鄰信道干擾(ACI)的來(lái)源以及射頻設計實(shí)踐

隨著(zhù)無(wú)線(xiàn)聯(lián)網(wǎng)技術(shù)以及其他無(wú)線(xiàn)技術(shù)在無(wú)許可限制的同一頻譜范圍內的迅速推廣應用，Wi-Fi(802.11)產(chǎn)品遭受的射頻(RF)干擾與日俱增，從而嚴重影響無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)(WLAN)的數據吞吐性能。與此同時(shí)，對諸如多媒體音頻與視頻、流媒體、WLAN語(yǔ)音以及其他需要服務(wù)質(zhì)量(QoS)功能與較低分組誤差率的應用等新型WLAN應用，市場(chǎng)要求更高的數據吞吐速率。由于在環(huán)境中對WLAN設備的帶內干擾與鄰帶干擾不斷增加，因此射頻與數字過(guò)濾的設計至關(guān)重要。本文分析了鄰信道干擾(ACI)的來(lái)源以及射頻設計實(shí)踐，通過(guò)此實(shí)踐可以改善WLAN的相鄰信道抑制(ACR)而全面提高其性能。

　　概述

　　在2.4GHz與5.xGHx無(wú)許可限制的頻帶中，ACI問(wèn)題以及改善RF接收機的Wi-Fi與WLAN技術(shù)性能的需求已倍受制造商、系統設計人員、集成商與美國聯(lián)邦通信委員會(huì )(FCC)的關(guān)注。事實(shí)上，在FCC發(fā)布用于802.11WLAN的額外250MHz頻譜(起始于5.4GHz)時(shí)，它就注明了不久將要針對WLAN擁擠頻譜帶調整有關(guān)規定。FCC近期可能發(fā)布一個(gè)“調查通知”(NOI)，以收集有關(guān)建立在該頻譜中設計射頻接收機的政府標準的可能性信息。

　　何謂標樁？

　　在干擾問(wèn)題解決之前，WLAN市場(chǎng)的未來(lái)發(fā)展將大受影響。目前，WLAN接入點(diǎn)設備(AP)或客戶(hù)端基站將受到其它相鄰WLANAP與基站以及在同一無(wú)許可限制的頻帶中運行的非802.11設備的干擾。該情況與移動(dòng)電話(huà)行業(yè)面臨的問(wèn)題類(lèi)似，其使用信道頻率重用解決方案使該問(wèn)題得以解決。隨著(zhù)802.11市場(chǎng)的發(fā)展與WLAN技術(shù)的使用密度不斷增大，該問(wèn)題在如下應用中將愈演愈劣：

　　●公司/企業(yè)部署

　　●密集商務(wù)熱點(diǎn)部署(商業(yè)街等等)

　　●住宅公寓樓宇部署

　　●高密度市內部署

　　許多干擾源會(huì )對WLAN的性能造成不利影響，包括以下非802.11設備：

　　●無(wú)繩電話(huà)(2.4或5.xGHz)

　　●藍牙個(gè)人區域聯(lián)網(wǎng)設備(2.4GHz)

　　●藍牙無(wú)線(xiàn)耳機是特殊的情況

　　●脈沖雷達(美國正在研究將5.4GHz頻帶用于脈沖雷達)

　　●微波爐(在2.4GHz頻帶中50%的忙閑度將產(chǎn)生脈沖干擾)

　　●低能量RF光源(2.4GHz)

　　●采用包括蜂窩、藍牙與WLAN在內的多種無(wú)線(xiàn)技術(shù)的集成設備、手持終端與PDA中假訊號RF噪聲

　　●滿(mǎn)足新興全頻段要求的寬頻帶5GHz設備

　　干擾還可能來(lái)源于相鄰的信道。在這種情況下，802.11系統的RF子系統與數字過(guò)濾的設計還可以對AP或基站的性能造成極大影響。此外，WLAN網(wǎng)絡(luò )的物理設計可以消除帶內干擾的很多反射。通常由信號干擾比率(S/I或SIR)決定WLAN的性能，該比率的定義是數據信號與干擾信號的比率。對于WLAN的性能而言，SIR通常比信噪比(SNR)更加重要。下面的圖1解釋了這一概念。

　　顯然，由商用無(wú)線(xiàn)設備生成的信號不盡完美。的確，從802.11射頻發(fā)出的信號生成超出其許可頻帶范圍的一些能量，稱(chēng)之為邊帶發(fā)射。這種情況也會(huì )出現在其他無(wú)線(xiàn)設備上，如藍牙、無(wú)繩電話(huà)以及其他與802.11占用相同頻帶的設備。雖然通過(guò)過(guò)濾可以將來(lái)自相鄰信道的RF干擾降至最低，但是此干擾還會(huì )生成旁瓣能量(sidelobeenergy)，此能量屬于802.11WLAN信號的通頻帶范圍內。如果ACI比802.11信號強，來(lái)自ACI的邊帶能量將主導信道的噪聲層。如圖2所示。

　　WLANRF接收機可以設計為帶有有效的ACR，其可發(fā)送約具有802.11信號0.10帶寬的窄帶信號。這些窄帶信號包括無(wú)繩電話(huà)以及藍牙信號。然而，寬帶ACI可生成大量進(jìn)入802.11接收機通頻帶的邊帶能量。在這些條件下，鏈路裕度的數量或SIR的大小將對WLAN的數據吞吐量造成決定性的影響。

　　提供可跨越全世界無(wú)許可限制頻帶中所有頻率的5.xGHz射頻架構是無(wú)線(xiàn)行業(yè)的發(fā)展趨勢。下圖(圖3)展示了這些所謂的全頻段射頻是如何從5.150GHz到5.875GHz運行的。若此波段射頻含有將于2007年生效的日本分配，則該范圍還可以擴展到從4.9GHz到5.875GHz。假設此頻帶中存在某些高功率干擾源，如雷達與導航系統，那么全頻段射頻還需要一些級別的信道選擇性過(guò)濾才能避免由這些高功率干擾源造成的任何性能下降。

　　以上述內容為背景，本白皮書(shū)的其余內容將主要介紹以下內容：

　　●可以對干擾提供相鄰信道抑制(ACR)的RF接收機設計；

　　●ACR過(guò)濾技術(shù)，可以在藍牙與802.11技術(shù)共存于同一產(chǎn)品平臺上的嵌入式應用中實(shí)施該技術(shù)。特別強調在無(wú)線(xiàn)耳機中遇到的問(wèn)題；

　　●在密集的用戶(hù)環(huán)境中由相鄰802.11單元(cell)產(chǎn)生的干擾。

　　提供ACR的接收機設計

　　RF系統抑制源自相鄰信道干擾的能力主要取決于接收機的架構。雖然目前可以使用幾種接收機架構，但是由于在WLAN系統中普遍使用直接轉換(DC)與雙通道轉換或超外差(super-het)架構，因此本白皮書(shū)只對這兩種架構進(jìn)行分析。

　　為了在WLAN接收機的設計中融入有效的ACR功能，必須在接收機鏈路中考慮兩個(gè)要點(diǎn)。如下所示：

　　●低噪聲放大器(LNA)與IP3的輸入信號飽和度；

　　●在系統的信號基帶處理器中模數轉換器(A/D)的當前信號級別。

　　在802.11系統中，大多數LNA的輸入信號級別在-20到-30dBm之間達到飽和。如果出現了超過(guò)此級別的強輸入信號，LNA將停止提供增益，并且實(shí)際上將抑制信號的非線(xiàn)性失真。精心設計的LNA能夠以高達-10至-15dBm的輸入級別進(jìn)行操作。當輸入信號超過(guò)-10至-15dBm時(shí)，一些系統能夠繞過(guò)LNA。從而使輸入信號可高達+4dBm，但是折衷的結果是造成較低的接收機靈敏度。

在LNA的RF處理鏈路的另一端將輸入系統的A/D轉換器。這些轉換器具有有限的動(dòng)態(tài)范圍。因此，無(wú)法過(guò)濾出ACI，從而造成數字噪聲層在接收的信號中占據主導地位。假設WLAN射頻設計為至少具有20dB的數字過(guò)濾，那么ACI噪聲與802.11信號在A(yíng)/D上的信號功率應該是相同的(相等功率點(diǎn))。

　　表1顯示了2.4GHz頻帶中干擾源的示例。此表中有效的干擾數字(第5列)解釋了LNA的飽和點(diǎn)之所以如此重要的原因。

　　表1中的大多數干擾源均為窄帶設備，如：無(wú)繩電話(huà)或藍牙產(chǎn)品等。在很多情況下，該類(lèi)產(chǎn)品可以在一米之內或WLAN客戶(hù)端設備中進(jìn)行操作。即使有傳播損失，這些干擾源仍然可以為位于802.11接收機鏈路一端的LNA提供高達0dBm。

　　802.11接收機架構

　　圖4將超外差接收機架構與DC接收機架構之間的差別進(jìn)行了對比。此示例假設源自無(wú)繩電話(huà)的相鄰窄帶強干擾為-15dBm，并且接收的WLAN信號級別的目標是-80dBm。也就是說(shuō)在干擾與WLAN信號之間的接收功率相差將近65dBm。這種情況很容易發(fā)生，如某用戶(hù)可能一邊在與本地WLAN相連的便攜電腦上進(jìn)行工作，一邊用無(wú)繩電話(huà)聊天。