相鄰信道抑制/干擾對(duì)802.11 WLAN造成的影響

隨著無線聯(lián)網(wǎng)技術(shù)以及其他無線技術(shù)在無許可限制的同一頻譜范圍內(nèi)的迅速推廣應(yīng)用，Wi-Fi(802.11)產(chǎn)品遭受的射頻(RF)干擾與日俱增，從而嚴(yán)重影響無線局域網(wǎng)(WLAN)的數(shù)據(jù)吞吐性能。與此同時(shí)，對(duì)諸如多媒體音頻與視頻、流媒體、WLAN語音以及其他需要服務(wù)質(zhì)量(QoS)功能與較低分組誤差率的應(yīng)用等新型WLAN應(yīng)用，市場要求更高的數(shù)據(jù)吞吐速率。由于在環(huán)境中對(duì)WLAN設(shè)備的帶內(nèi)干擾與鄰帶干擾不斷增加，因此射頻與數(shù)字過濾的設(shè)計(jì)至關(guān)重要。本文分析了鄰信道干擾(ACI)的來源以及射頻設(shè)計(jì)實(shí)踐，通過此實(shí)踐可以改善WLAN的相鄰信道抑制(ACR)而全面提高其性能。

概述

在2.4GHz與5.xGHx無許可限制的頻帶中，ACI問題以及改善RF接收機(jī)的Wi-Fi與WLAN技術(shù)性能的需求已倍受制造商、系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員、集成商與美國聯(lián)邦通信委員會(huì)(FCC)的關(guān)注。事實(shí)上，在FCC發(fā)布用于802.11WLAN的額外250MHz頻譜(起始于5.4GHz)時(shí)，它就注明了不久將要針對(duì)WLAN擁擠頻譜帶調(diào)整有關(guān)規(guī)定。FCC近期可能發(fā)布一個(gè)“調(diào)查通知”(NOI)，以收集有關(guān)建立在該頻譜中設(shè)計(jì)射頻接收機(jī)的政府標(biāo)準(zhǔn)的可能性信息。

何謂標(biāo)樁？

在干擾問題解決之前，WLAN市場的未來發(fā)展將大受影響。目前，WLAN接入點(diǎn)設(shè)備(AP)或客戶端基站將受到其它相鄰WLANAP與基站以及在同一無許可限制的頻帶中運(yùn)行的非802.11設(shè)備的干擾。該情況與移動(dòng)電話行業(yè)面臨的問題類似，其使用信道頻率重用解決方案使該問題得以解決。隨著802.11市場的發(fā)展與WLAN技術(shù)的使用密度不斷增大，該問題在如下應(yīng)用中將愈演愈劣：

●公司/企業(yè)部署

●密集商務(wù)熱點(diǎn)部署(商業(yè)街等等)

●住宅公寓樓宇部署

●高密度市內(nèi)部署

許多干擾源會(huì)對(duì)WLAN的性能造成不利影響，包括以下非802.11設(shè)備：

●無繩電話(2.4或5.xGHz)

●藍(lán)牙個(gè)人區(qū)域聯(lián)網(wǎng)設(shè)備(2.4GHz)

●藍(lán)牙無線耳機(jī)是特殊的情況

●脈沖雷達(dá)(美國正在研究將5.4GHz頻帶用于脈沖雷達(dá))

●微波爐(在2.4GHz頻帶中50%的忙閑度將產(chǎn)生脈沖干擾)

●低能量RF光源(2.4GHz)

●采用包括蜂窩、藍(lán)牙與WLAN在內(nèi)的多種無線技術(shù)的集成設(shè)備、手持終端與PDA中假訊號(hào)RF噪聲

●滿足新興"全頻段"要求的寬頻帶5GHz設(shè)備

干擾還可能來源于相鄰的信道。在這種情況下，802.11系統(tǒng)的RF子系統(tǒng)與數(shù)字過濾的設(shè)計(jì)還可以對(duì)AP或基站的性能造成極大影響。此外，WLAN網(wǎng)絡(luò)的物理設(shè)計(jì)可以消除帶內(nèi)干擾的很多反射。通常由信號(hào)干擾比率(S/I或SIR)決定WLAN的性能，該比率的定義是數(shù)據(jù)信號(hào)與干擾信號(hào)的比率。對(duì)于WLAN的性能而言，SIR通常比信噪比(SNR)更加重要。下面的圖1解釋了這一概念。

顯然，由商用無線設(shè)備生成的信號(hào)不盡完美。的確，從802.11射頻發(fā)出的信號(hào)生成超出其許可頻帶范圍的一些能量，稱之為邊帶發(fā)射。這種情況也會(huì)出現(xiàn)在其他無線設(shè)備上，如藍(lán)牙、無繩電話以及其他與802.11占用相同頻帶的設(shè)備。雖然通過過濾可以將來自相鄰信道的RF干擾降至最低，但是此干擾還會(huì)生成旁瓣能量(sidelobeenergy)，此能量屬于802.11WLAN信號(hào)的通頻帶范圍內(nèi)。如果ACI比802.11信號(hào)強(qiáng)，來自ACI的邊帶能量將主導(dǎo)信道的噪聲層。如圖2所示。

WLANRF接收機(jī)可以設(shè)計(jì)為帶有有效的ACR，其可發(fā)送約具有802.11信號(hào)0.10帶寬的窄帶信號(hào)。這些窄帶信號(hào)包括無繩電話以及藍(lán)牙信號(hào)。然而，寬帶ACI可生成大量進(jìn)入802.11接收機(jī)通頻帶的邊帶能量。在這些條件下，鏈路裕度的數(shù)量或SIR的大小將對(duì)WLAN的數(shù)據(jù)吞吐量造成決定性的影響。

提供可跨越全世界無許可限制頻帶中所有頻率的5.xGHz射頻架構(gòu)是無線行業(yè)的發(fā)展趨勢。下圖(圖3)展示了這些所謂的"全頻段"射頻是如何從5.150GHz到5.875GHz運(yùn)行的。若此波段射頻含有將于2007年生效的日本分配，則該范圍還可以擴(kuò)展到從4.9GHz到5.875GHz。假設(shè)此頻帶中存在某些高功率干擾源，如雷達(dá)與導(dǎo)航系統(tǒng)，那么全頻段射頻還需要一些級(jí)別的信道選擇性過濾才能避免由這些高功率干擾源造成的任何性能下降。

以上述內(nèi)容為背景，本白皮書的其余內(nèi)容將主要介紹以下內(nèi)容：

●可以對(duì)干擾提供相鄰信道抑制(ACR)的RF接收機(jī)設(shè)計(jì)；

●ACR過濾技術(shù)，可以在藍(lán)牙與802.11技術(shù)共存于同一產(chǎn)品平臺(tái)上的嵌入式應(yīng)用中實(shí)施該技術(shù)。特別強(qiáng)調(diào)在無線耳機(jī)中遇到的問題；

●在密集的用戶環(huán)境中由相鄰802.11單元(cell)產(chǎn)生的干擾。

提供ACR的接收機(jī)設(shè)計(jì)

RF系統(tǒng)抑制源自相鄰信道干擾的能力主要取決于接收機(jī)的架構(gòu)。雖然目前可以使用幾種接收機(jī)架構(gòu)，但是由于在WLAN系統(tǒng)中普遍使用直接轉(zhuǎn)換(DC)與雙通道轉(zhuǎn)換或超外差(super-het)架構(gòu)，因此本白皮書只對(duì)這兩種架構(gòu)進(jìn)行分析。

為了在WLAN接收機(jī)的設(shè)計(jì)中融入有效的ACR功能，必須在接收機(jī)鏈路中考慮兩個(gè)要點(diǎn)。如下所示：

●低噪聲放大器(LNA)與IP3的輸入信號(hào)飽和度；

●在系統(tǒng)的信號(hào)基帶處理器中模數(shù)轉(zhuǎn)換器(A/D)的當(dāng)前信號(hào)級(jí)別。

來源：德州儀器