藍牙技術(shù)使用的無線電頻譜

藍牙技術(shù)使用的無線電頻譜

1 藍芽技術(shù)可用的頻譜資源 
1.1 無線電頻譜資源是有限的自然資源 
    無線電頻譜資源是非常寶貴的有限的自然資源。電磁波的頻譜包括紅外線、可見光、Ｘ射線，其范圍是相當(dāng)寬的。紅外線只能用作非常短距離的傳輸媒介，它只適合用于近距離點對點工作；而作為無線電通信使用的無線電頻率資源，國際電聯(lián)定義是在3000ＧＨｚ以下的電磁頻譜，即無線電磁波的頻譜。3000ＧＨｚ以上電磁頻譜的電信系統(tǒng)目前還在研究探索之中，但它最大不能超過可見光的范圍。由于受到頻率劃分使用政策、技術(shù)和可提供能夠操作使用的無線電設(shè)備等方面的限制，ＩＴＵ當(dāng)前只劃分了9ｋＨｚ ～400ＧＨｚ范圍，分為12個頻段，而目前實用的較高頻段只是在幾十ＧＨｚ。由于電波的傳播特性所限制，傳播損耗小且適合移動業(yè)務(wù)的頻段一般只能在3 ＧＨｚ以下。此外，盡管人們可以通過頻率、時間、空間這三維相互關(guān)聯(lián)的要素進行頻率的多次復(fù)用適配來提高頻率利用率，但就某一頻率或頻段而言，在一定的區(qū)域、一定的時間、一定的條件之下，它又是有限的。 
1.2 藍芽技術(shù)可用的頻段 
    藍芽可以使用專用或共用兩類頻段，但是由于使用專用頻段需要占用較寬的頻帶，而且適合家庭和辦公環(huán)境的無線電頻段一般在幾ＧＨｚ以下，而幾ＧＨｚ以下的各類無線電業(yè)務(wù)已經(jīng)十分擁擠，因此劃分專用頻段給藍牙技術(shù)是非常困難的，尤其是藍芽技術(shù)使用的頻段還打算在全球通用，這恐怕是難上加難。采用共用頻段還是有希望的，藍芽技術(shù)采用的是跳頻擴譜技術(shù)（ＦＨＳＳ），其抗干擾能力很強，所發(fā)射的功率為ｍＷ級，屬于微功率而不致對其他系統(tǒng)產(chǎn)生有害干擾，也不要求專門特殊的保護，因此使用與工、科、醫(yī)設(shè)備（ＩＳＭ）相同的頻段共用是比較可行的方案。 
    藍芽技術(shù)使用與ＩＳＭ相同的頻段屬于共用頻段，存在干擾問題。 
    國際電聯(lián)（ＩＴＵ）為ＩＳＭ設(shè)備專門劃分了專用頻段或與其他無線電業(yè)務(wù)共用的頻段，見表1。

    由表1中可見，ＩＴＵ劃分給ＩＳＭ設(shè)備的頻段中，400ＭＨｚ以下各頻段的頻帶都很窄，有的只有14ＭＨｚ的帶寬；400ＭＨｚ和900ＭＨｚ的ＩＳＭ頻段是分別劃分給1區(qū)和2區(qū)使用的頻段；24ＧＨｚ以上的ＩＳＭ頻段是近些年來劃分的，使用較少，不適合移動通信使用。因此，只有2.4ＧＨｚ和5.8ＧＨｚ是當(dāng)前藍芽技術(shù)與其共用可以考慮的范圍。由于傳播衰減量是隨頻率的平方率而增加的，因此從傳播條件來看，2.4ＧＨｚ更具優(yōu)越性，藍芽技術(shù)優(yōu)先選擇開發(fā)利用該頻段是合理的。但是2.4ＧＨｚ頻段上現(xiàn)有的各類無線電業(yè)務(wù)和ＩＳＭ設(shè)備已使用多年，電磁環(huán)境不是很理想，因而有的國家在研究2.4ＧＨｚ的同時，也在研究開發(fā)5.8ＧＨｚ的無線局域網(wǎng)技術(shù)（ＷＬＡＮ）。 
1.3 國際、國內(nèi)關(guān)于2.4ＧＨｚ頻段的ＩＳＭ頻率劃分 
    ＩＴＵ和中國關(guān)于2.4ＧＨｚ頻段的劃分情況見表2。從表1和表2中可以看出，劃分給ＩＳＭ設(shè)備使用的頻段，全球是統(tǒng)一的，而劃分給一些無線電業(yè)務(wù)使用時又分3個大區(qū)：第1區(qū)包括歐洲、非洲和部分亞洲國家；第2區(qū)包括南、北美洲；第3區(qū)包括大部分亞洲國家和大洋州，我國屬于第3區(qū)。它們之間又有著明顯差異。 

    藍芽技術(shù)設(shè)想是使用全球統(tǒng)一的頻段、統(tǒng)一的通信制式和技術(shù)規(guī)范，這樣便于互操作，降低制造成本，但是可能會存在兩個問題：一是根據(jù)ＩＴＵ的規(guī)則規(guī)定，運行在該頻段的無線電業(yè)務(wù)“必須承受這些（ＩＳＭ）應(yīng)用可能產(chǎn)生的有害干擾”；二是必須協(xié)調(diào)各國主管部門，都要把此頻段全部用于藍芽技術(shù)。前一個是技術(shù)上要解決的問題，已決定采用抗干擾很強的ＦＨＳＳ技術(shù)；后一個問題正在協(xié)調(diào)之中， 法國、西班牙和日本現(xiàn)已把原占用22信道的頻譜統(tǒng)一改為相同的標(biāo)準(zhǔn)。 
2 使用2.4ＧＨｚ頻段的干擾問題 
2.1 我國2.4ＧＨｚ頻段的應(yīng)用狀況 
    （1）現(xiàn)有業(yè)務(wù) 
    無線局域網(wǎng)，主要用于室內(nèi)無線方式的計算機局域網(wǎng)通信；擴譜通信系統(tǒng)，主要用于短距離點對點和點對多點（10～20ｋｍ）的通信；ＩＳＭ設(shè)備，如家用微波爐等設(shè)備。 
    （2）通信設(shè)備 
    主要是直接序列擴譜系統(tǒng)（ＤＳＳＳ）和ＦＨＳＳ通信系統(tǒng)，發(fā)射功率一般均符合國家規(guī)定。但天線的制式、結(jié)構(gòu)及增益指標(biāo)差異很大，設(shè)備的頻率配置、調(diào)制方式、信道間隔和保護帶等均不統(tǒng)一。 
    （3）干擾狀況 
    經(jīng)常發(fā)生干擾的申訴。 
    （4）管理方式 
    其中擴譜通信系統(tǒng)設(shè)備須經(jīng)國家進行認證。國際上大多數(shù)國家對2.4ＧＨｚ的ＩＳＭ頻段管理通常都是免發(fā)無線電臺執(zhí)照的，但對設(shè)備技術(shù)規(guī)范中的發(fā)射功率和有效發(fā)射功率都有嚴格規(guī)定并對出廠設(shè)備進行認真監(jiān)督。考慮到我國的國情，對該頻段內(nèi)正式開放無線電業(yè)務(wù)的電臺（計算機局域網(wǎng)和ＩＳＭ設(shè)備等除外），在安裝使用時均需辦理無線電臺執(zhí)照，然后才能正常操作使用。 
2.2 干擾的來源 
    藍芽技術(shù)采用2.4ＧＨｚ頻段時，可能存在來自系統(tǒng)內(nèi)部的干擾、藍芽與其他通信系統(tǒng)之間的干擾和來自ＩＳＭ設(shè)備的干擾。其中，藍芽系統(tǒng)內(nèi)部的干擾應(yīng)在設(shè)計系統(tǒng)設(shè)備時予以仔細考慮。 
    藍芽與其他通信系統(tǒng)的干擾，除在安排無線電業(yè)務(wù)進行電臺頻率指配時需要考慮外，還應(yīng)特別注意研究使用同一頻譜的ＷＬＡＮ系統(tǒng)（見表3）之間的干擾問題。為降低此類有害干擾，目前有的國家正在研究自適應(yīng)跳頻方式或把跳頻的頻點數(shù)減少為26個等技術(shù)方案。應(yīng)當(dāng)指出，將無線載波數(shù)由79個減少為26個，雖不會降低數(shù)據(jù)傳輸速率，但是這有可能降低系統(tǒng)的綜合抗干擾能力。 

    ＩＳＭ設(shè)備工作時產(chǎn)生的電磁輻射是藍芽系統(tǒng)的重要干擾源，因此必須重視和注意研究它們的電磁輻射機理和對通信的干擾問題。工作在2400～2500ＭＨｚ頻段，對藍芽技術(shù)影響較大的典型ＩＳＭ設(shè)備主要是數(shù)量相當(dāng)大的家用微波爐和商用微波爐。據(jù)統(tǒng)計，近10多年來，全球現(xiàn)有家用微波爐總數(shù)超過2億臺。這種微波爐大多采用單磁控管，功率為600～800Ｗ，工作時發(fā)射連續(xù)波，各不同廠家的產(chǎn)品雖有些差異，但中心頻率都在2450～2460ＭＨｚ之間。據(jù)研究分析，家用微波爐的輻射頻譜很寬，中心頻率處輻射最強，逐漸向兩側(cè)遞減， 等效全向輻射功率（ＥＩＲＰ）大約為＋16ｄＢｍ～＋33ｄＢｍ。有人做過實驗，過于靠近（如1ｍ）微波爐的藍芽系統(tǒng)的誤碼率（ＢＥＲ）會大大增加。 
3 結(jié)束語 
    藍芽技術(shù)是一項應(yīng)用極為廣泛的高新技術(shù)，它的創(chuàng)意對滿足人們獲取信息的需求和促進信息化發(fā)展將會有很大影響。國家要在政策上包括技術(shù)發(fā)展政策上給予支持和指導(dǎo)，加速研發(fā)和試驗推廣工作。我國的市場和應(yīng)用潛力巨大，應(yīng)予以重視。尤其是該技術(shù)采用全球統(tǒng)一頻段和統(tǒng)一技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)備價格低，這在先進的第三代移動通信技術(shù)中都暫時難以達到，因此，藍芽技術(shù)將擴展第三代移動通信的能力，從而直接影響3Ｇ業(yè)務(wù)的運營與操作。 
    藍芽技術(shù)確定優(yōu)先選用與ＩＳＭ設(shè)備的2.4ＧＨｚ頻段共用是合適的。該技術(shù)采用跳頻速率較高、抗干擾性好的ＦＨＳＳ技術(shù)，能夠保證通信服務(wù)質(zhì)量，頻譜利用率較高。但在此頻段內(nèi)，我國現(xiàn)用設(shè)備種類和制式繁多，相互干擾嚴重，需要加大該頻段內(nèi)現(xiàn)用無線電系統(tǒng)和非無線電設(shè)備的監(jiān)管力度。

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