对 B T 的干扰 包括物理层采用 F H 和 DS 时对 B T CSMA/ CA 方式解决多址接入冲突. Wi- Fi 物理层采 ) 所产生的干扰及二者并存情形进行一般性定量分 () 用直接序列扩频 DSSS,结合不同调制方式使用 4 析 ,得出了 B T 分组错误率计算公式及 B T 网络吞吐 ( ) ( ) 种传输速率 : 1 Mb/ s DB PS K、2 Mb/ s DQ PS K、 7 ) ( ) ( 量上界. 随着研究的深入 , 开始结合信道条件与 5 . 5 Mb/ s Q PS K、11 Mb/ s CC K 补码键控; 发射 物理层情况进行更为准确地分析 ,如综合考虑电波 功率一般为 30,100 mW. () ( ) 传播 包括帄坦衰落 、多径 、非视距 、频率选择性、干 根据美国联邦通信委员会 FCC规定 ,Wi- Fi 与 () ( ) ( 扰 包括同频及邻道干扰、热噪声 、调制方式 、信道 B T 均使用 ISM 开放 免税费频段 2 . 4 , 2 . 4835 ( ) ) ( 编码与 MAC 层 跳频 、分组结构 、流量负荷因素 , ) GHz,可采用两种扩频方式 DSSS 与 F HSS之一 , 推导出了 B T 分组在瑞利慢衰落信道中传输受到的 并在一定限制条件下使用 ,以保证多系统共存. 实际 8 ( ) 802 . 11b 干扰而引起的分组帄均错误概率等.上 ,B T 选用跳频扩频 F HSS方式 , 将 ISM 频段划 ( 关于 Wi- Fi 受扰分析 ,主要是根据对数正态阴 分为 79 个跳频信道 根据美国及世界大多数国家规 ) 影模型及邻道干扰模型 ,推出以网络分布几何参数 定,每一跳频信道带宽 1 M Hz , 跳变速率为 1 600 ( ) 及电波传播参数表示的 B T 分组与 802 . 11b 分组发 跳/ s. Wi- Fi 选用直扩 DSSS方式 , 将 ISM 频段划 () (生碰撞概率 即发生时间重叠与频率重叠的概率的 分为 11 个直扩信道 系统可确定其中任意一个信道 封闭表达式. 进一步推出由碰撞概率表示的 Wi- Fi ) 进行通信,信道带宽 22 M Hz ,所以 11 个信道之间 ( 网络 3 个 性 能 指 标 概 率 分 布 : 分 组 错 误 率 packet 有重叠 ,无重叠信道最多只有 3 个 ,美国以外地区规 ) ( erro r rate , P ER 、分 组 重 传 数 packet ret ransmis2 定的直扩信道数目可以多于或者少于 11 个 . 根据上 ) sio ns , R T ,成功传输一个分组所需传输的次数以及 述信道划分情况 ,B T 系统与 Wi- Fi 系统不可避免地 ( 成功传输分组时间间隔 t ransmissio ns latency : S ,分 将发生频率重叠 ,因此 ,存在潜在干扰问题. 10 ) 组为 802 . 11b 1 500 bit 固定长度分组. 在小尺 1 . 2 BT 与 Wi- Fi 相互干扰 () (度 室内传播时变无线信道模型 涉及路径损耗 、多 一般来说 ,B T 与 802 . 11b 面临的干扰可以分为 ) 径衰落 、阴影以及噪声基础上 ,对办公室和家庭环 两类 :邻近的相同系统产生的干扰 ,称为自扰 ,如 B T 境中的 802 . 11b 系统受到 B T 系统干扰情况 , 在物 自扰与 Wi- Fi 自扰. 其它干扰 ,包括 B T 与 802 . 11b (理层进行分析 . 推出不同传输速率 对应不同信道编 之间相互干扰以及使用 2 . 4 GHz 的其它无线设备 ) () 码及调制方式情况下分组错误概率 ,然后在 MAC如无绳电话 、微波炉等对两系统产生的干扰. 本文 层进行分析 ,推出两系统分组发生时间和频率冲突主要讨论 B T 与 Wi- Fi 相互干扰. 11 . 概率B T 与 Wi- Fi 同时使用相同频段通信时将产生 () 根据网络通信性能指标 、碰撞概率 、网络参数以 带内有色噪声干扰 传输分组发生冲突. 这时 ,如果 及传播环境之间关系 ,进行网络共存性能仿真分析 B T 信号频段处于 Wi- Fi 系统接收端 22 M Hz 通带 并得出结论 :B T 单元中等密度分布且通信负荷较 内 ,Wi- Fi 接收端将 B T 信号作为 Wi- Fi 信号接收 , 轻时 ,任何传播条件下 802 . 11b 分组几乎都不受干 成为干扰. 或者 Wi- Fi 信号频段处于 B T 系统接收 扰 ;B T 单元通信负荷中等且分布密度为中等以上 端跳频通带内 ,B T 接收端将 Wi- Fi 信号作为 B T 信 ? 1994-2013 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 第 2 期 朱 刚等 :蓝牙与 802111b 的干扰与共存问题 3 时 ,任何传播条件下 802 . 11b 分组几乎都受到干扰. ,B T 系统受干扰程度取决于 B T 系统收发距离 、 讲 对于典型 传 播 参 数 以 及 一 定 范 围 B T 单 元 分 布 密 与 Wi- Fi 系统之间距离 、天线方向 . 作为干扰源 Wi- 19 度 ,802 . 11b 将覆盖范围减小 15 %可以避免较强的 Fi 系统的活动程度则影响不大. 在存在干扰情况 B T 干扰或者覆盖范围减小 50 %可以避免所有 B T下 ,B T 系统 ACL 链路性能下降不大 , SCO 链路话 干扰. 此外 ,在共处同一装置内 ,B T 系统对 Wi- Fi 系 音质量有所下降. 统产生明显干扰 ,在拥有较多 B T 设备的办公场所 对于 Wi- Fi 系统受扰情况来讲 ,高传输速率时 内 , 1 , 2 Mb/ s 速 率 几 乎 不 能 传 输 数 据 , 只 有 11 的性能优于低传输速率. 由于 802 . 11b MAC 协议根 Mb/ s 数据传输可以在半径为 25 m 范围内达到一 据信道情况改变传输速率 ,所以带宽利用率 、分组损 定吞吐量 ,而在家庭环境中 B T 设备一般不多 ,各种 失率随信噪比变化情况不同 ,分组损失率变化 5 % , 8 速率的 Wi- Fi 系统受到影响均不大 ,可以覆盖更大 对应带宽利用率可能变化最大为 60 %. 在室内环 范围. 境下 ,B T 干扰功率即便达到 10 dB m ,或者大于信号 功率 ,Wi- Fi 系统分组损失率也不超过 011 . 但是由 通过分析认识到 ,B T 与 Wi- Fi 系统相互干扰与 系统空间分布 、信道 、两系统物理层及 MAC 层具体 于 802 . 11b 根据 CSMA/ CA 协议可能改变传输 速 情况等诸多种因素有关 . 但主要取决于系统分布位 率 ,带宽利用率下降明显. 在 B T 系统分布密度为中 置 ,如干扰源与受扰系统之间距离. 上述结论是在给 等程度情况下 ,受扰 Wi- Fi 系统吞吐量呈现出中等 定传播参数和 B T 网络分布参数条件下得到的 , 如 程度下降 ,分组类型以及天线极化因素对 Wi- Fi 系 19 果选取的参数范围及网络性能指标不同则结论可能 统性能影响不大. 存在 B T 干扰情况下 , Wi- Fi 站 ( ) ( ) 不同. 如果已知特定环境下电波传播特性以及接收 与接入点 A P距离少于 5 , 7 m 自由空间时 , 吞 端实现限制情况 ,就有可能构造仿真实验系统. 受布 吐量下降 25 % ; 相隔距离为 30 m 时 , 通 过 量 下 降 局的影响可能使得仿真结果特别地好或者特别地 50 % ;办公室环境下由于存在分隔物干扰影响更为 差 ,这种极端情况不具有一般性 、代表性 ,所以构造 严重 :相隔距离为 1,2 m 时 ,通过量下降 1/ 3 ,相隔 20 干扰实验时应尽量避免出现. 距离少于 8 m 时 ,通过量下降 50 %. 从 802 . 11b 与 B T 间相互干扰实际测量结果来 2 克服干扰技术 ( ) 看 ,相互干扰与距离有关 ,两系统近距离 小于 2 m ( ) 工作 时 如 处 于 同 一 计 算 机 内 相 互 干 扰 非 常 严 从前述分析结果可以看出 ,如何克服相互干扰 12 ,13 重实现共存 是 非 常 重 要 问 题. 目 前 克 服 B T 与 Wi- Fi ,分组 错 误 率 达 99 % , 系 统 吞 吐 量 几 乎 为 零 . 这个结果与理论分析不尽相同 ,说明两系统近距 相互干扰措施可以分为以下 4 方面. 离相互干扰问题仅用随机理论分析是不够的 ,需要 2 . 1 法规和标准进一步研究 . 当两系统距离超过 3,4 m 后 ,干扰程 ( ) 根据美国联邦通信委员会 FCC现行规定 ,B T ( ) 度明显减轻 ,分组错误率 P ER及系统吞吐量基本 跳频范围几乎覆盖整个 ISM 2 . 4 , 2 . 485 GHz 频 维持正常水帄 ;相距 2,4 m ,吞吐量仍受到影响. 存 段 ,至少是其中的 75 M Hz ,每一跳频信道带宽为 1 在相互干扰时 ,B T 系统受影响程度小于 802 . 11b 系 统 . 相同信噪比下 ,室内系统性能优于室外系统. M Hz. 根据 B T 现 行 标 准 , 需 要 79 跳 频 信 道 , 覆 盖 对于 B T 系统受扰情况来讲 , 具有不同纠错保 79 M Hz ,不可避免地与 Wi- Fi 发生频率重叠 . 14 护的 B T 数据分组受扰性能不同. 由邻道干扰引 为了解决共存问题 , FCC 建议修改法规 , 缩小 (起的 B T 传输误比特率 ,受使用频率与干扰频率差 B T 跳频范围 如仅占 ISM 2 . 4,2 . 485 GHz 中部分 4 ,15 ,17 ) 值影响很大. 室内环境下 ,B T 采用 D H5 分 频段,以避免与 Wi- Fi 系统发生频率重叠 ,克服相 ( 组传输 UD P 数据包 ,实验结果显示分组损失率 分 互干扰. 但是 ,这种方法仅适用于 Wi- Fi 网络密度不 ) 组任意部分因干扰出现差错意味整个分组损失远 大的情况. 如果不然 ,出现多个使用不同频段的 Wi- 大于理论分析值. 由于 B T 系统没有信道侦听 ,分组 Fi 系统则仍无法避免频率重叠 . 此外 , 修改法规将 (损失率直接与带宽利用率 相同传输速率情况下 ,存 需要较长时间 ,最终细节无法预知 ,因此很难评 ) 在干扰时获得的带宽与无干扰时获得的带宽之比估时效性. (( ) 相关 如分组损失率变化 20 % ,对应带宽利用率变 另一种修改法规涉及到自适应跳频 A F H方 21 ,22 ) 案化 80 %. 当 802 . 11b 系统干扰功率与信号功率相 ,该由 T I 和 Bandspeed Inc 等多家制造 18 当时 ,B T 系 统 分 组 损 失 率 迅 速 恶 化. 更 具 体 地 商提出. A F H 测定 B T 设备在各跳频点通信时的分 组损失率 ,然后选择使用其中损失率较小的 15 个信 ? 1994-2013 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 北 方 交 通 大 学 学 报 第 28 卷 4 25 法道进行跳频通信 , 以此避开 I EEE 802 . 11b 使用的 . 其基本原理是 :802 . 11b 与 B T 处于同一装置 内 ,通过一个工作在 MAC 层的中央控制器实现信 固定频段 ,从而避免干扰. 这种方法不会降低 Wi- Fi 与 B T 系统传输速率 ,也不必对 I EEE 802 . 11b 进行 息交换 ,并通过精确安排两系统分组传输时间来避 任何处理 ,实用性很强. 但是存在以下问题 : ?FCC 免冲突 ,从而克服干扰 ,实现共存 . 合作方式几乎能 () 法规中对跳频扩频技术的规定 15 . 247为 “: 频率信 达到完全消除干扰 ,但是对于两系统要求条件较高 , 道数量在 75 个以上 ,信道占用时间每 30 s 中低于 大部分应用情况难以满足. 本文将主要介绍 MAC 层实施的非合作方式以及其它实现共存技术. 0 . 4 s”,而 A F H 中使用的频率信道数量为 15 个 ,信 道占用时间每 30 s 为 2 s ,因此必须修改法规. I EEE21311 MAC 层技术 802 . 15 委员会目前正在向 FCC 提出放宽限制的要 B T 所具有的不同类型的长 、短分组在干扰程 求 . ?B T 设备从通常的跳频图案向 A F H 转换时 , 度不同的信道中传输 ,效果不同. 在干扰程度较低的 () 需要检测到附近存在 802 . 11b 设备. 但是目前 B T 信道 低误码信道中使用长分组可以使传输更加有 () 系统 接 收 端 灵 敏 度 低 于 802 . 11b , 因 此 有 可 能 在 效 开销比例较小 ,信道编码效率较高,而在干扰程 () 802 . 11b 产生干扰时 B T 系统还感觉不到 ,因此 ,封 度较高的信道 高误码信道中使用短分组可以使传 () 装时必须提高 B T 接收灵敏度. ?由于 B T 跳频选择 输更加可靠 受扰概率较小 ,减少重传,从而提高有 是在硬件中实现 ,所以 A F H 只适用于未来使用新标 效性. () 准后生产的 B T 设备 ,仍然无法解决目前 B T 设备和 B T 适配层协议 L 2CA P根据不同应用及信道 质量选择最佳分组 ,这种选择目前对于一次通信过 802 . 11b 之间的干扰问题. 随着对于共存问题关注程度不断提高 ,有关标 程来说多为静态选择. 在存在互相干扰情况下 ,静态 准组织和业界联盟开始寻求解决办法. I EEE 802 . 选择很难达到最佳效果 . 因此提出根据信道质量动 6 ,26 ( ) 15 工 作 组 成 立 了 第 2 工 作 组 T G2 , 称 为 I EEE态选择 B T 不同分组方法,削弱相互干扰影响 . 23 802 . 15 . 2 ,征集并公布共存解决方案 . B T 联盟组 考虑 到 B T 与 802 . 11b 系 统 无 法 交 换 信 息 , 文 献 ( ) ( 织 S I G成立无线局域网共存工作组 Wireless L AN 26 提出通过动态计 算 B T 系 统 分 组 有 效 传 输 速 ) Coexistence Wo r king Gro up , WCW G, 对 于 共 存 问 率 ,判断是否存在 802 . 11b 系统干扰 ,并通过动态切 ( 题进 行 研 究. 无 线 以 太 网 联 盟 Wireless Et her net 换不同类型 B T 传输分组来削弱相互干扰影响. ) Co mpatibilit y Alliance ,W ECA的自组织网络任务机 通过选择不同类型传输分组克服相互干扰方 () 构 ad hoc task fo rce主要处理共存问题 ,公布白皮 法 ,没有解决引起干扰的冲突问题 ,效果不明显. 文 书 ,阐述共存问题 ,推荐解决方案 . 献 27 在假定可以通过其他技术检测干扰规律基础 ( 上提 出 通 过 流 量 调 度“躲 避 冲 突”OL A : OverL ap 2 . 2 使用方式 ) 容易想到 ,共存问题简单解决方法之一是禁止 Avoidance的方法 ,取得较好效果 ,成为比较典型的 两种系统同时使用. 如某些场合 ,使用 B T 系统至关 方法. 该 方 法 包 括 在 802 . 11b 系 统 实 施 的 V- OL A () 重要 ,则禁止使用 Wi- Fi 系统以防干扰 ,反之亦然 . 适用于 B T 话音通信影响 Wi- Fi 系统情况以及在 ( 这种处理方法过于简单 、极端 ,加之两种系统经常互 B T 系统实施的 D- OL A 适用于两系统进行数据通 ) 为补充使用 ,所以不能推广. 对于个人用户情况 ,适 信情况两部分 ,原理如下 : 度地使用两种系统可以减少干扰 ,如偶尔地短时使 V-OL A : 当某一时隙 B TSCO 链路包传输跳频 (用 B T 系统 如 PDA 与台式计算机之间日常同步操 点与 802 . 11b 传输频率发生冲突时 , SCO 包以有色 ) 作. 但是 ,随着两种系统在办公环境使用人数不断 噪声性质干扰 802 . 11b 接收端 ,假定 802 . 11b 系统 增加 ,个人适度使用两种系统需要高度自觉性 ,很难 能够通过信道检测获得干扰模式 ,即 SCO 包传输间 ( 有效克服干扰 .隔 . 当 802 . 11b 系统需要发送数据时 , 若之后 i - ) () 2 . 3 技术方法1B T 时隙期间无线信道无干扰 不发送 B T 分组, ( ) 从技术角度看 ,目前已研究提出的克服干扰实 则发送数据分组 ,分组净荷长度为 i ×500字节与 ( 现共存机制 ,根据两系统是否能实现交换信息而分 1 500 字节中的较小值. 若信道存在干扰 正在发送 () ) ( 为合作方式 collabo rative coexistence与非合作方式 B T 分组, 则推迟发送 P T 模式 : Po stpo ned Trans2 ( ) ( ) no ncollabo rative coexistence两类. 合作方式主要包 missio n或者发送净荷为 500 字节短分组 S T 模式 : ) ( ) 括 M E TA MAC Enhanced Tempo ral Algo rit hm方 Sho rtened Transmissio n. 若 SCO 与 ACL 链路同时 24( ) 和 TDMA Time Divisio n Multiple Access方 法存在 ,则 ACL 包因传输跳频点与 802 . 11b 传输频率 ? 1994-2013 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 第 2 期 朱 刚等 :蓝牙与 802111b 的干扰与共存问题 5 () 发生重叠概率小而忽略其对于 802 . 11b 接收端干扰 1由于信噪比决定分组丢失率 ,可以考虑降低 影响.无线系统发射功率来削弱相互干扰 ,有效提高无线 D- OL A :由于 802 . 11b 系统总是在 22 M Hz 频 通信系统吞吐量. 许多情况下如笔记本电脑与 PDA 段内通信 ,所以假定 B T 系统能够通过检测识别出 或与外设之间使用 B T 进行通信属于近距离通信 , 可以降低 B T 单元发射功率 , 削弱对 Wi- Fi 系统影 802 . 11b 系统占用频段 . 如果某一时刻 B T 主单元准 ( ) 备以跳频点 f 发送 k k = 1 、3 、5时隙分组并发现 响 . 另外 ,还可以采用功率控制技术克服干扰 ,如根 2 n ( ) f 将落入 802 . 11b 系统 22 M Hz 频段内 ,则改以 据欧洲 电 信 标 准 组 织 E TS I要 求 , 使 用 5 GHz 的 2 n + k ( ) k′时隙 k′= 1 、3 、5 , k′? k 分组发送 , 使接收频点 成为 f ( ) WL AN 产品必须采用传输功率控制 TPC技术., 避免发生频率冲突. 如果某一时刻 B T 主单元将2 n + k′() 2通过 MAC 层之上的驱动软件技术 ,可以使 ( ) 以跳频点 f 、f m = 2 、4 、6连续发 送分组并2 n 2 n + m 同一装置内 B T 与 Wi- Fi 系统轮流工作 ,避免干扰. 发现 f 将落入 802 . 11b 系统 22 M Hz 频段内 ,则2 n + m ( 这种方法适用于仅需要单独同 Wi- Fi 系统 或者 B T ( ) ( 要求应答从单元发送 m′- 1时隙 m′ ) 系统进行实时通信情况 ,如进行 B T 话音通信时则 ) = 2 、4 、6 , m′? m 分组 ,使主单元下一个发送频点 不能支持 Wi- Fi 系统. 同样 , Wi- Fi 系统通信时将放 改为 f , 避免频率冲突. 如果所有可供选择的 2 n + m′ 弃使用 B T 系统 ,因为主单元轮询从单元将产生持 分组对应传输频点均无法避免频率冲突 ,则暂不发 续干扰. 可以看出这种解决方法适用非常有限 . 送 ,等待其余恰当跳频点. () 3产生互相干扰的无线通信系统 ,实际上在物 ( 根据 802 . 11b 标准 ,如果信道评估 CCA : Clear 理层发生冲突 ,两系统之间某些时间 —频率冲突必 ) Channel Assessment探测到信道状态为忙 , 数据站 须采用物理层技术才能得到解决. 例如 , Wi- Fi 站要 可以改变其通信工作模式 . V- OL A 中 P T 与 S T 工 求成功接收一个分组后几毫秒内给出 AC K 响应信 作模式与 802 . 11b 标准要求相容并且可以通过采用 号 ,如 果 此 时 B T 站 恰 好 发 送 了 B T 分 组 , 则 接 收 适当 CCA 模式实现 . B T 现行标准已包括通过调节 AC K 信号有可能受到干扰 ,这种情况下 ,只有在物 ( ) ACL 包长 度 实 现 自 适 应 调 节 传 输 频 率 A F H. D- 理层采用信号处理技术才能消除 B T 分组在 Wi- Fi OL A 仅要求主单元指出从单元应使用的分组所占 通带内 产 生 的 干 扰. 采 用 物 理 层 技 术 的 费 用 高 于 时隙数并且从单元能够识别此指示信息. MAC 层技术 ,需要全面考虑 .该方法具有以下优点 : ?无需中央控制器 ; ?可 2 . 4 更改频段以联合或非联合方式实施 ; ?无论两系统是否处于 解决共存问题还可以采用 5 GHz WL AN 标准 同一装置内 ,都能有效削弱干扰 ; ?对现有既定标准 28 如 802 . 11a 或 者 HiperL an2 . 目 前 关 于 5 GHz 影响较小. 该方法在 B T 话音通信情况下 ,可使两系 29 WL AN 的主要研究结果如下 :统吞吐量提高 20 % ,但是 ,使 802 . 11 系统数据传输 () 15 . 3 GHz 电波传播路径损耗相对 2 . 4 GHz 增加了数 10 ms 延 迟. 在 B T 数 据 通 信 情 况 下 , 使 增加 6 . 9 dB , 覆 盖 相 同 距 离 需 要 增 加 发 射 功 率 4 802 . 11 系统吞吐量提高 50 % ,使 B T 系统吞吐量提 倍 ; 5 GHz 射 频 功 率 放 大 器 更 加 昂 贵 , 因 此 通 常 高 24 % ,而数据传输延迟的增加几乎可以忽略 . ( ) 802 . 11a 系统或者覆盖较小范围 不增加成本, 或MAC 层决定数据传输的吞吐量 ,所以 MAC 层 者增加成本弥补损失的覆盖范围 ,甚至增加了成本 技术可以解决与克服干扰相关的数据传输速率与数 也只能覆盖较小范围. 据包长度之间折衷问题 ,如上述 OL A 及动态选择分 30 () 25 . 3 GHz 电波穿透性能较差, 路径损耗 组均能有效改善存在干扰情况下系统吞吐量. MAC 更大 ,覆盖相同范围需要增加发射功率. 层技术包含硬件和软件 ,解决干扰问题代价相对较 () 3目前在欧洲允许使用 HiperL an2 而不允许 小 . 所以 ,MAC 层采用侦听信道技术实现共存受到 许多关注. 当然 ,要实现上述非合作方式解决共存问 使用 802 . 11a ,实际上 , 两系统物理层功能相似 , 只 题 ,还需要在 MAC 层解决互相识别以及交换信息 是 MAC 层 不 同. I EEE 802 . 11 h 正 努 力 在 I EEE 问题. 此外 ,并非所有干扰问题都能在 MAC 层得到 ) ( 802 . 11a/ b MAC 层增加 TPC 传输功率控制功能 ,解决 ,例如它无法改变某些时序规定 ,如 Wi- Fi 站要 以使 I EEE 802 . 11a/ b WL AN 满足 E TS I 要求.求成功接收一个分组后几毫秒内必须给出 AC K 响 () 4FCC 法规没有禁止其他系统使用 5 GHz 频 应信号. 段 ,如 PAN 系 统 以 及 微 波 炉 等 , 因 此 , 除 了 I EEE 2 . 3 . 2 其它技术 ( ) 802 . 11a 与 HL 2 HiperL an2产生共存问题外 ,还将 引起新的共存问题. ? 1994-2013 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 北 方 交 通 大 学 学 报 第 28 卷 6 1698 . () 5802 . 11a 与 HiperL an2 系统均使用具有抗多 5 Golmie N , Mouveaux F. Interference in t he 2 . 4 GHz ISM ( ) 径性能的正交频分复用 O FDM调制技术 . 与相移 Band : Impact o n t he Bluetoot h Access Co nt rol Performance ( ) ( ) 键控 PS K调制 802 . 11b 系统 使 用相 比 , O FDM A . I EEE Internatio nal Co nference o n Co mmunicatio n ( 具有较大峰均功率比 ,需要射频功率放大器 系统最C . ICCS , 2001 . 650 - 656 . ) 昂贵部件之一适应大范围功率变化 ,这将增加功耗 6 J esung Kim , Yujin Lim , Yo ngsuk Kim , et al . An Adap2 及成本 ,除非能缩短收发距离 ,减少发射功率 . tive Segmentatio n Scheme for t he Bluetoot h-Based Wireless () 6由于介电常数等原因 ,在传统印刷电路板上 Channel A . Proceedin gs. Tent h Internatio nal Co nference 很难制作 5 GHz 系统 ,需要成本更高的材料. o n Co mp uter Co mmunicatio ns and Net wor ks C . 2001 . 虽然存在上述因素 ,由于 5 GHz WL AN 技术具 440 - 445 . ( ) 有更高传输速率 55 Mbp s, 可以极大地增加系统 7 Wang Feng , Nallanat han Arumugam , Garg Hari Krishna . 容量 ,正在引起更多关注. Impact of Interference o n a Bluetoot h Net wor k in t he 2 . 4 GHz Ism Band A . The 8t h Internatio nal Co nference o n 3 结语 Co mmunicatio n SystemsC . ICCS , 2002 . 820 - 823 . 802 . 11b 与 B T 实现共存并最终实现互操作是 Oreste Andrisano , Andrea Co nti , Davide Dardari , et al . 8 人们努力追求的目标. 这两种技术各自都在迅速发 Bluetoot h and I EEE 802 . 11 Coexistence : Analytical Per2 展 ,其产品不断提供更多方便 ,携带更容易. 越来越 formance Evaluatio n in Fading Channel A . The 13t h ( 多应用需要两种技术标准近距离相处 甚至共处于 I EEE Internatio nal Symposium o n Perso nal , Indoor and ) 同一系统中并同时使用. 如果不能有效克服两种技 Mobile Radio Co mmunicatio nsC . 2002 . 1752 - 1756 . 术之间相互干扰 ,系统性能将受到严重影响. 因此 , 9 Ennis G. Impact of Bluetoot h o n 802 . 11 Direct Sequence 必须对两系统之间的相互干扰以及如何实现共存问 EB/ OL . ht t p :/ / www . ieee802 . org/ 11/ p ub , 1998 - 9 . 题有全面清楚的认识. 目前对于两系统相互干扰已 10 Ivan Howit t . WL AN and WPAN Coexistence in UL 经进行了理论分析与实验分析 ,但是针对办公室环 BandJ . I EEE Transactio ns o n Vehicular Technolo gy , 境下的相互干扰实验分析工作还不多见. 另外 ,也发 () 现近距离情况下相互干扰的理论分析与实验结果有 2001 , 50 4:1114 - 1124 . 出入 ,说明还需要更多研究才能得到确切结论. 克服 11 Michael Fainberg , David Goodman. Analysis of t he Inter2 干扰实现共存的研究工作主要集中在 MAC 层非联 ference Bet ween I EEE 802 . 11b and Bluetoot h Systems 合技术 ,提出了基于业务流调度的躲避冲突以及动 A . I EEE Vehicular Technolo gy Co nference C . 2001 . 态选择不同类型传输分组等方法 ,但仍需要解决两 967 - 971 . 系统在 MAC 层互相识别以及交换信息等问题 . 此 12 Chandrashekhar M V S , Choi P , Maver K , et al . Evalu2 外 ,还可以采用非技术方法实现共存 ,如修改法规 、 atio n of Interference Bet ween I EEE 802 . 11b and Blue2 提倡合理的使用方式 、改变传输频段等等. 只有不断 toot h in a Typical Office Enviro nment A . 12t h I EEE 研究出实现共存的有效解决方案 ,才能满足市场上 Internatio nal Symposium o n Perso nal , Indoor and Mobile 越来越多地使 Wi- Fi 与 B T 近距离工作的需要. Radio Co mmunicatio nsC . 2001 . D71 - D75 . 13 Shell hammer S. SCOR T- An Alternative to t he Bluetoot h SCO Link for Operatio n in An Interference Enviro nment EB/ OL . ht t p/ / www . ieee802 . org/ 15/ p ub/ T G2- Co2 existence- Mechanisms. ht ml , 200123 . 14 Punnoose R J , Tseng R S , Stancil D. Experimental Re2 参考文献 : sult s for Interference bet ween Bluetoot h and I EEE 802 . 1 Cahners In- Stat . 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