wlan 与bluetooth干扰解决办法

johnny_ye

WLAN与蓝牙
在各项内含无线功能的信息、消费及通讯产品推波助澜下，WLAN与蓝牙各自在无线通讯市场取得了良好的发展。WLAN几乎成为笔记型计算机的标准配备，而且正在走入家庭；而蓝牙也在手机、耳机后，开始拓展其在信息领域的应用，如无线鼠标、键盘等。这两种技术都使用2.4GHz的ISM频带，如何让它们共存，并展现最佳工作效能，将为未来许多电子产品带来设计挑战。







没有Bluetooth装置下之WLAN传输特性
无线技术发展至今已臻成熟，目前最常使用在2.4GHz的无线标准无疑是802.11b/g和蓝牙技术。以无线应用层面而言，这两种技术各有其发展潜力，如无线局域网络(WLAN)，其应用范围在较宽广的范围，传输距离约100公尺，由WiFi标准组织制定规范；蓝牙则是应用在个人网络(WPAN，Wireless Personal Area Network)领域，应用范围在无线个人网络，传输距离约10公尺，目前已应用在无线鼠标、无线键盘、耳机和其它个人装置上，该标准是由蓝牙SIG标准组织负责制定规范，其产品检测组织为蓝牙认证实体(BQB，Bluetooth Qualification Body)，表一显示了WLAN和Bluetooth的基本比较。











表1：WLAN和Bluetooth比较。       

正因为802.11b/g和蓝牙皆使用于2.4GHz(属ISM频段，不需licensed之频带)，虽然两者所使用的调变方式和展频技术各有所不同，若两装置的无线收发范围有重复现象时，就会发生互相干扰的现象产生。此干扰现象有两种发生可能性：其一为一般性干扰(Normal Interference)，此现象一般发生在基频处理器上(Baseband)，这是由于WLAN和蓝牙装置因未知对方的频道时而导致两者主频重复在相同信道上，此干扰现象解决方式为将两装置避免在重复的信道上传输数据。其二为前端装置重复(Front-end overload)，此现象是因为此两个无线系统没有保持适当的距离，即天线端之隔离度(Isolation)不够时或彼此的传输功率太大时所产生之谐波干扰。针对此一现象，Intel提出两者天线间之隔离度至少要保持40dB，英国蓝牙芯片制造厂CSR则提出30dB，美国蓝牙芯片制造厂RFMD(Silicon Wave)则提出25dB。不管依据哪一种标准，两者之天线装置必须维持适当的距离才能让此现象避免发生。其计算隔离度方法有下列两种计算方法(a)以功率计算，如方程式(a)所示；若以频率计算，则方程式(b)所示。

                     


       

一般性干扰(Normal Interference)的解决方式
针对一般性干扰(Normal Interference)避免发生，从以前发展至今的解决方式大都朝避免通道重复(Avoided channel overlap)发展，至蓝牙标准1.2版才发展出适应性跳频(AFH，Adaptive Frequency Hopping)共存机制，目前以AFH的解决一般性干扰方式为佳。以下为避免蓝芽和WLAN(802.11b/g)通道重复方法和演进：
1. 信道信息(Channel Information)
此方法为蓝牙标准1.1版时定义，其方法有两种：(a)由Microsoft提出藉由Windows操作系统在HCI(Host Controller Interface)接口下利用10Bytes将PC上WLAN卡所使用之通道作定义以防止和蓝牙装置重复。(b)CSR提出藉由四条硬件线路PIO(Programming Input Output)定义WLAN所使用之通道以告知蓝牙来避免重复通道产生。另外Intel在Phase I亦提出相同的方法来宣告WLAN所使用之信道，此两条硬件线路则定义为Ch_Data和Ch_Clk；其它厂商亦利用此方法定义WLAN所使用之通道。  
2. 主动式讯号(Active Signaling)
此方法亦在蓝牙标准1.1版时定义，若WLAN装置在空气中传送封包时，蓝牙若欲传送数据封包(Packet)至其它蓝芽装置时，则会藉由一条硬件线路告知同一台PC上之WLAN装置(mini-PCI card)，则此WLAN装置会暂时停止传送WLAN数据封包，反之亦然，明显会影响两装置的总体传输数据量，且两装置若不在同一台PC上，则此法便不能运用。其中CSR定义此两条硬件线路为BT_Active和WLAN_Active；而Intel Phase II则定义为Ch_Data和BT_Priority，其它厂商也运用类似的技术在其共存解决方法上。
3. 跳动式频率(Channel Skipping)
适应型跳频(AFH)方法为蓝牙标准1.2版所提出，此法为蓝牙装置在检测周边(On air)所使用相同的通道时的一种避免干扰的方法。AFH的启动步骤为：
步骤一，藉由RSSI(Receive Signal Strength Incident)在空气中侦测到某一个信道的信号强度是否与此蓝牙装置所使用之信道重复，藉以获得此蓝牙装置在某个信道是否有干扰现象或有不好的通道。
步骤二，蓝牙SIG组织定义蓝牙装置之LMP(Link Manger Protocol)在空气中所使用的通道，若几个蓝牙装置连结在一起所形成的微网(Pico-net)，则在一个微网下之所有蓝牙装置则会将所侦测到所有不好的通道建构一个不可使用之通道表，将已侦测到这些不好的信道纪录下来告诉此微网内之所有蓝牙装置不可再使用这些通道。
步骤三，若蓝牙装置已知空气中哪些不好或已受干扰的通道，则会避免这些通道在其所跳频的通道上，再选用已知好的通道来代替这些所侦测到的通道，以达所有跳频的通道是好的，故此方法并不会降低整体传输速率(Data Rate)，此三个步骤整个完成必须花费大约3~5秒。针对AFH做以下测试，其测试结果如图(1)~(3)所示，在图(3)上明显的可以发现AFH确实不会将WLAN传输量降低。




















有Bluetooth装置下(没有AFH致能时)之WLAN传输特性
















有Bluetooth裝置下(AFH致能時)之WLAN傳輸特性

4. 其它方法
传输功率控制(Transmission power control)若很多蓝芽装置形成一个微网时，其中在此微网内中某个蓝牙装置的接收讯号强度会受到干扰时(因为谐波因素产生)，则可增加或减少其发射功率会在LMP上作为调整。蓝牙装置的功率可分为3类：Class 1~ 3。Class 1功率定义最大功率为+20dBm(100mW)；Class 2功率定义最大功率为+4dBm(2.5mW)；Class 3功率定义最大功率为0dBm(1mW)。因为蓝牙装置为无线个人网络所以一般最常使用为Class 2，而WLAN所使用的功率为+30dBm(1W)，若能有效的控制其传输功率则可以避免互相干扰现象产生。
虽然解决共存的方法有如此多种的方式，但目前以AFH之跳频方式为最佳，因为它可以让两个不同的无线装置充分运用在ISM频段。另外若过多的蓝牙装置同时处在一个无线传输范围，则再如何好的跳频方式也会明显的降低整个的无线传输量，所以处理方式为改进其编码方式技术，目前蓝牙标准2.0版在2004年十一月公告，其和1.2版不同点在于改变了原来的跳频方式，从ASK改变为PSK，且运用更好的纠错能力，目的在于减少BER(Bit Error Rate)，以达到在其规范的传输能力下完美的运用。另外，目前蓝牙标准1.2版定义数据传输量721kbps(ACL上传数据吞吐量)以不敷使用，故蓝牙标准2.0版上因为改变其调变方式，也增加其传输量达2M至3M，以期真正达到蓝芽装置同时一对七的数据吞吐量和WLAN共存。

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