利用先進(jìn)技術(shù)保證藍牙/Wi-Fi共存系統服務(wù)質(zhì)量

目前藍牙和Wi-Fi|0">Wi-Fi技術(shù)在筆記本電腦、PDA、個(gè)人多媒體播放器和手機等設備中已開(kāi)始共存發(fā)展。

無(wú)線(xiàn)VoIP電話(huà)和多模手機等設備甚至需要支持藍牙和Wi-Fi同時(shí)工作，這為芯片設計人員提出了更高要求。如果在開(kāi)發(fā)過(guò)程中沒(méi)有經(jīng)過(guò)深思熟慮就將藍牙和Wi-Fi嵌入到同一個(gè)設備中，其結果可能會(huì )導致產(chǎn)生干擾從而影響用戶(hù)體驗。

藍牙和Wi-Fi都工作在2.4GHz ISM頻段，盡管二者所用頻譜不同，但如果Wi-Fi接收器在接收Wi-Fi信號時(shí)感應到藍牙信號，那么仍會(huì )產(chǎn)生干擾。藍牙接收器也會(huì )發(fā)生同樣的情況。除了與其它無(wú)線(xiàn)標準共存所帶來(lái)的挑戰外，微波爐等家電也可能中斷藍牙通信連接，這類(lèi)家電在工作時(shí)會(huì )輻射出RF能量，但由于成本和工程方面的限制，這種干擾只能在一定程度內得到抑制。

盡管存在這種來(lái)自周?chē)h(huán)境的RF干擾，但藍牙和Wi-Fi技術(shù)還是得到消費者越來(lái)越廣泛的認同，尤其是過(guò)去6年以來(lái)，藍牙產(chǎn)品和無(wú)線(xiàn)LAN網(wǎng)絡(luò )已出現在許多家庭中。這兩種技術(shù)都工作在2.4GHz頻率范圍內，二者共存是優(yōu)先考慮的因素，目前為防范干擾研發(fā)人員已開(kāi)發(fā)出若干詳盡措施。

為限制ISM頻段內任何單一區段的發(fā)射功率，藍牙和Wi-Fi都強制要求在數據傳輸時(shí)采用擴展頻譜技術(shù)。藍牙采用跳頻擴頻(FHSS)技術(shù)在相對較窄的1MHz帶寬內發(fā)射數據包。窄帶信號的頻率以1600跳/秒的速率在可用的79條信道內跳變。通過(guò)在該頻譜內跳頻，信號功率被分布在整個(gè)頻段。發(fā)生常規干擾時(shí)，藍牙和Wi-Fi信號交疊可能導致接收數據包的過(guò)程中斷，從而導致包錯誤。距離很近的天線(xiàn)可在第二個(gè)系統工作時(shí)導致前端交疊干擾。

隨著(zhù)藍牙規范的發(fā)展，已增加了可使藍牙與Wi-Fi及其它潛在干擾源易于共處的若干新技術(shù)。下文將介紹已經(jīng)付諸實(shí)施的幾種技術(shù)。

自適應跳頻技術(shù)

在由Bluetooth SIG 開(kāi)發(fā)的v1.2藍牙規范中引入了自適應跳頻(AFH)技術(shù)，為藍牙射頻提供了有效抵消常規干擾的途徑。AFH可識別出“壞”信道，在這些信道處地方會(huì )出現其它設備干擾藍牙信號或藍牙信號干擾其它設備的情形。

支持AFH的藍牙設備能在其微微網(wǎng)內與其它設備進(jìn)行通信，共享可鑒別出的壞信道的詳細信息。設備會(huì )切換到可用的“好”信道，從而遠離干擾源，這樣對所用的帶寬就不會(huì )產(chǎn)生影響。為使AFH發(fā)揮作用，對壞信道的鑒別必須準確而且常規干擾必須是唯一的干擾形式。圖1表明了AFH的工作原理。

圖1：采用AFH技術(shù)可提高藍牙與802.11的共存性。

CSR公司BlueCore藍牙芯片的初始設置允許在4秒左右的時(shí)間內對來(lái)自新干擾源的干擾采取自適應措施。信道跳轉(Channel skipping)為符合藍牙v1.1規范的設備提供了AFH功能，只要開(kāi)啟AFH功能，在連接用戶(hù)時(shí)，立體聲音頻流和單聲道耳機等對時(shí)間性要求很?chē)栏竦拿襟w應用基本上不受影響。

時(shí)分復用技術(shù)

時(shí)分復用(TDM)技術(shù)是用于解決AFH無(wú)能為力的前端交疊干擾的一種方法。該方法最初是為保護802.11b/g Wi-Fi傳輸免受藍牙干擾而引入的，當Wi-Fi在ISM頻段工作時(shí)，它將關(guān)斷除高優(yōu)先級藍牙外的所有藍牙傳輸。

該方法類(lèi)似信道跳轉，會(huì )犧牲部分藍牙帶寬，但損失的帶寬部分與802.11b/g的占空比成比例。因此，若802.11b/g處于空閑狀態(tài)，鏈路保持傳輸的帶寬損失只有2%~3%，用戶(hù)覺(jué)察不到。

圖2：采用時(shí)分復用(TDM)技術(shù)。

為提升TDM效率，必須有與802.11b/g射頻活動(dòng)有關(guān)的準確信息。無(wú)線(xiàn)技術(shù)公司CSR采用一個(gè)WLAN_Active硬件信號以確保當802.11b/g信號工作時(shí)能得到保護。

不過(guò)有時(shí)也要保護藍牙信號免受802.11b/g的干擾，為此，CSR公司開(kāi)發(fā)出一種可選信號BT_Priority，當在收發(fā)一個(gè)重要藍牙數據包時(shí)，該信號將給出指示。該信號可保護使用HV3包的SCO音頻，它是單聲道耳機使用最廣泛的流音頻格式。

信道質(zhì)量驅動(dòng)數據傳輸率(CQDDR)

存在DH和DM兩種形式的數據包，它們分別采用高、中兩種帶寬。DH包可在包內傳輸更多的數據，但是如果包部分損壞，則必須重新傳送整個(gè)包以恢復數據。DM包含有前向糾錯(FEC)碼，該碼占有效載荷的1/3：即數據的每10位添加5位前向糾錯碼。在一個(gè)15位數據/FEC塊中，能修正兩個(gè)錯位。

DM包格式也許降低了最大的數據速率，但比那些不具備糾錯功能的DH格式更為牢靠。接收設備與發(fā)射設備可以根據周?chē)母蓴_情況來(lái)決定采用哪種包格式。例如，如果一臺設備認為所接收的包有很多錯誤，它會(huì )告訴發(fā)射設備以DM包格式發(fā)送該數據。如果鏈路很“清凈”，它允許另一端切換回DH包格式。圖3演示了這種通信交互。

圖3：借助CQDDR技術(shù)，藍牙設備能夠根據具體條件動(dòng)態(tài)變換數據包類(lèi)型。

當一臺支持BlueCore藍牙設備向一臺不支持CQDDR功能的設備發(fā)送數據時(shí)，CSR開(kāi)發(fā)出一種算法可以評估鏈路性能并根據認可包(ACK)與未認可包(NACK)的比率來(lái)調整傳輸的數據包格式。但是，當從不支持CQDDR的設備中接收信息時(shí)，如果數據包被損壞，BlueCore無(wú)法采取任何類(lèi)似措施。

延伸同步連接導向信道(eSCO)技術(shù)

eSCO是查錯語(yǔ)音信道，它允許重新傳送損壞的語(yǔ)音數據。每個(gè)數據包都有一個(gè)CRC(循環(huán)冗余校驗)，所以接收者可查驗接收到的包是否正確。重傳窗(Retransmission windows)允許重新傳送未被認可的包。eSCO是在藍牙規范v1.2中引入的。在早期藍牙版本中使用的v1.1 SCO僅利用單時(shí)隙數據包。而eSCO允許利用3時(shí)隙包實(shí)現同步語(yǔ)音或數據。這意味著(zhù)與64kbps固定速率的v1.1相比，eSCO的連接速率可超過(guò)100kbps。

圖4：延伸同步連接導向信道技術(shù)(eSCO)。

在每個(gè)eSCO時(shí)刻，主設備發(fā)送一個(gè)eSCO包，從設備利用常規SCO規則進(jìn)行響應(即使從設備沒(méi)收到主設備發(fā)送的包，也允許它做出響應)。就版本1.1 SCO來(lái)說(shuō)，有3個(gè)不同的包間距可選，它們都提供相同的64kbps速率。盡管eSCO信道不能積極處理或避免干擾，但重發(fā)機制可使音頻質(zhì)量所受的的干擾影響減少。

專(zhuān)有技術(shù)

除上述機制外，各公司還通過(guò)專(zhuān)有技術(shù)強化傳輸質(zhì)量。以CSR為例，該公司還為嵌入式應用開(kāi)發(fā)出一款802.11b/g硬件方案(UniFi)?；谠谇度胧綗o(wú)線(xiàn)技術(shù)領(lǐng)域的經(jīng)驗，CSR借助優(yōu)先級和信道信令開(kāi)發(fā)出優(yōu)化措施。目前CSR已實(shí)現了這些附加特性，因為既使采取了目前的保護技術(shù)，仍會(huì )有共存問(wèn)題。例如，某人利用與無(wú)線(xiàn)VoIP電話(huà)配套的藍牙耳機進(jìn)行語(yǔ)音通信。同步藍牙SCO連接信號仍會(huì )被Wi-Fi強制發(fā)送的包接受確認信號所打斷，其結果是使得藍牙鏈路語(yǔ)音質(zhì)量惡化。

借助構建在UniFi設備內的TDM和CSR公司的專(zhuān)有措施，同步藍牙HV3包不會(huì )產(chǎn)生干擾。目前功能先進(jìn)的手機具有豐富的多媒體特性，而各種多媒體業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量的優(yōu)劣會(huì )對用戶(hù)體驗產(chǎn)生巨大影響。采用同一家公司的藍牙和Wi-Fi芯片將簡(jiǎn)化并加快整合技術(shù)過(guò)程，并減少供應商的數量。

本文小結

盡管存在著(zhù)互擾和功耗問(wèn)題，藍牙和Wi-Fi技術(shù)自推出以來(lái)還是取得了很大發(fā)展。借助新的芯片架構、低功耗模式和軟件方法，設計工程師在使藍牙和Wi-Fi芯片更節能、更可靠等方面取得了長(cháng)足進(jìn)展，他們一直努力探究以提供最好的抗干擾及低功耗方案。

采用復雜的方法和技術(shù)可將這兩種技術(shù)集成進(jìn)體積很小的設備中。諸如ATH、TDM、功率控制和CQDDR等共存系統已經(jīng)使藍牙連接更為牢靠，不過(guò)無(wú)線(xiàn)設計并非僅限于采用AFH和TDM等技術(shù)。通過(guò)將高度集成的方案與專(zhuān)有技術(shù)相結合，可減小在同一臺設備中集成藍牙與Wi-Fi這兩種技術(shù)所遇到的設計障礙。

對于設計人員而言，最明智的做法可能就是采用藍牙+ Wi-Fi組合方案。諸如CSR的方案強化了將藍牙與Wi-Fi等流行標準互補的用戶(hù)體驗，但目前面臨的真正挑戰在于如何實(shí)現將藍牙和Wi-Fi整合進(jìn)同一芯片內。

作者：Simon Finch

Wi-Fi戰略業(yè)務(wù)部副總裁

CSR公司