如何减轻个人电脑外设对802.11n的干扰？

作者：Tony Xia

Cypress半导体公司

动态序列扩频(DSSS)技术能够减轻11n的干扰。在802.11n委员会内部未对减轻干扰问题而达成一致意见，因此，可能要采用专有的解决方案。

虽然IEEE LAN/WAN标准委员会的11工作组仍然与领先的解决方案提供商一道就该标准的批准而工作，但是，具备802.11n功能的产品已经在消费者中获得了流行，因为它的性能比广泛采用的802.11b/g应用产品有所提高。

许多消费电子OEM已经开始发布具备802.11n功能的产品。例如，苹果公司的苹果电视就是以IEEE 802.11n草案为基础，让消费者能够通过软件配置释放其性能。

在2007年1月，IEEE批准了802.11n 2.0草案，Wi-Fi联盟在2007年6月利用准标准版本开始认证各种产品。据预测，802.11n技术可能最终获得更大的市场占有率，并以改进的带宽和通信距离而取代802.11b/g。

然而，802.11n有可能造成与802.11a/b/g网络和无线PC外围设备工作在相同频率的潜在问题，这就鲜为人知了。

目前，出于后向兼容的原因，准802.11n消费电子产品通常工作在2.4 GHz频段。802.11n具有一个540 Mbps的理论最大数据率(典型值为200Mbps)，并且通信距离远达50米。

802.11n信号占用更大的带宽(40MHz)以实现更高的数据吞吐量，并且它还需要更高的输出功率以实现更长的发射距离。

实现更高数据率所采用的方法就是在发射和接收应用中采用多天线架构。这被称为多输入多输出(MIMO)系统。

正因为如此，一个MIMO系统给其它消费电子设备引入了更大的干扰影响。该影响带来两个挑战：1. 高带宽造成的更大边带效应会降低信噪比(SNR)；2. 更宽的带宽还意味着工作在相同的2.4 GHz频段的其它设备的干净信道被减少了。

这些干扰问题在采用基于2.4 GHz无线技术标准的现有产品的设计中就普遍存在，如蓝牙(802.15.1)和Zigbee(802.15.4)。

此外，这些无线技术标准从成本和电池寿命方面看，都不是无线人机接口应用的理想选择。认识到这些问题的个人电脑外设OEM正采用专有的2.4 GHz无线解决方案。这些供应商从进一步降低BOM成本、延长发射距离和电池寿命等特殊的应用考虑来设计他们的产品。在这些产品中最终决定系统的可靠性和质量的主要区分的因素就是它们的RF干扰免疫性性能。

对于产品经理来说，挑战在于为他们的个人电脑外设应用而选择专有的2.4 GHz解决方案，从而能够与其它基于2.4 GHz的电子设备共存并仍然维持很好的性能。

除了来自蓝牙设备、无绳电话、微波炉和现有802.11b/g Wi-Fi网络的RF干扰信号之外，即将来临的802.11n技术将对专有的2.4 GHz无线个人电脑外设应用产生致命的干扰。一个良好的2.4 GHz射频产品将需要解决两方面的问题，以便为个人电脑的外设系统提供可靠的RF链路。

为了克服第一个挑战，2.4 GHz PC外设设备可能简单地被放置在远离干扰源的地方。然而，有时侯无法这么做，因为无线接收dongle就连接在USB主机上，因此，可能非常接近台式机或笔记本计算机的802.11n发射器。

降低802.11n网络的功率输出是一种替代解决方案，但是，数据吞吐量将被降低，因而会抵消采用802.11n技术的目的。

因此，PC外设设备需要采用一种能够以较高的功率输出(大于0dBm)发射和以较高的灵敏度接收的无线电设备。这些性能应该被结合到无线电硬件之中。此外，该无线电设备需要能够自动和快速地重试发射，如果第一次发射失败的话。共存问题是两方面的事实组合的结果：1) 802.11n信号占用更大的带宽，因而降低了ISM频段中的可用信道数；2) 因为边带效应更高，SNR被降低，所以，可用信道也非常嘈杂。在这种情形下，要在基于无线电硬件的性能上采用一种鲁棒和捷变的无线协议来管理和处理发射及接受的数据。

无线协议必须足够捷变以智能地确定干扰信号的强度并跳到噪声较低的信道，以避免干扰源，甚至在数据传输之前。

如果无线电设备具有一种硬件阻塞功能作为接收信号强度指示器(RSSI)，这可以被实现。此外，在数据传输期间，如果新的干扰源被打开，接收器和发射器应该能够同步地选择另外一个信道并在不中断RF链路连接性的情况下跳到新的信道。

所有这些过程对于最终用户也都应该是透明的。这类捷变性的例子如下图1所示，它说明了当由无线电设备检测到Wi-Fi干扰信号时，Cypress半导体公司的PRoC LP家族器件所提供的无线协议如何找到并跳到一个干净信道的过程。

图1：频率捷变硬件和固件。

数据编码和解码所采用的方法决定协议的鲁棒性。数据编码的一种方法是采用动态序列扩频(DSSS)。在这种方法中，在一个字节中的每一比特都利用伪噪声(PN)码来编码成多个比特(PN码)。

某些被称为乘法码的编码具有最小的交叉校正特性，意味着它们不易于受到同信道中重叠发射的干扰。较高的数据率可以用较短的PN码实现(如32比特)，而较长的数据通信距离可以用较长的PN码来实现(如6?比特)。

可用信道的数量和PN码创造如此多的排列，以至于几百台无线电设备可以在相同的工作空间中工作，因为发射器和接收器必须采用相同的PN码及通信信道。

在具备802.11n功能的环境下，即使802.11n的发射信道与2.4 GHz PC外设所采用的信道没有重叠，因SNR被降低，这些信道仍然比较嘈杂，所以，PN码极大地改进了RF链路的鲁棒性。

下图2描述了32比特PN码如何被用于对采用DSSS的一个字节的数据进行编码的过程。

图2：采用PN码的直接序列扩频。

在面临802.11n干扰的危险环境中，具有较高输出功率和接收灵敏度级别的2.4 GHz无线电设备，利用鲁棒和捷变的协议能够提供生存的几率。

此外，在无线接口应用中，还要考虑无线电固定/配对、数据加密、无线电有效载荷、功耗、接收确认等问题。选择一种解决上述所有设计考虑的解决方案的项目经理，将提供具有最佳用户满意度的2.4 GHz无线个人电脑外设产品。

作者简介

Tony Xia是Cypress半导体公司的无线解决方案产品经理。