如何解决手机中的WiMax、蓝牙和Wi-Fi共存问题

从单功能蜂窝电话到具有丰富连接功能的各种多模多媒体设备，移动电话的发展非常迅速。这种发展趋势同时有益于用户、运营商、网络服务提供商和应用开发人员，但对手机OEM商来说却意味着难度越来越高，因为不同的无线协议之间存在着难以处理的干扰问题。比如：

1.蓝牙：这是中端/高端手机中的标配功能，可以提供耳机、笔记本(无线PC modem和/或同步功能)以及打印机等外设的短距离连接。

2.Wi-Fi：可以让用户接入互联网，打VoIP电话。

3.WiMax：很快会将与Wi-Fi相同的功能扩展到更远的距离，并且性能更加稳定。

手机制造商几年前就认识到，蓝牙和Wi-Fi(2.4GHz频带)的频率非常接近，而且它们的天线靠在一起，再加上两种协议完全不协调的事实，最终将导致发生故障的严重性能挑战。蓝牙和Wi-Fi芯片组供应商在产品中增加了共存接口，实现了在共享无线频率媒介上的仲裁，以防止冲突和信号劣化，从而有效解决了这一难题。

随着移动WiMax(IEEE802.16e)的推出，OEM又面临新的干扰挑战，这是因为新的WiMax协议工作在多个频带(在WiMax术语中定义为"模式")，而最常用的是2.3-2.4GHz和2.5-2.7GHz。这种频率区间虽然比蓝牙和Wi-Fi之间的大，但仍不足以避免共存问题的发生。

一个典型的使用场合是，用户一边利用蓝牙耳机进行蜂窝通话，一边通过电话的WiMax无线链路下载电子邮件或浏览互联网，这时确保无线接口共存的完美机制就很有必要。如果没有这种机制，话音质量和数据包吞吐量下降将导致用户体验低劣。由于有越来越多的最终用户使用蓝牙和Wi-Fi配件(如蓝牙耳机，Wi-Fi路由器)，因此最佳解决方案必须能与已经投入使用的设备一起工作，而不是去修改现有设备。

WiMax和蓝牙干扰

上述情景将用来分析从WiMax发射到蓝牙无线链路的干扰模式，并确定其影响。图1所示是一个由蓝牙耳机和带WiMax功能的移动电话组成的系统。蓝牙耳机的发射功率是0dBm。在耳机天线处收到的信号电平是-40dBm。蓝牙规范要求接收器能够处理最高为-27dBm的干扰信号。

本例中手机的WiMax发射器工作在2.5-2.7GHz频带。WiMax功放(PA)的输出功率可能高达+25dBm。WiMax和蓝牙发射天线彼此靠得很近，用户的手或手机摆放的表面通常会在它们之间造成10dB的路径损耗。这样一来，在蓝牙带通滤波器(BPF)输入端产生的信号电平为+15dB。BPF必须能够通过高达2.48GHz的频率(最高的蓝牙跳频)，因此无法抑制超过3dB的无用WiMax信号，故至少有+12dB的干扰信号被传递到蓝牙低噪放大器(LNA)。

图1：由蓝牙耳机和带WiMax功能的手机构成的通信系统。

假定蓝牙抑制能力为-27dBm，那么很明显无法有效抑制掉WiMax信号，这样就会发生阻塞。另外，蓝牙LNA输入端如此强的信号可能会超过LNA的最大额定输入功率，最终导致严重的可靠性问题。

为了便于讨论，本文规定"本端"代表使用手机的一方，"远端"代表正在通话的另一方。只要手机的蓝牙接收电路被WiMax发射信号阻塞，远端就会听到"喀喇"声。

WiMax阻塞对本端的影响程度稍低些，因为从手机到耳机存在较高的路径损耗，但对本端端点的干扰也不能被完全忽略。这种"喀喇"声发生的概率异常的高。假设在以下场合(后文有解释)，手机中的蓝牙接收器最多有1/6的时间在用。根据WiMax的使用情况，随着流量的增加，在较高频率处，蓝牙接收器将会被阻塞。如上所述，蓝牙发射对WiMax接收有负面影响，但不是很严重。

解决共存挑战

根据上文的分析，显然无法消除或者减轻无线或物理层(PHY)的干扰，因为这种干扰是系统与生俱来的。因此，解决方案必须通过更高的层即介质访问控制(MAC)层来实现。在MAC层，可以实现不同协议之间的同步，并保证共享频谱上的带宽能够以时分复用、非并性和公平的方式得到分配。这种解决方案可以消除任何潜在的冲突，同时仍能保持固有的链路性能属性。

有许多应用场合和使用情况需要解决，也即WiMax、蓝牙和Wi-Fi发射和接收的各种组合，每种情况都有不同的链路扫描、建立和活动模式。为了讨论的连贯性，我们仍使用上面的例子来解释推荐的共存解决方案。后面我们还会在上述用例中增加Wi-Fi无线链路，该链路用以下要素表征：

移动电话和WiMax基站之间的有效WiMax链路。

工作在SCO/HV3模式(商用蓝牙耳机使用的标准模式)的有效蓝牙语音链路。

第一步是同步协议的时间基准。首先，我们必须找到不同系统时钟之间的‘最小公因子’，并确保它们能协调动作。蓝牙SCO/HV3模式的时基是625us，而WiMax的时基是基于5ms的郑这意味着最小公因子时间间隔为15ms，在此期间可以处理3个WiMax帧和24个蓝牙时隙。一