将 WLAN 集成至手持设备的设计

引言

移动电话、PDA 以及智能电话等高性能、多功能手持设备的需求在不断增长。其中的动力之一是多种技术集成到一个能手持并装进口袋的设备中，这已经并将继续推动上述需求的发展。手持设备市场最近的发展趋势是上述设备开始具有彩屏显示与照相机功能,而且 Bluetooth 无线耳机巍然风行，这将最终消除移动电话耳机与移动电话主机之间的连线。显示屏分辨率越来越高，音频系统的性能也不断改善，系统可用的存储器容量以及 CPU 性能也在不断提高。上述不断发展的硬件与处理功能将推动实现新式应用，如视频电话、企业与家庭 WLAN 上的 VoIP、高清晰度视频流以及高速因特网等，同时还将实现无所不在的移动电话覆盖范围。

图1 越来越多的手持设备具有蓝牙、WLAN、GSM、GPRS 功能

图2  功率频谱分布曲线，75%处于带宽之外

图3  不同无线技术的发射功率

设计挑战

众所周知，由于这些手持设备本身体积很小，电池的容量有限，每个子系统都必须很小，而且功耗要非常低。添加新技术而不增加设备体积对每一代产品都至关重要。在每代产品中，预期电池的使用寿命应该越来越长。还有一个深层问题是随着多种无线技术汇聚在手持设备中，会出现全新的各种电磁干扰问题。除了小外形与低功耗要求外，无线子系统的设计还必须使各子系统可实现共存，而不致相互损害。本文将深入探讨如何解决上述新要求与挑战，以设计出新一代高性能、高功能的无线手持设备。

举例来说，某些新一代手持产品将包含 GPS、WLAN 与蓝牙以及 2.5G 与 3G 蜂窝技术，这些设备可方便地在多达五至六个频带中进行操作。设置上述每种标准的标准委员会没有明确接收机要求，而是假定设备处在两至三个其它发送器的 10 厘米频谱范围之内。这样，为了使上述带有多种无线技术的高度集成的手持设备能够工作，设计小组必须计算传输频谱功率水平的要求，以及接收机邻信道抑制要求，从而避免手持设备的自我干扰。

手持设备中集成的无线功能

在讨论工程设计细节之前，我们必需先来回顾一下为什么要将多个无线系统集成至一个手持设备中。因为消费者已经习惯于随时携带移动电话，而且随时都能打电话、接电话。这种习惯和生活方式不会改变，那么蜂窝技术及其相关改进还将继续。在所有讨论的技术中，蜂窝技术是能够真正实现无所不在的覆盖技术，它将继续推动随时随地实现自动连接，而且这种连接目前正从语音业务扩展到因特网数据业务。

近几年来，WLAN 技术市场不断扩大，并渗透到三大关键领域：家庭、办公室与热点。热点是指酒店或机场等用户高度集中的地点。WLAN 的主要优势在于速度非常快，而且在建筑物内的穿透力很强，这使其成为办公室环境下的自然之选。WLAN 的服务成本往往不是按每分钟计时收费，而且网络容量目前已达数十 Mbps，将来甚至可达数百 Mbps。除消费者已经习惯由 WLAN 实现的高速数据服务外，WLAN 有望实现高速视频、电视会议、音频与 VoIP等业务。

蓝牙在上述设备中也找到用武之地，我们现在可以看到人们佩戴耳机边走边通话，今后蓝牙将成为这种耳机无线技术实现的关键。对于无线键盘与鼠标等需要低功耗的低速设备而言，它们不需要很高的带宽，蓝牙也是一种理想的技术。

GPS 即全球定位系统不再是飞机的专利。随着 GPS 子系统成本的降低，该技术已经出现在手持终端中，可实现导航设备以及具有突发事件定位业务。

手持设备中的WLAN设计

具有上述所有无线系统的产品设计会面临多方面 (mulTIdimensional) 的问题。每个系统都有各自的传输频谱特性，并需要各自定制接收机的邻信道抑制功能。我们将从 WLAN 子系统的角度来讨论该问题，尽管新一代系统将以 IEEE 802.11g (54Mbps) 为基础，为简单起见，我们将专门探讨 IEEE 802.11b (11Mbps)。

每个无线子系统的设计哲学必须遵循"不损害"原则以及"抗干扰稳健性"原则。第一部分"不损害"原则是指发射频谱掩码不得大幅提高其他无线系统带通中的噪声下限。当然，所谓其他无线系统是在相同手持终端设备中的系统，因此我们可以假定最多在 20 dB 天线间进行隔离。就热噪声下限值为-114 dBm/MHz 而言，WLAN 系统在其他器件带通中最好传输不超过-94 dBm/MHz。实际情况中，上述要求会加上一些裕度，不会对其他系统造成很大影响。还有一种方法就是限制带外发射功率，这样其他无线系统敏感度衰减的影响就不会超过一个给定值。

802.11b 标准确定，频率超过中央频率 22 MHz 以上时，发射频谱应比通