引言

移動電話、PDA 以及智能電話等高性能、多功能手持設備的需求在不斷增長。其中的動力之一是多種技術集成到一個能手持并裝進口袋的設備中，這已經并將繼續推動上述需求的發展。手持設備市場最近的發展趨勢是上述設備開始具有彩屏顯示與照相機功能,而且 Bluetooth 無線耳機巍然風行，這將最終消除移動電話耳機與移動電話主機之間的連線。顯示屏分辨率越來越高，音頻系統的性能也不斷改善，系統可用的存儲器容量以及 CPU 性能也在不斷提高。上述不斷發展的硬件與處理功能將推動實現新式應用，如視頻電話、企業與家庭 WLAN 上的 VoIP、高清晰度視頻流以及高速因特網等，同時還將實現無所不在的移動電話覆蓋范圍。

圖1 越來越多的手持設備具有藍牙、WLAN、GSM、GPRS 功能

圖2  功率頻譜分布曲線，75%處于帶寬之外

圖3  不同無線技術的發射功率

設計挑戰

眾所周知，由于這些手持設備本身體積很小，電池的容量有限，每個子系統都必須很小，而且功耗要非常低。添加新技術而不增加設備體積對每一代產品都至關重要。在每代產品中，預期電池的使用壽命應該越來越長。還有一個深層問題是隨著多種無線技術匯聚在手持設備中，會出現全新的各種電磁干擾問題。除了小外形與低功耗要求外，無線子系統的設計還必須使各子系統可實現共存，而不致相互損害。本文將深入探討如何解決上述新要求與挑戰，以設計出新一代高性能、高功能的無線手持設備。

舉例來說，某些新一代手持產品將包含 GPS、WLAN 與藍牙以及 2.5G 與 3G 蜂窩技術，這些設備可方便地在多達五至六個頻帶中進行操作。設置上述每種標準的標準委員會沒有明確接收機要求，而是假定設備處在兩至三個其它發送器的 10 厘米頻譜范圍之內。這樣，為了使上述帶有多種無線技術的高度集成的手持設備能夠工作，設計小組必須計算傳輸頻譜功率水平的要求，以及接收機鄰信道抑制要求，從而避免手持設備的自我干擾。

手持設備中集成的無線功能

在討論工程設計細節之前，我們必需先來回顧一下為什么要將多個無線系統集成至一個手持設備中。因為消費者已經習慣于隨時攜帶移動電話，而且隨時都能打電話、接電話。這種習慣和生活方式不會改變，那么蜂窩技術及其相關改進還將繼續。在所有討論的技術中，蜂窩技術是能夠真正實現無所不在的覆蓋技術，它將繼續推動隨時隨地實現自動連接，而且這種連接目前正從語音業務擴展到因特網數據業務。

近幾年來，WLAN 技術市場不斷擴大，并滲透到三大關鍵領域：家庭、辦公室與熱點。熱點是指酒店或機場等用戶高度集中的地點。WLAN 的主要優勢在于速度非常快，而且在建筑物內的穿透力很強，這使其成為辦公室環境下的自然之選。WLAN 的服務成本往往不是按每分鐘計時收費，而且網絡容量目前已達數十 Mbps，將來甚至可達數百 Mbps。除消費者已經習慣由 WLAN 實現的高速數據服務外，WLAN 有望實現高速視頻、電視會議、音頻與 VoIP等業務。

藍牙在上述設備中也找到用武之地，我們現在可以看到人們佩戴耳機邊走邊通話，今后藍牙將成為這種耳機無線技術實現的關鍵。對于無線鍵盤與鼠標等需要低功耗的低速設備而言，它們不需要很高的帶寬，藍牙也是一種理想的技術。

GPS 即全球定位系統不再是飛機的專利。隨著 GPS 子系統成本的降低，該技術已經出現在手持終端中，可實現導航設備以及具有突發事件定位業務。

手持設備中的WLAN設計

具有上述所有無線系統的產品設計會面臨多方面 (multidimensional) 的問題。每個系統都有各自的傳輸頻譜特性，并需要各自定制接收機的鄰信道抑制功能。我們將從 WLAN 子系統的角度來討論該問題，盡管新一代系統將以 IEEE 802.11g (54Mbps) 為基礎，為簡單起見，我們將專門探討 IEEE 802.11b (11Mbps)。

每個無線子系統的設計哲學必須遵循“不損害”原則以及“抗干擾穩健性”原則。第一部分“不損害”原則是指發射頻譜掩碼不得大幅提高其他無線系統帶通中的噪聲下限。當然，所謂其他無線系統是在相同手持終端設備中的系統，因此我們可以假定最多在 20 dB 天線間進行隔離。就熱噪聲下限值為-114 dBm/MHz 而言，WLAN 系統在其他器件帶通中最好傳輸不超過-94 dBm/MHz。實際情況中，上述要求會加上一些裕度，不會對其他系統造成很大影響。還有一種方法就是限制帶外發射功率，這樣其他無線系統敏感度衰減的影響就不會超過一個給定值。

802.11b 標準確定，頻率超過中央頻率 22 MHz 以上時，發射頻譜應比通帶中的功率下降 50 dB。通帶中最大發射功率通常為 12 dBm/MHz，因此，上述要求就會需要通帶外為-38 dBm/MHz，這與“不損害”相距甚遠。管理機構可能會對帶外發射功率給出進一步限制，但即便這些額外的限制可能也不足以保證達到足夠的性能。本例清楚地顯示，WLAN 子系統要求更多規范，以確保其不損害其他無線子系統。

同樣，WLAN 子系統還必須具有“抗干擾穩健性”。在手持終端設備中，這一點具有全新的含義。就具備 WLAN 功能的筆記本電腦而言，到其他無線發送器的距離以米乃至數十米來計量，而手持終端中的距離則要以厘米計量。必須容忍的干擾源數量根據傳輸功率從 0 dBm 至 30 dBm 不等，根據距離 WLAN 系統 0 至 1600 MHz 而不同。圖3給出了一些例子。

802.11b 標準確定，據接收機中央頻率 25 MHz時，相鄰信道抑制必須至少為 35 dB。相鄰信道抑制規范沒有進一步的要求。舉例而言，壓縮點就沒有相關規范。此外，802.11b 標準指定抑制應相對于另一 802.11b 波形進行測試。我們可預期到這一點，它當然也是需要的，但就某些目的而言，它又是不夠的。舉例來說，該規范根本不能保證接收機在 5 厘米外從天線傳輸 PCS 且傳輸噪聲為 30 dBm 的情況下能夠正常工作。還必須添加額外的設計要求，以保證 WLAN、藍牙與其他無線系統能夠在上述近距離環境中工作。

一個很難解決的問題就是藍牙與WLAN在手持設備中如何共存。該問題在手持終端設備中尤其難以解決，這還是因為藍牙與WLAN天線之間的隔離非常有限，容易形成互相干擾。藍牙與 WLAN 之所以難以共存，是由于二者都運行在 2.4 GHz ISM 頻帶中。因此，兩個系統的設計通常都帶有信道預選擇濾波器，占據整個 2.4 GHz 頻帶。這使去除干擾信號尤其困難。但是，我們針對這一問題擁有多種解決方案。一個解決方案是采用時分多路算法以避免系統間干擾，此外，藍牙 1.2 解決方案中的自適應跳頻進行了標準化。不過，即便有了上述改進，如果不采用發射功率控制等技術，WLAN與藍牙仍然難以同時工作 。WLAN 與藍牙共存問題雖然很難解決，但我們還是找到了解決途徑，因此用戶能夠同時實現WLAN與藍牙操作，藍牙語音等主要應用也未受影響。

智能電話、移動電話、PDA等設備中WLAN器件對于相鄰信道有關要求、發射頻譜要求、尺寸要求以及功耗要求都具有獨特性。并非每個WLAN系統都能滿足上述環境所需的性能要求。此外，系統設計人員必須選擇那些專門為滿足上述要求進行設計的產品，否則相應產品的性能將難以令人滿意。但幸運的是，上述要求并非不可以實現，在今天最先進的 WLAN 系統以及在用于 PDA 的參考設計中這些功能已經被成功實現。