蜂窝系统设计者关注新标准

到底需要做什么才能将无线接入功能与广域网(WAN)、局域网(LAN)或个人局域网(PAN)一起集成到一台笔记本电脑中呢？在融合多种无线标准时，设计工程师需要面对RF干扰以及因把无线功能集成到更少的芯片中而引发的体积、成本和电源管理等问题的挑战。虽然现在已可出现前景看好的解决方案，但是只有在芯片技术得到改善和标准化组织做出一些关键的决定之后，更具鲁棒性且成本更低的无线系统才会出现。

Roberto Simmarano

计算部技术项目经理

Craig D. Conkling

无线连接产品部营销经理

飞利浦半导体公司

通用分组无线业务(GPRS)将成为近期蜂窝系统设计者最关注的标准。它可以通过用分组交换覆盖现有GSM网络中的电路交换来实现，且仅需要对网络基础架构进行一次升级。由于GPRS使用的频带与LAN和PAN中使用的2.45GHz工业、科学以及医学(ISM)频带不同，因此不会有干扰问题。

但是，由于无线WAN依赖于蜂窝基础架构，支持无线WAN的系统少于众多支持PAN和LAN的应用和系统。当用户在户外或离开办公室，他们将通过无线WAN接入因特网；而当用户在办公室时，他们将不可避免地切换到PAN或更快、更有效率的LAN上。最初，可以通过一个插在PC卡插槽内的适配器来实现无线WAN接入。

在目前的标准下，综合了无线2.45GHz LAN和PAN连接功能的笔记本电脑事实上存在互相干扰的问题，它也将导致笔记本电脑性能的下降。目前业界的趋势转向在无线PAN中采用蓝牙1.0标准。蓝牙为诸如打印和PDA同步这样的低速率应用定义了最有效率的短程信令机制。802.11b标准的性价比高，能满足当今无线LAN应用的数据传输速率要求，可提供比蓝牙1.0标准更高的数据传输速率。

尽管像RF Lite和Home RF这样的特殊解决方案也存在干扰问题，但是本文的讨论焦点主要集中在蓝牙1.0标准和802.11b标准上，它们很可能将首先在用于企业和家庭网络环境的笔记本电脑上得到实现。

当这两种类型的信号在同一环境中存在时，蓝牙将对802.11b造成干扰。802.11b标准采用直接序列、具有11Mbps原始位速率的扩频信令形式，理论上数据有效载荷为6.25Mbps，净数据有效载荷为5.15Mbps。为了保持同样的误码率，当与接入点的距离加大时，802.11b信号的数据率明显增加。PC与接入点的距离越远，信号越容易受到干扰。当802.11b发射机没有接收到目标系统发出的确认信息包已到达的信号时，它将再次发送数据包。

而蓝牙则采用跳频扩频信令形式，带宽为1Mbps。它在1 MHz 宽的79个信道频谱上大约每秒连续跳越1,600次。本质上，蓝牙经常从频谱中不同的点跳到802.11b信号上，干扰802.11b信号，并阻止信息包的发送。当信息包被“破坏”后，发射系统因不能收到确认信息，就会重新发送，这就导致信息吞吐量的下降。如果802.11b信号特别弱，而蓝牙信号又特别强，802.11b信号上的噪音可能会上升到使连接中断的程度。

蓝牙对802.11b的干扰强于802.11b对它的干扰，其原因在于蓝牙不停地跳到802.11b信号上然后立即跳开，信息包损失很小，而且蓝牙设备能够不停地发送数据。

那么系统设计工程师如何能够控制并减小这种干扰呢？最好的解决方案将是改变标准。国际标准组织目前正在考虑几个修改蓝牙和802.11b标准的提议，以使它们相互之间能共存，并有效地进行互操作。

最著名的共存提议之一是：在802.11b存在的情况下，接收计算机在接收到蓝牙信号时，对蓝牙设备的跳频序列进行限制。

假设一个802.11b信号在79MHz蓝牙频谱中占用两个22MHz信道，同时附近的一个蓝牙设备开始发送信号，这时计算机可能给蓝牙设备发信号，以限制它跳到剩余的35 MHz频段上。或者假设802.11b信号扩展到三个22MHz信道上，当接收计算机发现到蓝牙的存在时，它可能限制蓝牙跳到剩余的13 MHz频段上。尽管蓝牙的位速率会下降，但它的信号将不会干扰802.11b的信号。

由于这个建议将修改已允准的蓝牙跳频序列，它需要获得FCC的批准。根据目前FCC的规则，蓝牙必须至少在75个信道上跳跃。

第二个建议是当802.11b存在时调整蓝牙的信号强度。例如，如果三个22MHz信道都分配给了无线LAN，当蓝牙设备开始发送信号时，接收计算机将通知蓝牙设备降低信号强度，以使其对802.11b连接的影响降至最低。尽管这将减小蓝牙设备发射的距离，但是接收PC将对802.11b信号保持充分的灵敏度，以确保有效的连接和足够的位速率。

这些解决方案将要求改变接收和发射系统的软件及硬件。接收PC将不得不命令蓝牙设备限制频谱或减少信号强度，蓝牙设备则必须理解这个命令。

不幸的是，标准改变之前的蓝牙设备并不具备以上所需的智能特性。因此，即使在标准修改之后，老的蓝牙设备将继续干扰802.11b信号。解决这个问题的唯一办法是进行软件和硬件升级。

控制干扰

由于基于标准的解决方案仍然要在几年后才能实现，现在的设计工程师必须自己对干扰进行控制，但可供他们选择的解决方案十分有限。如果设计者希望开发出一个完全消除PAN-LAN干扰的笔记本电脑，他们必须开发出这样的互操作性软件，即在两者都存在的情况下，使PC能从一个信号切换到另一个信号。换言之，当前的解决方案还做不到这一点。

今天，一个集成了无线 LAN和PAN技术的笔记本电脑要求其每一个子系统都采用一个多芯片解决方案，包括射频、基带和媒介存取控制。未来几年，无线芯片技术将跟随IC发展的标准模式，向芯片更少、集成度更高、成本更低的方向发展。

飞利浦半导体公司很快将发布一个三芯片解决方案，该方案在RF侧的功率放大器和射频元件均采用单独芯片，在数字侧则将MAC、modem和基带集成在一个单芯片上。这种方案最终将被两芯片解决方案取代，后者包括集成的数字芯片及集成射频和功放的芯片。

两芯片解决方案或许能满足PC市场的需要，但是最终，随着芯片技术的进步，两芯片又将被满足多个标准的单芯片取代。

最近几年，高频率芯片设计取得了很大进步。最初，砷化镓(GaAs)是最有效的材料，但是GaAs技术对于低成本、大批量方案而言，成本太高。目前，硅技术、高频率BiCMOS、双极工艺和硅锗等技术也已取得长足的进步，其制造的芯片最高频率可达到2.45GHz。