利用先進(jìn)技術(shù)保證藍(lán)牙/Wi-Fi共存系統(tǒng)服務(wù)質(zhì)量

目前藍(lán)牙和Wi-Fi|0">Wi-Fi技術(shù)在筆記本電腦、PDA、個(gè)人多媒體播放器和手機(jī)等設(shè)備中已開始共存發(fā)展。

無(wú)線VoIP電話和多模手機(jī)等設(shè)備甚至需要支持藍(lán)牙和Wi-Fi同時(shí)工作，這為芯片設(shè)計(jì)人員提出了更高要求。如果在開發(fā)過(guò)程中沒有經(jīng)過(guò)深思熟慮就將藍(lán)牙和Wi-Fi嵌入到同一個(gè)設(shè)備中，其結(jié)果可能會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生干擾從而影響用戶體驗(yàn)。

藍(lán)牙和Wi-Fi都工作在2.4GHz ISM頻段，盡管二者所用頻譜不同，但如果Wi-Fi接收器在接收Wi-Fi信號(hào)時(shí)感應(yīng)到藍(lán)牙信號(hào)，那么仍會(huì)產(chǎn)生干擾。藍(lán)牙接收器也會(huì)發(fā)生同樣的情況。除了與其它無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)共存所帶來(lái)的挑戰(zhàn)外，微波爐等家電也可能中斷藍(lán)牙通信連接，這類家電在工作時(shí)會(huì)輻射出RF能量，但由于成本和工程方面的限制，這種干擾只能在一定程度內(nèi)得到抑制。

盡管存在這種來(lái)自周圍環(huán)境的RF干擾，但藍(lán)牙和Wi-Fi技術(shù)還是得到消費(fèi)者越來(lái)越廣泛的認(rèn)同，尤其是過(guò)去6年以來(lái)，藍(lán)牙產(chǎn)品和無(wú)線LAN網(wǎng)絡(luò)已出現(xiàn)在許多家庭中。這兩種技術(shù)都工作在2.4GHz頻率范圍內(nèi)，二者共存是優(yōu)先考慮的因素，目前為防范干擾研發(fā)人員已開發(fā)出若干詳盡措施。

為限制ISM頻段內(nèi)任何單一區(qū)段的發(fā)射功率，藍(lán)牙和Wi-Fi都強(qiáng)制要求在數(shù)據(jù)傳輸時(shí)采用擴(kuò)展頻譜技術(shù)。藍(lán)牙采用跳頻擴(kuò)頻(FHSS)技術(shù)在相對(duì)較窄的1MHz帶寬內(nèi)發(fā)射數(shù)據(jù)包。窄帶信號(hào)的頻率以1600跳/秒的速率在可用的79條信道內(nèi)跳變。通過(guò)在該頻譜內(nèi)跳頻，信號(hào)功率被分布在整個(gè)頻段。發(fā)生常規(guī)干擾時(shí)，藍(lán)牙和Wi-Fi信號(hào)交疊可能導(dǎo)致接收數(shù)據(jù)包的過(guò)程中斷，從而導(dǎo)致包錯(cuò)誤。距離很近的天線可在第二個(gè)系統(tǒng)工作時(shí)導(dǎo)致前端交疊干擾。

隨著藍(lán)牙規(guī)范的發(fā)展，已增加了可使藍(lán)牙與Wi-Fi及其它潛在干擾源易于共處的若干新技術(shù)。下文將介紹已經(jīng)付諸實(shí)施的幾種技術(shù)。

自適應(yīng)跳頻技術(shù)

在由Bluetooth SIG 開發(fā)的v1.2藍(lán)牙規(guī)范中引入了自適應(yīng)跳頻(AFH)技術(shù)，為藍(lán)牙射頻提供了有效抵消常規(guī)干擾的途徑。AFH可識(shí)別出“壞”信道，在這些信道處地方會(huì)出現(xiàn)其它設(shè)備干擾藍(lán)牙信號(hào)或藍(lán)牙信號(hào)干擾其它設(shè)備的情形。

支持AFH的藍(lán)牙設(shè)備能在其微微網(wǎng)內(nèi)與其它設(shè)備進(jìn)行通信，共享可鑒別出的壞信道的詳細(xì)信息。設(shè)備會(huì)切換到可用的“好”信道，從而遠(yuǎn)離干擾源，這樣對(duì)所用的帶寬就不會(huì)產(chǎn)生影響。為使AFH發(fā)揮作用，對(duì)壞信道的鑒別必須準(zhǔn)確而且常規(guī)干擾必須是唯一的干擾形式。圖1表明了AFH的工作原理。

圖1：采用AFH技術(shù)可提高藍(lán)牙與802.11的共存性。

CSR公司BlueCore藍(lán)牙芯片的初始設(shè)置允許在4秒左右的時(shí)間內(nèi)對(duì)來(lái)自新干擾源的干擾采取自適應(yīng)措施。信道跳轉(zhuǎn)(Channel skipping)為符合藍(lán)牙v1.1規(guī)范的設(shè)備提供了AFH功能，只要開啟AFH功能，在連接用戶時(shí)，立體聲音頻流和單聲道耳機(jī)等對(duì)時(shí)間性要求很嚴(yán)格的媒體應(yīng)用基本上不受影響。

時(shí)分復(fù)用技術(shù)

時(shí)分復(fù)用(TDM)技術(shù)是用于解決AFH無(wú)能為力的前端交疊干擾的一種方法。該方法最初是為保護(hù)802.11b/g Wi-Fi傳輸免受藍(lán)牙干擾而引入的，當(dāng)Wi-Fi在ISM頻段工作時(shí)，它將關(guān)斷除高優(yōu)先級(jí)藍(lán)牙外的所有藍(lán)牙傳輸。

該方法類似信道跳轉(zhuǎn)，會(huì)犧牲部分藍(lán)牙帶寬，但損失的帶寬部分與802.11b/g的占空比成比例。因此，若802.11b/g處于空閑狀態(tài)，鏈路保持傳輸?shù)膸挀p失只有2%~3%，用戶覺察不到。

圖2：采用時(shí)分復(fù)用(TDM)技術(shù)。

為提升TDM效率，必須有與802.11b/g射頻活動(dòng)有關(guān)的準(zhǔn)確信息。無(wú)線技術(shù)公司CSR采用一個(gè)WLAN_Active硬件信號(hào)以確保當(dāng)802.11b/g信號(hào)工作時(shí)能得到保護(hù)。

不過(guò)有時(shí)也要保護(hù)藍(lán)牙信號(hào)免受802.11b/g的干擾，為此，CSR公司開發(fā)出一種可選信號(hào)BT_Priority，當(dāng)在收發(fā)一個(gè)重要藍(lán)牙數(shù)據(jù)包時(shí)，該信號(hào)將給出指示。該信號(hào)可保護(hù)使用HV3包的SCO音頻，它是單聲道耳機(jī)使用最廣泛的流音頻格式。

信道質(zhì)量驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸率(CQDDR)

存在DH和DM兩種形式的數(shù)據(jù)包，它們分別采用高、中兩種帶寬。DH包可在包內(nèi)傳輸更多的數(shù)據(jù)，但是如果包部分損壞，則必須重新傳送整個(gè)包以恢復(fù)數(shù)據(jù)。DM包含有前向糾錯(cuò)(FEC)碼，該碼占有效載荷的1/3：即數(shù)據(jù)的每10位添加5位前向糾錯(cuò)碼。在一個(gè)15位數(shù)據(jù)/FEC塊中，能修正兩個(gè)錯(cuò)位。

DM包格式也許降低了最大的數(shù)據(jù)速率，但比那些不具備糾錯(cuò)功能的DH格式更為牢靠。接收設(shè)備與發(fā)射設(shè)備可以根據(jù)周圍的干擾情況來(lái)決定采用哪種包格式。例如，如果一臺(tái)設(shè)備認(rèn)為所接收的包有很多錯(cuò)誤，它會(huì)告訴發(fā)射設(shè)備以DM包格式發(fā)送該數(shù)據(jù)。如果鏈路很“清凈”，它允許另一端切換回DH包格式。圖3演示了這種通信交互。

圖3：借助CQDDR技術(shù)，藍(lán)牙設(shè)備能夠根據(jù)具體條件動(dòng)態(tài)變換數(shù)據(jù)包類型。

當(dāng)一臺(tái)支持BlueCore藍(lán)牙設(shè)備向一臺(tái)不支持CQDDR功能的設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，CSR開發(fā)出一種算法可以評(píng)估鏈路性能并根據(jù)認(rèn)可包(ACK)與未認(rèn)可包(NACK)的比率來(lái)調(diào)整傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包格式。但是，當(dāng)從不支持CQDDR的設(shè)備中接收信息時(shí)，如果數(shù)據(jù)包被損壞，BlueCore無(wú)法采取任何類似措施。

延伸同步連接導(dǎo)向信道(eSCO)技術(shù)

eSCO是查錯(cuò)語(yǔ)音信道，它允許重新傳送損壞的語(yǔ)音數(shù)據(jù)。每個(gè)數(shù)據(jù)包都有一個(gè)CRC(循環(huán)冗余校驗(yàn))，所以接收者可查驗(yàn)接收到的包是否正確。重傳窗(Retransmission windows)允許重新傳送未被認(rèn)可的包。eSCO是在藍(lán)牙規(guī)范v1.2中引入的。在早期藍(lán)牙版本中使用的v1.1 SCO僅利用單時(shí)隙數(shù)據(jù)包。而eSCO允許利用3時(shí)隙包實(shí)現(xiàn)同步語(yǔ)音或數(shù)據(jù)。這意味著與64kbps固定速率的v1.1相比，eSCO的連接速率可超過(guò)100kbps。

圖4：延伸同步連接導(dǎo)向信道技術(shù)(eSCO)。

在每個(gè)eSCO時(shí)刻，主設(shè)備發(fā)送一個(gè)eSCO包，從設(shè)備利用常規(guī)SCO規(guī)則進(jìn)行響應(yīng)(即使從設(shè)備沒收到主設(shè)備發(fā)送的包，也允許它做出響應(yīng))。就版本1.1 SCO來(lái)說(shuō)，有3個(gè)不同的包間距可選，它們都提供相同的64kbps速率。盡管eSCO信道不能積極處理或避免干擾，但重發(fā)機(jī)制可使音頻質(zhì)量所受的的干擾影響減少。

專有技術(shù)

除上述機(jī)制外，各公司還通過(guò)專有技術(shù)強(qiáng)化傳輸質(zhì)量。以CSR為例，該公司還為嵌入式應(yīng)用開發(fā)出一款802.11b/g硬件方案(UniFi)?；谠谇度胧綗o(wú)線技術(shù)領(lǐng)域的經(jīng)驗(yàn)，CSR借助優(yōu)先級(jí)和信道信令開發(fā)出優(yōu)化措施。目前CSR已實(shí)現(xiàn)了這些附加特性，因?yàn)榧仁共扇×四壳暗谋Ｗo(hù)技術(shù)，仍會(huì)有共存問(wèn)題。例如，某人利用與無(wú)線VoIP電話配套的藍(lán)牙耳機(jī)進(jìn)行語(yǔ)音通信。同步藍(lán)牙SCO連接信號(hào)仍會(huì)被Wi-Fi強(qiáng)制發(fā)送的包接受確認(rèn)信號(hào)所打斷，其結(jié)果是使得藍(lán)牙鏈路語(yǔ)音質(zhì)量惡化。

借助構(gòu)建在UniFi設(shè)備內(nèi)的TDM和CSR公司的專有措施，同步藍(lán)牙HV3包不會(huì)產(chǎn)生干擾。目前功能先進(jìn)的手機(jī)具有豐富的多媒體特性，而各種多媒體業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量的優(yōu)劣會(huì)對(duì)用戶體驗(yàn)產(chǎn)生巨大影響。采用同一家公司的藍(lán)牙和Wi-Fi芯片將簡(jiǎn)化并加快整合技術(shù)過(guò)程，并減少供應(yīng)商的數(shù)量。

本文小結(jié)

盡管存在著互擾和功耗問(wèn)題，藍(lán)牙和Wi-Fi技術(shù)自推出以來(lái)還是取得了很大發(fā)展。借助新的芯片架構(gòu)、低功耗模式和軟件方法，設(shè)計(jì)工程師在使藍(lán)牙和Wi-Fi芯片更節(jié)能、更可靠等方面取得了長(zhǎng)足進(jìn)展，他們一直努力探究以提供最好的抗干擾及低功耗方案。

采用復(fù)雜的方法和技術(shù)可將這兩種技術(shù)集成進(jìn)體積很小的設(shè)備中。諸如ATH、TDM、功率控制和CQDDR等共存系統(tǒng)已經(jīng)使藍(lán)牙連接更為牢靠，不過(guò)無(wú)線設(shè)計(jì)并非僅限于采用AFH和TDM等技術(shù)。通過(guò)將高度集成的方案與專有技術(shù)相結(jié)合，可減小在同一臺(tái)設(shè)備中集成藍(lán)牙與Wi-Fi這兩種技術(shù)所遇到的設(shè)計(jì)障礙。

對(duì)于設(shè)計(jì)人員而言，最明智的做法可能就是采用藍(lán)牙+ Wi-Fi組合方案。諸如CSR的方案強(qiáng)化了將藍(lán)牙與Wi-Fi等流行標(biāo)準(zhǔn)互補(bǔ)的用戶體驗(yàn)，但目前面臨的真正挑戰(zhàn)在于如何實(shí)現(xiàn)將藍(lán)牙和Wi-Fi整合進(jìn)同一芯片內(nèi)。

作者：Simon Finch

Wi-Fi戰(zhàn)略業(yè)務(wù)部副總裁

CSR公司