利用先進技術保證藍牙/Wi-Fi共存系統(tǒng)服務質(zhì)量

目前藍牙和Wi-Fi|0">Wi-Fi技術在筆記本電腦、PDA、個人多媒體播放器和手機等設備中已開始共存發(fā)展。

無線VoIP電話和多模手機等設備甚至需要支持藍牙和Wi-Fi同時工作，這為芯片設計人員提出了更高要求。如果在開發(fā)過程中沒有經(jīng)過深思熟慮就將藍牙和Wi-Fi嵌入到同一個設備中，其結(jié)果可能會導致產(chǎn)生干擾從而影響用戶體驗。

藍牙和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信號時感應到藍牙信號，那么仍會產(chǎn)生干擾。藍牙接收器也會發(fā)生同樣的情況。除了與其它無線標準共存所帶來的挑戰(zhàn)外，微波爐等家電也可能中斷藍牙通信連接，這類家電在工作時會輻射出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。

盡管存在這種來自周圍環(huán)境的RF干擾，但藍牙和Wi-Fi技術還是得到消費者越來越廣泛的認同，尤其是過去6年以來，藍牙產(chǎn)品和無線LAN網(wǎng)絡已出現(xiàn)在許多家庭中。這兩種技術都工作在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，藍牙和Wi-Fi都強制要求在數(shù)據(jù)傳輸時采用擴展頻譜技術。藍牙采用跳頻擴頻(FHSS)技術在相對較窄的1MHz帶寬內(nèi)發(fā)射數(shù)據(jù)包。窄帶信號的頻率以1600跳/秒的速率在可用的79條信道內(nèi)跳變。通過在該頻譜內(nèi)跳頻，信號功率被分布在整個頻段。發(fā)生常規(guī)干擾時，藍牙和Wi-Fi信號交疊可能導致接收數(shù)據(jù)包的過程中斷，從而導致包錯誤。距離很近的天線可在第二個系統(tǒng)工作時導致前端交疊干擾。

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

自適應跳頻技術

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

支持AFH的藍牙設備能在其微微網(wǎng)內(nèi)與其它設備進行通信，共享可鑒別出的壞信道的詳細信息。設備會切換到可用的“好”信道，從而遠離干擾源，這樣對所用的帶寬就不會產(chǎn)生影響。為使AFH發(fā)揮作用，對壞信道的鑒別必須準確而且常規(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技術可提高藍牙與802.11的共存性。

CSR公司BlueCore藍牙芯片的初始設置允許在4秒左右的時間內(nèi)對來自新干擾源的干擾采取自適應措施。信道跳轉(zhuǎn)(Channel skipping)為符合藍牙v1.1規(guī)范的設備提供了AFH功能，只要開啟AFH功能，在連接用戶時，立體聲音頻流和單聲道耳機等對時間性要求很嚴格的媒體應用基本上不受影響。

時分復用技術

時分復用(TDM)技術是用于解決AFH無能為力的前端交疊干擾的一種方法。該方法最初是為保護802.11b/g Wi-Fi傳輸免受藍牙干擾而引入的，當Wi-Fi在ISM頻段工作時，它將關斷除高優(yōu)先級藍牙外的所有藍牙傳輸。

該方法類似信道跳轉(zhuǎn)，會犧牲部分藍牙帶寬，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：采用時分復用(TDM)技術。

為提升TDM效率，必須有與802.11b/g射頻活動有關的準確信息。無線技術公司CSR采用一個WLAN_Active硬件信號以確保當802.11b/g信號工作時能得到保護。

不過有時也要保護藍牙信號免受802.11b/g的干擾，為此，CSR公司開發(fā)出一種可選信號BT_Priority，當在收發(fā)一個重要藍牙數(shù)據(jù)包時，該信號將給出指示。該信號可保護使用HV3包的SCO音頻，它是單聲道耳機使用最廣泛的流音頻格式。

信道質(zhì)量驅(qū)動數(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包以恢復數(shù)據(jù)。DM包含有前向糾錯(FEC)碼，該碼占有效載荷的1/3：即數(shù)據(jù)的每10位添加5位前向糾錯碼。在一個15位數(shù)據(jù)/FEC塊中，能修正兩個錯位。

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功能的DH格式更為牢靠。接收設備與發(fā)射設備可以根據(jù)周圍的干擾情況來決定采用哪種包格式。例如，如果一臺設備認為所接收的包有很多錯誤，它會告訴發(fā)射設備以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，藍牙設備能夠根據(jù)具體條件動態(tài)變換數(shù)據(jù)包類型。

當一臺支持BlueCore藍牙設備向一臺不支持CQDDR功能的設備發(fā)送數(shù)據(jù)時，CSR開發(fā)出一種算法可以評估鏈路性能并根據(jù)認可包(ACK)與未認可包(NACK)的比率來調(diào)整傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包格式。但是，當從不支持CQDDR的設備中接收信息時，如果數(shù)據(jù)包被損壞，BlueCore無法采取任何類似措施。

延伸同步連接導向信道(eSCO)技術

eSCO是查錯語音信道，它允許重新傳送損壞的語音數(shù)據(jù)。每個數(shù)據(jù)包都有一個CRC(循環(huán)冗余校驗)，所以接收者可查驗接收到的包是否正確。重傳窗(Retransmission windows)允許重新傳送未被認可的包。eSCO是在藍牙規(guī)范v1.2中引入的。在早期藍牙版本中使用的v1.1 SCO僅利用單時隙數(shù)據(jù)包。而eSCO允許利用3時隙包實現(xiàn)同步語音或數(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100kbps。

圖4：延伸同步連接導向信道技術(eSCO)。

在每個eSCO時刻，主設備發(fā)送一個eSCO包，從設備利用常規(guī)SCO規(guī)則進行響應(即使從設備沒收到主設備發(fā)送的包，也允許它做出響應)。就版本1.1 SCO來說，有3個不同的包間距可選，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)機制可使音頻質(zhì)量所受的的干擾影響減少。

專有技術

除上述機制外，各公司還通過專有技術強化傳輸質(zhì)量。以CSR為例，該公司還為嵌入式應用開發(fā)出一款802.11b/g硬件方案(UniFi)?；谠谇度胧綗o線技術領域的經(jīng)驗，CSR借助優(yōu)先級和信道信令開發(fā)出優(yōu)化措施。目前CSR已實現(xiàn)了這些附加特性，因為既使采取了目前的保護技術，仍會有共存問題。例如，某人利用與無線VoIP電話配套的藍牙耳機進行語音通信。同步藍牙SCO連接信號仍會被Wi-Fi強制發(fā)送的包接受確認信號所打斷，其結(jié)果是使得藍牙鏈路語音質(zhì)量惡化。

借助構(gòu)建在UniFi設備內(nèi)的TDM和CSR公司的專有措施，同步藍牙HV3包不會產(chǎn)生干擾。目前功能先進的手機具有豐富的多媒體特性，而各種多媒體業(yè)務服務質(zhì)量的優(yōu)劣會對用戶體驗產(chǎn)生巨大影響。采用同一家公司的藍牙和Wi-Fi芯片將簡化并加快整合技術過程，并減少供應商的數(shù)量。

本文小結(jié)

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

采用復雜的方法和技術可將這兩種技術集成進體積很小的設備中。諸如ATH、TDM、功率控制和CQDDR等共存系統(tǒng)已經(jīng)使藍牙連接更為牢靠，不過無線設計并非僅限于采用AFH和TDM等技術。通過將高度集成的方案與專有技術相結(jié)合，可減小在同一臺設備中集成藍牙與Wi-Fi這兩種技術所遇到的設計障礙。

對于設計人員而言，最明智的做法可能就是采用藍牙+ Wi-Fi組合方案。諸如CSR的方案強化了將藍牙與Wi-Fi等流行標準互補的用戶體驗，但目前面臨的真正挑戰(zhàn)在于如何實現(xiàn)將藍牙和Wi-Fi整合進同一芯片內(nèi)。

作者：Simon Finch

Wi-Fi戰(zhàn)略業(yè)務部副總裁

CSR公司