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如何解决手机中的WiMax、蓝牙和Wi-Fi共存问题

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从单功能蜂窝电话到具有丰富连接功能的各种多模多媒体设备,移动电话的发展非常迅速。这种发展趋势同时有益于用户、运营商、网络服务提供商和应用开发人员,但对手机OEM商来说却意味着难度越来越高,因为不同的无线协议之间存在着难以处理的干扰问题。比如:

1.蓝牙:这是中端/高端手机中的标配功能,可以提供耳机、笔记本(无线PC modem和/或同步功能)以及打印机等外设的短距离连接。

2.Wi-Fi:可以让用户接入互联网,打VoIP电话。

3.WiMax:很快会将与Wi-Fi相同的功能扩展到更远的距离,并且性能更加稳定。

手机制造商几年前就认识到,蓝牙和Wi-Fi(2.4GHz频带)的频率非常接近,而且它们的天线靠在一起,再加上两种协议完全不协调的事实,最终将导致发生故障的严重性能挑战。蓝牙和Wi-Fi芯片组供应商在产品中增加了共存接口,实现了在共享无线频率媒介上的仲裁,以防止冲突和信号劣化,从而有效解决了这一难题。

随着移动WiMax(IEEE802.16e)的推出,OEM又面临新的干扰挑战,这是因为新的WiMax协议工作在多个频带(在WiMax术语中定义为“模式”),而最常用的是2.3-2.4GHz和2.5-2.7GHz。这种频率区间虽然比蓝牙和Wi-Fi之间的大,但仍不足以避免共存问题的发生。

一个典型的使用场合是,用户一边利用蓝牙耳机进行蜂窝通话,一边通过电话的WiMax无线链路下载电子邮件或浏览互联网,这时确保无线接口共存的完美机制就很有必要。如果没有这种机制,话音质量和数据包吞吐量下降将导致用户体验低劣。由于有越来越多的最终用户使用蓝牙和Wi-Fi配件(如蓝牙耳机,Wi-Fi路由器),因此最佳解决方案必须能与已经投入使用的设备一起工作,而不是去修改现有设备。

WiMax和蓝牙干扰

上述情景将用来分析从WiMax发射到蓝牙无线链路的干扰模式,并确定其影响。图1所示是一个由蓝牙耳机和带WiMax功能的移动电话组成的系统。蓝牙耳机的发射功率是0dBm。在耳机天线处收到的信号电平是-40dBm。蓝牙规范要求接收器能够处理最高为-27dBm的干扰信号。

本例中手机的WiMax发射器工作在2.5-2.7GHz频带。WiMax功放(PA)的输出功率可能高达+25dBm。WiMax和蓝牙发射天线彼此靠得很近,用户的手或手机摆放的表面通常会在它们之间造成10dB的路径损耗。这样一来,在蓝牙带通滤波器(BPF)输入端产生的信号电平为+15dB。BPF必须能够通过高达2.48GHz的频率(最高的蓝牙跳频),因此无法抑制超过3dB的无用WiMax信号,故至少有+12dB的干扰信号被传递到蓝牙低噪放大器(LNA)。

图1:由蓝牙耳机和带WiMax功能的手机构成的通信系统。
图1:由蓝牙耳机和带WiMax功能的手机构成的通信系统。

假定蓝牙抑制能力为-27dBm,那么很明显无法有效抑制掉WiMax信号,这样就会发生阻塞。另外,蓝牙LNA输入端如此强的信号可能会超过LNA的最大额定输入功率,最终导致严重的可靠性问题。

为了便于讨论,本文规定“本端”代表使用手机的一方,“远端”代表正在通话的另一方。只要手机的蓝牙接收电路被WiMax发射信号阻塞,远端就会听到“喀喇”声。

WiMax阻塞对本端的影响程度稍低些,因为从手机到耳机存在较高的路径损耗,但对本端端点的干扰也不能被完全忽略。这种“喀喇”声发生的概率异常的高。假设在以下场合(后文有解释),手机中的蓝牙接收器最多有1/6的时间在用。根据WiMax的使用情况,随着流量的增加,在较高频率处,蓝牙接收器将会被阻塞。如上所述,蓝牙发射对WiMax接收有负面影响,但不是很严重。

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