蓝牙的话题(5)
撰写于：2013年2月26日
作者：silex Wi-Fi专家
这次作为蓝牙篇的结尾，想尝试聊聊WiFi和蓝牙的共存问题。
WiFi(2.4GHz)和蓝牙使用相同的频带。所以两者同时启动的话，发生干扰是不可避免的。如果两者在同一个室内运行，可以解决“一定程度”的干扰，但是像手机这样在小型设备上安装WiFi和蓝牙的系统，就会产生严重的影响。因为小型设备封装面积不够，很难避免WiFi和蓝牙的天线相邻(有时也会使用公用天线)，干扰的影响会非常大。
虽然都是“2.4GHz ISM频段”，但WiFi和蓝牙的频率使用方法却大不相同。图1所示的是典型的WiFi和蓝牙频谱，当OFDM方式的WiFi布满固定频道时(在这种情况下，ch=6，中央频率2.437MHz，占用带宽22MHz)，而FH蓝牙瞬间占用的频谱只有1MHz，这被分配在大约80MHz宽度范围内的79个信道之间随机跳转。
图１ WiFi和蓝牙频谱
所以当WiFi和蓝牙信号发生冲突时
-从WiFi角度观看:如果蓝牙电波进入信道内，部分子载波会崩溃。
-从蓝牙角度看:在进行跳跃通信的过程中，与WiFi信道发生冲突的帧会丢失。
会产生这样的影响。两者的电波强度也不同，一般的WiFi系统的传输输出功率在15dBm (30mW)左右，而蓝牙Class2的传输输出功率在4dBm (2.5mW)以下。也就是说，一般情况下，WiFi和蓝牙碰在一起，大多是蓝牙逊一些。
当WiFi和蓝牙碰撞时，WiFi检测到数据包损失，降低传输速率(提高符号冗长，降低调制精度)，性能微减，蓝牙因为超时检测和重发损失的数据(这个时候根据FH和以前冲突的不同频率被重发的概率高)就会出现性能大幅下降的影响。
※注:关于符号冗长和OFDM子载波的调制，计划从下期开始进行系列解说。
AFH
WiFi和蓝牙的共存问题从两者出世的90年代就被视为问题了，蓝牙1.2引入了减轻干扰的技术AFH。AFH是Adaptive Frequency Hopping的缩写，蓝牙通过检测频繁损失数据包的频道，通过其不使用的“跳跃模式”，主·从之间的协商，“避开WiFi占用通道的跳跃模式。”从而制作出自适应(Adaptive)技术。也就是说，如果打架赢不了，那就把路让给它嘛。
图２ 根据AFH的频率划分示例
AFH的操作是全自动的，不需要做任何设置。主控和从控互相交换信息，互相确认AFH对应，之后由主控领头设定AFH掩码。
如果蓝牙和WiFi的天线之间有一定的分离度(理想情况下40dB以上)，AFH就会很有效地工作。但是，如果天线分集较低，特别是蓝牙和WiFi共用天线，就会出现仅靠AFH无法避开频率的模式。
TX-RX 问题和 PTA
在无线系统中，发送和接收时的功率相差悬殊。如果是WiFi系统，发射功率为15dBm (30mW)，接收功率为- 60dBm (1nW)左右，实际上相差7位数。当然，在单一系统内(如果是WiFi的话就只有WiFi)，接收和发送是交替进行的，绝对不会在分组接收的过程中打开发射器，但是异种系统…例如，WiFi和蓝牙是在不同的时间运行的，所以我们不能保证在蓝牙接收的过程中，WiFi不会发送。特别是前一种模式会带来巨大的影响。
图３ WiFi发送和蓝牙接受在同时发生时的干涉示例
前面提到“WiFi的占用频率为22MHz”，如果包含负dB的范围来看，主载波的两侧有很大的“基数”。如果天线分离器在15db左右的话，那么在蓝牙的接收器上，WiFi发送载波峰值为0dBm附近，周边的高度为-70dBm程度的信号进入，占据频率以外的频道，蓝牙的接收信号也几乎完全屏蔽了。如果反之(在WiFi接收的过程中蓝牙发送信号)，就不会被完全屏蔽，但由于接收错误频繁发生，所以必须将调制速率降到最低才能进行通信。但是，降低通信速率意味着每发送一个数据包占用的时间增加，因此与蓝牙发生冲突的机会就会越来越大。
为了避免这样的问题，为了让WiFi和蓝牙系统进行某种信息的连接，“互相”使用天线，开发了PTA (Packet Traffic Arbitration)。各芯片制造商有不同的封装，不过，现在好象被称为3-wire PTA的方式被最广泛地应用。
图４ 3-wire PTA协议
简单来说3-wire PTA的工作，首先基本上是WiFi系统拥有天线的主导权。蓝牙在自己收发信号之前发送BT_ACTIVE信号，如果WiFi判断“现在不行”，则发送WLAN_ACTIVE信号，从而蓝牙停止(反之，如果不回复WLAN_ACTIVE，则停止发送WiFi，直到BT_ACTIVE)。BT PRIORITY信号是特别不允许丢失的类型的帧…用于通知控制频率同步的FH帧和控制实时声音的SCO帧。
总结
虽然内容比较少，但是关于蓝牙内容就先告一段落了。下一期开始我们会讲解一些关于无线通信的基本原理的话题。
