藍牙技術使用的無線電頻譜

1 藍芽技術可用的頻譜資源 
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、技術和可提供能夠操作使用的無線電設備等方面的限制，ＩＴＵ當前只劃分了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務的頻段一般只能在3 ＧＨｚ以下。此外，盡管人們可以通過頻率、時間、空間這三維相互關聯的要素進行頻率的多次復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務已經十分擁擠，因此劃分專用頻段給藍牙技術是非常困難的，尤其是藍芽技術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，藍芽技術采用的是跳頻擴譜技術（ＦＨＳＳ），其抗干擾能力很強，所發射的功率為ｍＷ級，屬于微功率而不致對其他系統產生有害干擾，也不要求專門特殊的保護，因此使用與工、科、醫設備（ＩＳＭ）相同的頻段共用是比較可行的方案。 
    藍芽技術使用與ＩＳＭ相同的頻段屬于共用頻段，存在干擾問題。 
    國際電聯（ＩＴＵ）為ＩＳＭ設備專門劃分了專用頻段或與其他無線電業務共用的頻段，見表1。

    由表1中可見，ＩＴＵ劃分給ＩＳＭ設備的頻段中，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區和2區使用的頻段；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是當前藍芽技術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更具優越性，藍芽技術優先選擇開發利用該頻段是合理的。但是2.4ＧＨｚ頻段上現有的各類無線電業務和ＩＳＭ設備已使用多年，電磁環境不是很理想，因而有的國家在研究2.4ＧＨｚ的同時，也在研究開發5.8ＧＨｚ的無線局域網技術（ＷＬＡＮ）。 
1.3 國際、國內關于2.4ＧＨｚ頻段的ＩＳＭ頻率劃分 
    ＩＴＵ和中國關于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設備使用的頻段，全球是統一的，而劃分給一些無線電業務使用時又分3個大區：第1區包括歐洲、非洲和部分亞洲國家；第2區包括南、北美洲；第3區包括大部分亞洲國家和大洋州，我國屬于第3區。它們之間又有著明顯差異。 

    藍芽技術設想是使用全球統一的頻段、統一的通信制式和技術規范，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ＩＴＵ的規則規定，運行在該頻段的無線電業務“必須承受這些（ＩＳＭ）應用可能產生的有害干擾”；二是必須協調各國主管部門，都要把此頻段全部用于藍芽技術。前一個是技術上要解決的問題，已決定采用抗干擾很強的ＦＨＳＳ技術；后一個問題正在協調之中， 法國、西班牙和日本現已把原占用22信道的頻譜統一改為相同的標準。 
2 使用2.4ＧＨｚ頻段的干擾問題 
2.1 我國2.4ＧＨｚ頻段的應用狀況 
    （1）現有業務 
    無線局域網，主要用于室內無線方式的計算機局域網通信；擴譜通信系統，主要用于短距離點對點和點對多點（10～20ｋｍ）的通信；ＩＳＭ設備，如家用微波爐等設備。 
    （2）通信設備 
    主要是直接序列擴譜系統（ＤＳＳＳ）和ＦＨＳＳ通信系統，發射功率一般均符合國家規定。但天線的制式、結構及增益指標差異很大，設備的頻率配置、調制方式、信道間隔和保護帶等均不統一。 
    （3）干擾狀況 
    經常發生干擾的申訴。 
    （4）管理方式 
    其中擴譜通信系統設備須經國家進行認證。國際上大多數國家對2.4ＧＨｚ的ＩＳＭ頻段管理通常都是免發無線電臺執照的，但對設備技術規范中的發射功率和有效發射功率都有嚴格規定并對出廠設備進行認真監督。考慮到我國的國情，對該頻段內正式開放無線電業務的電臺（計算機局域網和ＩＳＭ設備等除外），在安裝使用時均需辦理無線電臺執照，然后才能正常操作使用。 
2.2 干擾的來源 
    藍芽技術采用2.4ＧＨｚ頻段時，可能存在來自系統內部的干擾、藍芽與其他通信系統之間的干擾和來自ＩＳＭ設備的干擾。其中，藍芽系統內部的干擾應在設計系統設備時予以仔細考慮。 
    藍芽與其他通信系統的干擾，除在安排無線電業務進行電臺頻率指配時需要考慮外，還應特別注意研究使用同一頻譜的ＷＬＡＮ系統（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跳頻方式或把跳頻的頻點數減少為26個等技術方案。應當指出，將無線載波數由79個減少為26個，雖不會降低數據傳輸速率，但是這有可能降低系統的綜合抗干擾能力。 

    ＩＳＭ設備工作時產生的電磁輻射是藍芽系統的重要干擾源，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，對藍芽技術影響較大的典型ＩＳＭ設備主要是數量相當大的家用微波爐和商用微波爐。據統計，近10多年來，全球現有家用微波爐總數超過2億臺。這種微波爐大多采用單磁控管，功率為600～800Ｗ，工作時發射連續波，各不同廠家的產品雖有些差異，但中心頻率都在2450～2460ＭＨｚ之間。據研究分析，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）微波爐的藍芽系統的誤碼率（ＢＥＲ）會大大增加。 
3 結束語 
    藍芽技術是一項應用極為廣泛的高新技術，它的創意對滿足人們獲取信息的需求和促進信息化發展將會有很大影響。國家要在政策上包括技術發展政策上給予支持和指導，加速研發和試驗推廣工作。我國的市場和應用潛力巨大，應予以重視。尤其是該技術采用全球統一頻段和統一技術標準，設備價格低，這在先進的第三代移動通信技術中都暫時難以達到，因此，藍芽技術將擴展第三代移動通信的能力，從而直接影響3Ｇ業務的運營與操作。 
    藍芽技術確定優先選用與ＩＳＭ設備的2.4ＧＨｚ頻段共用是合適的。該技術采用跳頻速率較高、抗干擾性好的ＦＨＳＳ技術，能夠保證通信服務質量，頻譜利用率較高。但在此頻段內，我國現用設備種類和制式繁多，相互干擾嚴重，需要加大該頻段內現用無線電系統和非無線電設備的監管力度。

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