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1、邻信道抑制和相邻信道干扰随着无线联网技术以及其他无线技术在无许可限制的同一频谱范围内的迅速推广应用，Wi-Fi(802.11)产品遭受的射频 (RF)干扰与日俱增，从而严重影响无线局域网 (WLAN)的数据吞吐性能。与此同时，对诸如多媒体音频与视频、流媒体、WLAN 语音以及其他需要服务质量(QoS)功能与较低分组误差率的应用等新型 WLAN 应用，市场要求更高的数据吞吐速率。由于在环境中对 WLAN 设备的带内干扰与邻带干扰不断增加，因此射频与数字过滤的设计至关重要。本白皮书分析了邻信道干扰 (ACI)的来源以及射频设计实践，通过此实践可以改善 WLAN 的相邻信道抑制 (ACR)而全面提高
2、其性能。概述在 2.4 GHz 与 5.x GHx 无许可限制的频带中，ACI 问题以及改善 RF 接收机的 Wi-Fi 与 WLAN 技术性能的需求已倍受制造商、系统设计人员、集成商与美国联邦通信委员会 (FCC)的关注。事实上，在 FCC发布用于 802.11 WLAN 的额外 250 MHz 频谱（起始于 5.4 GHz）时，它就注明了不久将要针对 WLAN 拥挤频谱带调整有关规定。FCC 近期可能发布一个调查通知(NOI)，以收集有关建立在该频谱中设计射频接收机的政府标准的可能性信息。何谓标桩？在干扰问题解决之前，WLAN 市场的未来发展将大受影响。目前，WLAN 接入点设备 (AP)
3、或客户端基站将受到其它相邻 WLAN AP 与基站以及在同一无许可限制的频带中运行的非 802.11 设备的干扰。该情况与移动电话行业面临的问题类似，其使用信道频率重用解决方案使该问题得以解决。随着 802.11 市场的发展与 WLAN 技术的使用密度不断增大，该问题在如下应用中将愈演愈劣： 公司企业部署 密集商务热点部署（商业街等等） 住宅公寓楼宇部署 高密度市内部署许多干扰源会对 WLAN 的性能造成不利影响，包括以下非 802.11 设备： 无绳电话（2.4 或 5.x GHz） 蓝牙个人区域联网设备 (2.4 GHz) 蓝牙无线耳机是特殊的情况 脉冲雷达（美国正在研究将 5.4 GHz
4、 频带用于脉冲雷达） 微波炉（在 2.4 GHz 频带中 50%的忙闲度将产生脉冲干扰。） 低能量 RF 光源 (2.4 GHz) 采用包括蜂窝、蓝牙与 WLAN 在内的多种无线技术的集成设备、手持终端与 PDA 中假讯号 RF 噪声 满足新兴全频段要求的宽频带 5 GHz 设备干扰还可能来源于相邻的信道。在这种情况下，802.11 系统的 RF 子系统与数字过滤的设计还可以对AP 或基站的性能造成极大影响。此外，WLAN 网络的物理设计可以消除带内干扰的很多反射。通常由信号干扰比率（S/I 或 SIR）决定 WLAN 的性能，该比率的定义是数据信号与干扰信号的比率。对于 WLAN 的性能而言
5、，SIR 通常比信噪比 (SNR)更加重要。下面的图 1 解释了这一概念。图 1 -干扰模式显然，由商用无线设备生成的信号不尽完美。的确，从 802.11 射频发出的信号生成超出其许可频带范围的一些能量，称之为边带发射。这种情况也会出现在其他无线设备上，如蓝牙、无绳电话以及其他与802.11 占用相同频带的设备。虽然通过过滤可以将来自相邻信道的 RF 干扰降至最低，但是此干扰还会生成旁瓣能量 (side lobe energy)，此能量属于 802.11 WLAN 信号的通频带范围内。如果 ACI 比 802.11信号强，来自 ACI 的边带能量将主导信道的噪声层。如图 2 所示。图 2 -占
6、主导地位的边带干扰WLAN RF 接收机可以设计为带有有效的 ACR，其可发送约具有 802.11 信号 0.10 带宽的窄带信号。这些窄带信号包括无绳电话以及蓝牙信号。然而，宽带 ACI 可生成大量进入 802.11 接收机通频带的边带能量。在这些条件下，链路裕度的数量或 SIR 的大小将对 WLAN 的数据吞吐量造成决定性的影响。提供可跨越全世界无许可限制频带中所有频率的 5.x GHz 射频架构是无线行业的发展趋势。下图（图 3）展示了这些所谓的全频段射频是如何从 5.150 GHz 到 5.875 GHz 运行的。若此波段射频含有将于 2007年生效的日本分配，则该范围还可以扩展到从
7、4.9 GHz 到 5.875 GHz 。假设此频带中存在某些高功率干扰源，如雷达与导航系统，那么全频段射频还需要一些级别的信道选择性过滤才能避免由这些高功率干扰源造成的任何性能下降。图 3 -全频段频谱以上述内容为背景，本白皮书的其余内容将主要介绍以下内容： 可以对干扰提供相邻信道抑制 (ACR)的 RF 接收机设计； ACR 过滤技术，可以在蓝牙与 802.11 技术共存于同一产品平台上的嵌入式应用中实施该技术。特别强调在无线耳机中遇到的问题； 在密集的用户环境中由相邻 802.11 单元 (cell)产生的干扰。提供 ACR 的接收机设计RF 系统抑制源自相邻信道干扰的能力主要取决于接收
8、机的架构。虽然目前可以使用几种接收机架构，但是由于在 WLAN 系统中普遍使用直接转换 (DC)与双通道转换或超外差 (super-het)架构，因此本白皮书只对这两种架构进行分析。为了在 WLAN 接收机的设计中融入有效的 ACR 功能，必须在接收机链路中考虑两个要点。如下所示： 低噪声放大器 (LNA)与 IP3 的输入信号饱和度； 在系统的信号基带处理器中模数转换器 (A/D)的当前信号级别。在 802.11 系统中，大多数 LNA 的输入信号级别在 -20 到 -30 dBm 之间达到饱和。如果出现了超过此级别的强输入信号，LNA 将停止提供增益，并且实际上将抑制信号的非线性失真。精心
9、设计的 LNA 能够以高达 -10 至 -15 dBm 的输入级别进行操作。当输入信号超过 -10 至 -15 dBm 时，一些系统能够绕过LNA 。从而使输入信号可高达 +4 dBm，但是折衷的结果是造成较低的接收机灵敏度。在 LNA 的 RF 处理链路的另一端将输入系统的 A/D 转换器。这些转换器具有有限的动态范围。因此，无法过滤出 ACI，从而造成数字噪声层在接收的信号中占据主导地位。假设 WLAN 射频设计为至少具有 20dB 的数字过滤，那么 ACI 噪声与 802.11 信号在 A/D 上的信号功率应该是相同的（相等功率点）。下表 1 显示了 2.4 GHz 频带中干扰源的示例。
10、此表中有效的干扰数字（第 5 列）解释了 LNA 的饱和点之所以如此重要的原因。表 1 -2.4 GHz 频带中的干扰源表 1 中的大多数干扰源均为窄带设备，如：无绳电话或蓝牙产品等。在很多情况下，该类产品可以在一米之内或 WLAN 客户端设备中进行操作。即使有传播损失，这些干扰源仍然可以为位于 802.11 接收机链路一端的 LNA 提供高达 0 dBm。802.11 接收机架构下图 4 将超外差接收机架构与 DC 接收机架构之间的差别进行了对比。此示例假设源自无绳电话的相邻窄带强干扰为 -15 dBm，并且接收的 WLAN 信号级别的目标是 -80 dBm 。也就是说在干扰与 WLAN 信
11、号之间的接收功率相差将近 65 dBm 。这种情况很容易发生，如某用户可能一边在与本地 WLAN 相连的便携电脑上进行工作，一边用无绳电话聊天。图 4 -超外差架构与 DC 架构对比图 4 显示了超外差接收机架构的过滤设计可以将 ACI 降低至可接受的级别。在至少具有 20 dB 数字相邻信道过滤的条件下，超外差接收机在不增加分组误差率的情况下每秒能够接收 11 兆位 (Mbps)CCK或 22 Mbps PBCC 802.11 Wi-Fi 信号。如果采用 DC 架构，去除了中频 (IF)上的声表面波 (SAW)滤波器，从而导致接收机链路中 A/D 转换器上的干扰信号是 40 dB，高于可接受
12、的程度。采用 A/D 上的过采样与回递抽取过滤 (recursive decimation filtering)，仍然可以恢复 802.11 信号。例如，GSM 接收机使用 DC 架构，并且通过在大约26 MHz 上过采样大约 300 KHz 的带宽 GSM 信号提供大约 80 dB 的 ACR 。不幸的是，由于技术的局限性与电池供电产品的低功耗要求，过采样所采用的信号几乎百分之百都是像 GSM 信号这样的窄带信号，不可能是像 802.11 信号那样的宽带信号。下面的图 5 显示了在 A/D 转换器上强 ACI 的效果。高级别的 ACI 导致产生在 802.11 信道的 SIR中占据主导地位的
13、噪声层，从而由于造成要处理大气噪声与量化而削弱了 WLAN 信号的强度。图 5-ACI 引起的高噪声层对于已经实施 OFDM 调制方案的 WLAN 来说，从一个频率接收器到另一个频率接收器的往返传输过程中，接收机链路中的快速傅里叶变换 (FFT)已经有所损耗。从而导致带外抑制层平均大约为 25 dB 。图 6解释了每个 FFT 接收器的 SinX/X 响应。接收机图 6-采用 OFDM 调制的 802.11 接收机链路虽然已经超出了本白皮书探讨的范围，但是值得一提的是 802.11 接收机链路中的 ACR 过滤可以降低功耗，因为基带处理器中 AD 的采样速率会有所下降。为了满足防混淆的要求，将
14、加重其他模拟过滤的负担，而不是以更高的速率进行采样。在 5 GHz 频带所谓的全频段射频中，这种防混淆的问题尤为关键，因为这些射频的前端是将近 1 GHz 频宽的信号。这就意味着为接收机链路中的 AD 转换器提供数百兆赫的频谱。包含在此信号中的可以是高功率脉冲雷达信号，该信号将在接收机链路中占据主导地位。蓝牙与 WLAN 共存的问题到目前为止，汇聚已经成为电子领域的主要趋势。在手机与 PDA 市场中，这意味着汇聚的手持终端、智能电话、无线 PDA 以及多媒体设备，其中包括三种无线技术：蜂窝技术、802.11 Wi-Fi WLAN 与蓝牙。很多专家预测，具有成本优势的汇聚设备在2004 年就将问
15、世。这种新型的移动手持终端将侧重 MP3 音乐、视频流等多媒体应用。为了提供引人注目的用户体验，这些新型设备必须能够充分利用由新一代蜂窝协议与基础设施提供的更高数据速率以及高速 WLAN 连接。无线蓝牙耳机及其他类型的外设将为这些设备的便捷性与易用性增色不少。下面的图 7 解释了在 WLAN 热点中如何使用这类设备。在这种情形中，用户可以通过 WLAN 在 IP 语音 (VoIP)连接上进行通信或可以通过设备的 802.11 调制解调器下载 MP3 或视频流。此外，汇聚的设备还可以与蓝牙耳机相连，以便进行专用监听。图 7-新一代汇聚移动设备的一般使用情况图 7 中描绘的这种使用情况不久就会出现
16、于市场，但是用户需要共存的解决方案才能充分利用此应用中的所有无线技术。由于汇聚蜂窝电话PDA 设备中的蓝牙与 WLAN 调制解调器是在同一无许可限制的频带中运行的，因此它们会彼此相互干扰。此外，该区域中的其他 802.11 客户端设备也将竞相访问作为汇聚蜂窝电话PDA 的同一 WLAN 接入点。在当前蓝牙标准 1.0 版本中指定的唯一共存解决方案需要蓝牙与 WLAN 共享系统的媒体接入控制器(MAC)功能，以便在 WLAN 或蓝牙的传输过程中，其他技术将保持空闲。在预定义的一段时间内独占 MAC 之后，蓝牙或 WLAN 将由其他技术对 MAC 进行控制。在 WLAN 上的流量较小，并且存在最少 QoS 激活的环境中，这种 MAC 时间共享的安排方式既
