蓝牙技术使用的无线电频谱有哪些?

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蓝牙技术可用的频谱资源

1.1 无线电频谱资源是有限的自然资源
无线电频谱资源是非常宝贵的有限的自然资源。电磁波的频谱包括红外线、可见光、X射线,其范围是相当宽的。红外线只能用作非常短距离的传输媒介,它只适合用于近距离点对点工作;而作为无线电通信使用的无线电频率资源,国际电联定义是在3000GHz以下的电磁频谱,即无线电磁波的频谱。3000GHz以上电磁频谱的电信系统目前还在研究探索之中,但它最大不能超过可见光的范围。由于受到频率划分使用政策、技术和可提供能够操作使用的无线电设备等方面的限制,ITU当前只划分了9KHz 400GHz范围,分为12个频段,而目前实用的较高频段只是在几十GHz。由于电波的传播特性所限制,传播损耗小且适合移动业务的频段一般只能在3 GHz以下。此外,尽管人们可以通过频率、时间、空间这三维相互关联的要素进行频率的多次复用适配来提高频率利用率,但就某一频率或频段而言,在一定的区域、一定的时间、一定的条件之下,它又是有限的。
1.2 蓝牙技术可用的频段
蓝牙可以使用专用或共用两类频段,但是由于使用专用频段需要占用较宽的频带,而且适合家庭和办公环境的无线电频段一般在几GHz以下,而几GHz以下的各类无线电业务已经十分拥挤,因此划分专用频段给蓝牙技术是非常困难的,尤其是蓝牙技术使用的频段还打算在全球通用,这恐怕是难上加难。采用共用频段还是有希望的,蓝牙技术采用的是跳频扩谱技术(FHSS),其抗干扰能力很强,所发射的功率为mW级,属于微功率而不致对其他系统产生有害干扰,也不要求专门特殊的保护,因此使用与工、科、医设备(ISM)相同的频段共用是比较可行的方案。
蓝牙技术使用与ISM相同的频段属于共用频段,存在干扰问题。
国际电联(ITU)为ISM设备专门划分了专用频段或与其他无线电业务共用的频段,见表1
由表1中可见,ITU划分给ISM设备的频段中,400MHz以下各频段的频带都很窄,有的只有14MHz的带宽;400MHz900MHzISM频段是分别划分给1区和2区使用的频段;24GHz以上的ISM频段是近些年来划分的,使用较少,不适合移动通信使用。因此,只有2.4GHz5.8GHz是当前蓝牙技术与其共用可以考虑的范围。由于传播衰减量是随频率的平方率而增加的,因此从传播条件来看,2.4GHz更具优越性,蓝牙技术优先选择开发利用该频段是合理的。但是2.4GHz频段上现有的各类无线电业务和ISM设备已使用多年,电磁环境不是很理想,因而有的国家在研究2.4GHz的同时,也在研究开发5.8GHz的无线局域网技术(WLAN)。
1.3 国际、国内关于2.4GHz频段的ISM频率划分
ITU和中国关于2.4GHz频段的划分情况见表2。从表1和表2中可以看出,划分给ISM设备使用的频段,全球是统一的,而划分给一些无线电业务使用时又分3个大区:第1区包括欧洲、非洲和部分亚洲国家;第2区包括南、北美洲;第3区包括大部分亚洲国家和大洋州,我国属于第3区。它们之间又有着明显差异。
蓝牙技术设想是使用全球统一的频段、统一的通信制式和技术规范,这样便于互操作,降低制造成本,但是可能会存在两个问题:一是根据ITU的规则规定,运行在该频段的无线电业务“必须承受这些(ISM)应用可能产生的有害干扰”;二是必须协调各国主管部门,都要把此频段全部用于蓝牙技术。前一个是技术上要解决的问题,已决定采用抗干扰很强的FHSS技术;后一个问题正在协调之中,法国、西班牙和日本现已把原占用22信道的频谱统一改为相同的标准。
使用2.4GHz频段的干扰问题
2.1 我国2.4GHz频段的应用状况
1)现有业务
无线局域网,主要用于室内无线方式的计算机局域网通信;扩谱通信系统,主要用于短距离点对点和点对多点(1020km)的通信;ISM设备,如家用微波炉等设备。
2)通信设备
主要是直接序列扩谱系统(DSSS)和FHSS通信系统,发射功率一般均符合国家规定。但天线的制式、结构及增益指标差异很大,设备的频率配置、调制方式、信道间隔和保护带等均不统一。
3)干扰状况
经常发生干扰的申诉。
4)管理方式
其中扩谱通信系统设备须经国家进行认证。国际上大多数国家对2.4GHzISM频段管理通常都是免发无线电台执照的,但对设备技术规范中的发射功率和有效发射功率都有严格规定并对出厂设备进行认真监督。考虑到我国的国情,对该频段内正式开放无线电业务的电台(计算机局域网和ISM设备等除外),在安装使用时均需办理无线电台执照,然后才能正常操作使用。
2.2 干扰的来源
蓝牙技术采用2.4GHz频段时,可能存在来自系统内部的干扰、蓝牙与其他通信系统之间的干扰和来自ISM设备的干扰。其中,蓝牙系统内部的干扰应在设计系统设备时予以仔细考虑。
蓝牙与其他通信系统的干扰,除在安排无线电业务进行电台频率指配时需要考虑外,还应特别注意研究使用同一频谱的WLAN系统之间的干扰问题。为降低此类有害干扰,目前有的国家正在研究自适应跳频方式或把跳频的频点数减少为26个等技术方案。应当指出,将无线载波数由79个减少为26个,虽不会降低数据传输速率,但是这有可能降低系统的综合抗干扰能力。
ISM设备工作时产生的电磁辐射是蓝牙系统的重要干扰源,因此必须重视和注意研究它们的电磁辐射机理和对通信的干扰问题。工作在24002500MHz频段,对蓝牙技术影响较大的典型ISM设备主要是数量相当大的家用微波炉和商用微波炉。据统计,近10多年来,全球现有家用微波炉总数超过2亿台。这种微波炉大多采用单磁控管,功率为600800W,工作时发射连续波,各不同厂家的产品虽有些差异,但中心频率都在24502460MHz之间。据研究分析,家用微波炉的辐射频谱很宽,中心频率处辐射最强,逐渐向两侧递减,等效全向辐射功率(EIRP)大约为+16dBm~+33dBm。有人做过实验,过于靠近(如1m)微波炉的蓝牙系统的误码率(BER)会大大增加。
蓝牙技术是一项应用极为广泛的高新技术,它的创意对满足人们获取信息的需求和促进信息化发展将会有很大影响。国家要在政策上包括技术发展政策上给予支持和指导,加速研发和试验推广工作。我国的市场和应用潜力巨大,应予以重视。尤其是该技术采用全球统一频段和统一技术标准,设备价格低,这在先进的第三代移动通信技术中都暂时难以达到,因此,蓝牙技术将扩展第三代移动通信的能力,从而直接影响3G业务的运营与操作。

蓝牙技术确定优先选用与ISM设备的2.4GHz频段共用是合适的。该技术采用跳频速率较高、抗干扰性好的FHSS技术,能够保证通信服务质量,频谱利用率较高。但在此频段内,我国现用设备种类和制式繁多,相互干扰严重,需要加大该频段内现用无线电系统和非无线电设备的监管力度。



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