ay: block;">到底需要做什么才能將無線接入功能與廣域網(wǎng)(WAN)、局域網(wǎng)(LAN)或個人局域網(wǎng)(PAN)一起集成到一臺筆記本電腦中呢？在融合多種無線標準時,設(shè)計工程師需要面對RF干擾以及因把無線功能集成到更少的芯片中而引發(fā)的體積、成本和電源管理等問題的挑戰(zhàn)。雖然現(xiàn)在已可出現(xiàn)前景看好的解決方案,但是只有在芯片技術(shù)得到改善和標準化組織做出一些關(guān)鍵的決定之后,更具魯棒性且成本更低的無線系統(tǒng)才會出現(xiàn)。
Roberto Simmarano
計算部技術(shù)項目經(jīng)理
Craig D. Conkling
無線連接產(chǎn)品部營銷經(jīng)理
飛利浦半導(dǎo)體公司
通用分組無線業(yè)務(wù)(GPRS)將成為近期蜂窩系統(tǒng)設(shè)計者最關(guān)注的標準。它可以通過用分組交換覆蓋現(xiàn)有GSM網(wǎng)絡(luò)中的電路交換來實現(xiàn),且僅需要對網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)架構(gòu)進行一次升級。由于GPRS使用的頻帶與LAN和PAN中使用的工業(yè)、科學以及醫(yī)學(ISM)頻帶不同,因此不會有干擾問題。
但是,由于無線WAN依賴于蜂窩基礎(chǔ)架構(gòu),支持無線WAN的系統(tǒng)少于眾多支持PAN和LAN的應(yīng)用和系統(tǒng)。當用戶在戶外或離開辦公室,他們將通過無線WAN接入因特網(wǎng)；而當用戶在辦公室時,他們將不可避免地切換到PAN或更快、更有效率的LAN上。最初,可以通過一個插在PC卡插槽內(nèi)的適配器來實現(xiàn)無線WAN接入。
在目前的標準下,綜合了無線 LAN和PAN連接功能的筆記本電腦事實上存在互相干擾的問題,它也將導(dǎo)致筆記本電腦性能的下降。目前業(yè)界的趨勢轉(zhuǎn)向在無線PAN中采用藍牙1.0標準。藍牙為諸如打印和PDA同步這樣的低速率應(yīng)用定義了最有效率的短程信令機制。標準的性價比高,能滿足當今無線LAN應(yīng)用的數(shù)據(jù)傳輸速率要求,可提供比藍牙1.0標準更高的數(shù)據(jù)傳輸速率。
盡管像RF Lite和Home RF這樣的特殊解決方案也存在干擾問題,但是本文的討論焦點主要集中在藍牙1.0標準和標準上,它們很可能將首先在用于企業(yè)和家庭網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的筆記本電腦上得到實現(xiàn)。
當這兩種類型的信號在同一環(huán)境中存在時,藍牙將對造成干擾。標準采用直接序列、具有11Mbps原始位速率的擴頻信令形式,理論上數(shù)據(jù)有效載荷為,凈數(shù)據(jù)有效載荷為。為了保持同樣的誤碼率,當與接入點的距離加大時,信號的數(shù)據(jù)率明顯增加。PC與接入點的距離越遠,信號越容易受到干擾。當發(fā)射機沒有接收到目標系統(tǒng)發(fā)出的確認信息包已到達的信號時,它將再次發(fā)送數(shù)據(jù)包。
而藍牙則采用跳頻擴頻信令形式,帶寬為1Mbps。它在1 MHz 寬的79個信道頻譜上大約每秒連續(xù)跳越1,600次。本質(zhì)上,藍牙經(jīng)常從頻譜中不同的點跳到信號上,干擾信號,并阻止信息包的發(fā)送。當信息包被“破壞”后,發(fā)射系統(tǒng)因不能收到確認信息,就會重新發(fā)送,這就導(dǎo)致信息吞吐量的下降。如果信號特別弱,而藍牙信號又特別強,信號上的噪音可能會上升到使連接中斷的程度。
藍牙對的干擾強于對它的干擾,其原因在于藍牙不停地跳到信號上然后立即跳開,信息包損失很小,而且藍牙設(shè)備能夠不停地發(fā)送數(shù)據(jù)。
那么系統(tǒng)設(shè)計工程師如何能夠控制并減小這種干擾呢？最好的解決方案將是改變標準。國際標準組織目前正在考慮幾個修改藍牙和標準的提議,以使它們相互之間能共存,并有效地進行互操作。
最著名的共存提議之一是:在存在的情況下,接收計算機在接收到藍牙信號時,對藍牙設(shè)備的跳頻序列進行限制。
假設(shè)一個信號在79MHz藍牙頻譜中占用兩個22MHz信道,同時附近的一個藍牙設(shè)備開始發(fā)送信號,這時計算機可能給藍牙設(shè)備發(fā)信號,以限制它跳到剩余的35 MHz頻段上。或者假設(shè)信號擴展到三個22MHz信道上,當接收計算機發(fā)現(xiàn)到藍牙的存在時,它可能限制藍牙跳到剩余的13 MHz頻段上。盡管藍牙的位速率會下降,但它的信號將不會干擾的信號。
由于這個建議將修改已允準的藍牙跳頻序列,它需要獲得FCC的批準。根據(jù)目前FCC的規(guī)則,藍牙必須至少在75個信道上跳躍。
第二個建議是當存在時調(diào)整藍牙的信號強度。例如,如果三個22MHz信道都分配給了無線LAN,當藍牙設(shè)備開始發(fā)送信號時,接收計算機將通知藍牙設(shè)備降低信號強度,以使其對連接的影響降至最低。盡管這將減小藍牙設(shè)備發(fā)射的距離,但是接收PC將對信號保持充分的靈敏度,以確保有效的連接和足夠的位速率。
這些解決方案將要求改變接收和發(fā)射系統(tǒng)的軟件及硬件。接收PC將不得不命令藍牙設(shè)備限制頻譜或減少信號強度,藍牙設(shè)備則必須理解這個命令。
不幸的是,標準改變之前的藍牙設(shè)備并不具備以上所需的智能特性。因此,即使在標準修改之后,老的藍牙設(shè)備將繼續(xù)干擾信號。解決這個問題的唯一辦法是進行軟件和硬件升級。
控制干擾
由于基于標準的解決方案仍然要在幾年后才能實現(xiàn),現(xiàn)在的設(shè)計工程師必須自己對干擾進行控制,但可供他們選擇的解決方案十分有限。如果設(shè)計者希望開發(fā)出一個完全消除PAN-LAN干擾的筆記本電腦,他們必須開發(fā)出這樣的互操作性軟件,即在兩者都存在的情況下,使PC能從一個信號切換到另一個信號。換言之,當前的解決方案還做不到這一點。
今天,一個集成了無線 LAN和PAN技術(shù)的筆記本電腦要求其每一個子系統(tǒng)都采用一個多芯片解決方案,包括射頻、基帶和媒介存取控制。未來幾年,無線芯片技術(shù)將跟隨IC發(fā)展的標準模式,向芯片更少、集成度更高、成本更低的方向發(fā)展。
飛利浦半導(dǎo)體公司很快將發(fā)布一個三芯片解決方案,該方案在RF側(cè)的功率放大器和射頻元件均采用單獨芯片,在數(shù)字側(cè)則將MAC、modem和基帶集成在一個單芯片上。這種方案最終將被兩芯片解決方案取代,后者包括集成的數(shù)字芯片及集成射頻和功放的芯片。
兩芯片解決方案或許能滿足PC市場的需要,但是最終,隨著芯片技術(shù)的進步,兩芯片又將被滿足多個標準的單芯片取代。
最近幾年,高頻率芯片設(shè)計取得了很大進步。最初,砷化鎵(GaAs)是最有效的材料,但是GaAs技術(shù)對于低成本、大批量方案而言,成本太高。目前,硅技術(shù)、高頻率BiCMOS、雙極工藝和硅鍺等技術(shù)也已取得長足的進步,其制造的芯片最高頻率可達到。
