使用自適應跳頻提高藍牙與802.11的共存性
加入技術(shù)交流群
摘要：藍牙是一種低費用、低功率的無(wú)線(xiàn)連接技術(shù)，運行在2.4GHz非授權的共享ISM頻段。藍牙技術(shù)現在所面臨的最大挑戰是，解決它與其它運行在該共享頻段內設備的共存問(wèn)題。這些設備包括無(wú)繩電話(huà)、微記和無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)，如802.11b。本文描述解決該問(wèn)題的一種非協(xié)作性共存技術(shù)和自適應跳頻技術(shù)（AFH）。
藍牙是運行在2.4GHz非授權ISM頻段上的短距離無(wú)線(xiàn)技術(shù)，可用作線(xiàn)纜替代技術(shù)或一種先進(jìn)的個(gè)人局域網(wǎng)技術(shù)。由于對ISM頻段的接入沒(méi)有限制，藍牙設備將受到很重要的干擾。干擾源可能是微波爐、無(wú)繩電話(huà)等，也可能來(lái)自無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)，如802.11b。在藍牙規范1.1版本中，采用79跳的偽隨機跳頻鄰 列來(lái)克服衰落和其它一些干擾，但是這種跳頻機制沒(méi)有考慮當前ISM頻譜占用的情況。自適應跳頻（AFH）機制正是根據目前共享頻率而產(chǎn)生的干擾所提出的較好的共存機制。它通過(guò)改變藍牙跳頻機制，減少跳頻數來(lái)避免沖突。
1 自適應跳頻技術(shù)基本原理
自適當跳頻是一種避免固定頻率干擾的方法。對藍牙而言，AFH可以劃分為以下四個(gè)部分：
信道分類(lèi)――一個(gè)信道一個(gè)信道地檢測干擾源的方法（每個(gè)信道1MHz）；
鏈路管理協(xié)議――向藍牙網(wǎng)絡(luò )中其它成員協(xié)調并分布AFH信息（通過(guò)LMP命令完成）；
跳頻序列改變――通過(guò)有選擇性地減少跳頻信道數來(lái)避免干擾；
信道維持――周期性地重新評估信道的方法。
信道分類(lèi)是通過(guò)檢測干擾網(wǎng)絡(luò )下藍牙跳頻信道的質(zhì)量，把信道分為“好”信道或“壞”信道；可采用RSSI測量、連續分組錯誤、分組錯誤平均數等幾種不同的檢測方法。不管采用何種分類(lèi)技術(shù)，都是通過(guò)衡量信道質(zhì)量（1MHz信道上）來(lái)評估每個(gè)信道是“好”是“壞”，然后微網(wǎng)運用鏈路管理協(xié)議來(lái)協(xié)調和分布信道信息。網(wǎng)絡(luò )內任何設備的信道測量無(wú)論發(fā)生在何處，主設備都將分布信道更新信息。根據信道分類(lèi)，主設備通過(guò)發(fā)送鏈路管理協(xié)議命令來(lái)通知從設備已經(jīng)從信道表中加入或取消了哪些頻率。這就意味著(zhù)，一個(gè)微網(wǎng)要使用自適應跳頻，主設備必須具有AFH功能。
一旦確定了一組“好”信道，每個(gè)設備就需要更改它們的跳變設置，以避免使用“壞”信道（更改跳頻序列）。該跳頻更改需要在任何通信設備保持同步（包括時(shí)間和頻率）。
由于避免了“壞”信道的使用，藍牙微網(wǎng)將使用一個(gè)較小的頻率集，FCC規定最少必須使用15個(gè)信道。這樣就需要周期性地進(jìn)行信道分類(lèi)、管理和更新的過(guò)程（信道維持），以便更改跳頻序列。由于干擾環(huán)境可能會(huì )改變，信道維持的規律性也需要同睡眠和功率耗費模式進(jìn)行協(xié)調。
根據以上自適應跳頻技術(shù)原理，圖1給出了藍牙自適應跳頻序列產(chǎn)生流程。
信道“好”時(shí)，不需重新映射信道；當信道為“壞”時(shí)，需要一個(gè)“好”信道。當“壞”信道被選出，跳頻內核從“好”信道集合中選一個(gè)信道來(lái)代替它。對于未能替代，而又必須使用的“壞”信道，仍將存在于自適應跳頻序列中。這種頻率替代方法可以在相同的微網(wǎng)內提高AHF設備與非AFH設備兼容性。
2 兩種跳頻機制的對比
為了說(shuō)明起來(lái)更明確，我們以一個(gè)藍牙微網(wǎng)和一個(gè)802.11b網(wǎng)絡(luò )為例，對藍牙79跳頻機制和AFH機制進(jìn)行討論和對比。
圖2描述了未采用AFH機制時(shí)，藍牙與802.11在ISM頻段的頻率占用情況。其中藍牙仍采用79跳頻序列，802.11占用ISM頻段中的約22MHz固定帶寬頻率。
藍牙是以每秒鐘切換1600次載波的頻率跳躍方式的頻譜擴散技術(shù)來(lái)收發(fā)電波信號的，每個(gè)載波的帶寬為1MHz。在現行規范中，使用時(shí)在79個(gè)不同載波之間進(jìn)行切換。IEEE802.11b使用的頻率信道的帶寬約為22MHz，而且前提是采用固定信道。
圖2和圖3
顯然，圖2中的兩種技術(shù)將會(huì )發(fā)生頻率重疊，如果運用兩種技術(shù)的設備相距較近，會(huì )產(chǎn)生沖突干擾。因為802.11b采用固定的頻率，而藍牙進(jìn)行跳頻選擇，可對藍牙設備采用一定的頻率避免機制，將藍牙的頻率跳變范圍限制在相當于IEEE802.11b的一個(gè)頻帶22MHz帶寬之內。
圖3所示，藍牙微網(wǎng)中的設備對每個(gè)1MHz信道進(jìn)行評估，信道被分為“好”或“壞”，并且信道的信息被分布給微網(wǎng)內的所有設備。由于802.11b WLAN的存在，“壞”信道主要包含在被802.11b系統占用的22MHz信道。
圖3描述了當一個(gè)“壞”信道被確定時(shí)，為避免使用被802.11b占用的“壞”信道，跳頻內核從“好”信道集合中選出一個(gè)“好”信道進(jìn)行替代。其它“壞”信道也用同樣的方法進(jìn)行替代，從而使藍牙設備避開(kāi)使用被802.11b占用的信道。
藍牙AFH機制有利于降低快速增長(cháng)的ISM頻帶擁塞。AFH尤其適用于減弱像802.11b這樣的固定頻率的設備產(chǎn)生的干擾。通過(guò)避免已占用頻譜來(lái)提高藍牙鏈路傳輸的吞吐量以及可靠性；同時(shí)，因為藍牙設備不在已用頻帶跳頻，也提高了802.11的數據傳輸吞吐量和語(yǔ)音質(zhì)量。由于藍牙系統和802.11系統的沖突減少了，兩個(gè)系統的重傳次數也會(huì )相應減少，當然在ISM頻帶內的干擾也少了。這樣，藍牙設備和802.11等其它共享ISM頻段的設備就可以通過(guò)簡(jiǎn)單AFH機制實(shí)現共存。
3 小結
AFH是一種對藍牙和IEEE802.11b使用的頻率進(jìn)行分離的技術(shù)。在A(yíng)FH中，藍牙的頻率跳變范圍避開(kāi)了IEEE802.11b的頻帶。這樣就可以在不對IEEE802.11b使用的22MHz工造成影響的情況下，完成藍牙的數據收發(fā)。由于這種方法不會(huì )降低無(wú)線(xiàn)LAN與藍牙的數據傳輸速度，而且不必對IEEE802.11b進(jìn)行任何處理，因此實(shí)用性很高。當然，隨著(zhù)干擾源的增加，更多的“壞”信道將會(huì )從自適應跳頻序列中取消，“好”信道數也越少。FCC規定藍牙自適應跳頻信道數不能少于15，如果可用的“好”信道數少于15，藍牙系統就不得不使用一些“壞”信道。因此，當干擾過(guò)多時(shí)，AFH機制也不能完全避免系統吞吐量和可靠性的降低。
評論