蓝牙与802.11b的干扰与共存问题(2004年)资源-CSDN文库

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文章编号 :1000-1506(2004)02-0001-07

蓝牙与 802 .11

的干扰与共存问题

朱刚 ,谈振辉

(北京交通大学电子信息工程学院 ,北京 100044)

摘要 :由于使用相同频段 ,使得蓝牙网络与

IE EE

802 .11

无线局域网之间存在干扰 ,严重

影响系统正常工作 .本文首先分析了蓝牙网络与

IEEE

802 .11

无线局域网之间存在干扰情

况 ,然后对于克服干扰实现两者共存诸方法进行分析与评述 ,以期为相关问题的深入研究给出

背景 .

关键词 :无线通信 ;蓝牙 ;无线个域网 ;

IEEE

802 .11

;无线局域网 ;干扰 ;共存机制

中图分类号 :

919 .1 文献标识码 :

The Interfere nce and Co exist ence Be tween

Bluetooth and

802 .11

ZHU Gang

TAN Zhen _ hui

(

School o f Elec tr onic s a nd Inf ormation Engin eeri ng

B ei jin g Jia oto ng Uni vers ity

Beijing

100044 ,

China

)

Abstract

Since using the sam e frequency band

there is interference b etween bluetooth network

and IEEE

802 .11

b wireless lo cal area netw ork

which impacts the two systems severely

Inorder

to pro v id e ba c kgr o und fo r de e p res e arch o n co rrel ative pr ob l em s

this paper first inv estigates the

inte rferences between the blueto oth network and IEEE

802 .11

b wireless lo cal area network

Then

the paper analy zes and overviews the various methods of overc oming the interference and

realizing the coexistence of both systems

Key words

wireless c ommunication

;

bl u eto oth

;

wireless personal area network

;

IEEE

802 .11

;

wi rel e ss l oca l are a n etw ork

;

interfer enc e

;

co existence me chanism

目前 ,作为新兴无线通信技术(使用

IS M

2.4

GHz

开放频段)的无线个域网络(

WPAN

)与无线局

域网络(

WLAN

)正在迅速发展 .作为

WP AN

主导技

术的蓝牙(

Bluetooth

)目的是取代有线连接 ,能

够支持 10

范围内的 700

数据或语音传输 .

目前主要应用包括无线耳机、个人数字助理(

PD A s

)

与计算机通信 ,计算机及其外设如键盘打印机实现

无线连接等 ,预计到 2004 年蓝牙产品市场需求将达

到8亿套

[1]

WLAN

包括几种相互竞争的技术 ,目

前市场情况表明

Wi_Fi

(

IEEE

802 .11

)有可能发展

成为主流技术 .

Wi_Fi

提供 11

传输速率 ,覆盖

范围可达 100

,主要应用包括因特网接入、

以及家庭或办公室范围灵活自由地共享文件 ,预计

2004 年

WLAN

市场需求达 500 万套 ,安装运行的

系统将达到 2 000 万套

[2]

在众多无线个域网和无线局域网技术中 ,没有

一种技术能够以最佳方式同时满足不同需求 ,因此

需要根据不同应用采用特定技术 .

与

Wi_Fi

是近

年来普遍受到关注的 ,在应用上互补的两种无线通

信技术 .随着两种技术发展 ,

与

Wi_Fi

系统共处

(

coll o c atio n

)的可能性越来越大 ,应用越来越多 ,如

共处于一台计算机内等等 .由于二者均工作在 2 .4

GHz

频段 ,存在潜在干扰问题 ,因此必须考虑如何

实现 “共存”(

co existence

).这里共存定义为不同无

收稿日期 :2 004-02-18

作者简介 :朱刚 (1 9 5 8 — ) ,男 ,上海市人 ,副教授 ,博士 .

gzhu

center

njtu

edu

第28卷第2期

2004 年 4 月

北方交通大学学报

JO U RN AL OF N ORTHERN JIA O TON G UNIVE RSITY

Vol

.2 8

Apr

.2004

线系统实现共处而不明显互相影响性能

[3]

Wi_Fi

与

相互干扰分析

1.1

Wi_Fi

与

的关系

作为替代有线连接的射频技术具有低成

本、中速以及短距离( < 10

)等特点 ,可支持最多

有8 个活动用户的微网络(

piconets

物理层采

用跳频扩频(

FHSS

,1 6 0 0 跳 /

) ,调制方式为高斯频

移键控 (

GFS K

系统发射功率为 1

dB m

) ,传输速率为 1

Wi_Fi

类似以太网络,可支持多点通信,如广

播、组播和点对点数据通信.每个设备具有唯一

MAC

地址 ,网络中活动用户数几乎没有限制 ,采用

CSMA

方式解决多址接入冲突 .

Wi_Fi

物理层采

用直接序列扩频(

DSSS

) ,结合不同调制方式使用 4

种传输速率 :1

(

DBPSK

)、2

(

DQPSK

)、

5.5

(

QPS K

)、11

(

CCK

补码键控) ;发射

功率一般为 30～100

根据美国联邦通信委员会(

FCC

)规定 ,

Wi_Fi

与

均使用

IS M

开放(免税费)频段(2 .4～2 .4835

GHz

) ,可采用两种扩频方式(

DSSS

与

FHSS

)之一 ,

并在一定限制条件下使用 ,以保证多系统共存 .实际

上,

选用跳频扩频(

FHS S

)方式 ,将

ISM

频段划

分为 79 个跳频信道(根据美国及世界大多数国家规

定) ,每一跳频信道带宽 1

MH z

,跳变速率为 1 600

跳/

Wi _Fi

选用直扩(

DSSS

)方式 ,将

IS M

频段划

分为 11 个直扩信道(系统可确定其中任意一个信道

进行通信) ,信道带宽 22

MHz

,所以 1 1 个信道之间

有重叠 ,无重叠信道最多只有 3 个 ,美国以外地区规

定的直扩信道数目可以多于或者少于 11 个 .根据上

述信道划分情况 ,

系统与

Wi_Fi

系统不可避免地

将发生频率重叠 ,因此 ,存在潜在干扰问题 .

1.2

与

Wi_Fi

相互干扰

一般来说 ,

与802.11

面临的干扰可以分为

两类 :邻近的相同系统产生的干扰 ,称为自扰 ,如

自扰与

Wi_Fi

自扰 .其它干扰 ,包括

与802.11

之间相互干扰以及使用 2 .4

GHz

的其它无线设备

(如无绳电话、微波炉等)对两系统产生的干扰 .本文

主要讨论

与

Wi_Fi

相互干扰 .

与

Wi_Fi

同时使用相同频段通信时将产生

带内有色噪声干扰(传输分组发生冲突) .这时 ,如果

信号频段处于

Wi_Fi

系统接收端 22

MH z

通带

内,

Wi _Fi

接收端将

信号作为

Wi_Fi

信号接收 ,

成为干扰 .或者

Wi _Fi

信号频段处于

系统接收

端跳频通带内 ,

接收端将

Wi_Fi

信号作为

信

号接收 ,成为干扰 .

关于 802 .11

与

间相互干扰分析工作可以

分为理论分析(包括仿真)与实际测量分析 .理论分

析及仿真工作主要包括分组错误概率计算

[4 ～8]

以

及分组碰撞概率计算

[9 ～11]

,涉及到

受扰分析与

Wi_Fi

受扰分析 .

关于

受扰分析 ,早期主要是简单的分析工

作 ,如考虑加性高斯白噪声(

AWGN

)和衰落信道条

件 ,研究由 802 .11 系统干扰造成的

传输比特以

及分组错误概率

[4 ,5]

,但没有考虑分组结构和传播

条件 .或者根据均匀分布比特误差模型 ,通过内插计

算分析不同类型

分组错误概率并推广到非均匀

分布情况

[6]

.更进一步地工作是对

自扰、

Wi_Fi

对

的干扰(包括物理层采用

和

时对

所产生的干扰)及二者并存情形进行一般性定量分

析,得出了

分组错误率计算公式及

网络吞吐

量上界

[7]

.随着研究的深入 ,开始结合信道条件与

物理层情况进行更为准确地分析 ,如综合考虑电波

传播(包括平坦衰落、多径、非视距、频率选择性)、干

扰(包括同频及邻道干扰)、热噪声、调制方式、信道

编码与

MAC

层(跳频、分组结构、流量负荷)因素 ,

推导出了

分组在瑞利慢衰落信道中传输受到的

802 .11

干扰而引起的分组平均错误概率等

[8]

关于

Wi_Fi

受扰分析 ,主要是根据对数正态阴

影模型及邻道干扰模型 ,推出以网络分布几何参数

及电波传播参数表示的

分组与 802 .11

分组发

生碰撞概率(即发生时间重叠与频率重叠的概率)的

封闭表达式 .进一步推出由碰撞概率表示的

Wi_Fi

网络 3 个性能指标概率分布 :分组错误率(

packet

error ra te

PER

)、分组重传数(

packet retrans mis

si o ns

,成功传输一个分组所需传输的次数)以及

成功传输分组时间间隔(

trans mi ssio ns l aten c y

,分

组为 802 .11

1500

bit

固定长度分组)

[10]

.在小尺

度(室内传播)时变无线信道模型(涉及路径损耗、多

径衰落、阴影以及噪声)基础上 ,对办公室和家庭环

境中的 802 .11

系统受到

系统干扰情况 ,在物

理层进行分析 .推出不同传输速率(对应不同信道编

码及调制方式)情况下分组错误概率 ,然后在

MAC

层进行分析 ,推出两系统分组发生时间和频率冲突

概率

[11]

根据网络通信性能指标、碰撞概率、网络参数以

及传播环境之间关系 ,进行网络共存性能仿真分析

并得出结论 :

单元中等密度分布且通信负荷较

轻时 ,任何传播条件下 802 .11

分组几乎都不受干

扰;

单元通信负荷中等且分布密度为中等以上

北方交通大学学报第28卷

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