CN103702434A

CN103702434A - 抑制wifi通信中蓝牙干扰的方法

Info

Publication number: CN103702434A
Application number: CN201310686823.XA
Authority: CN
Inventors: 周贵祥; 魏伟; 文博; 肖可; 刘强
Original assignee: Nanjing Panda Electronics Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Nanjing Panda Electronics Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2013-12-17
Filing date: 2013-12-17
Publication date: 2014-04-02

Abstract

一种抑制WIFI通信中蓝牙干扰的方法，其特征是通过修改802.11协议中的RTS/CTS机制并采用自适应包选择机制，使蓝牙微网节点感知到WIFI通信的存在并进行回退，同时对WIFI数据包进行动态的分割，使得WIFI在蓝牙的干扰下获得更好的传输性能。本发明可以提高蓝牙干扰下WIFI数据包的接收率并且能够减小WIFI数据包与蓝牙数据包的碰撞的概率（时间重叠和频率重叠），从更能适用于复杂信号干扰下的WIFI通信。

Description

抑制WIFI通信中蓝牙干扰的方法

技术领域

本发明涉及一种无线通信技术，尤其是一种WIFI通信技术，具体地说是一种抑制WIFI通信中蓝牙干扰的方法。

背景技术

目前，WIFI作为WLAN的主流技术近年来有了飞速的发展，而基于蓝牙规范1.1的IEEE802.15.1标准的正式颁布也为蓝牙技术的市场启动奠定了基础。WIFI与蓝牙两种技术是各有侧重的。WIFI着眼于实现无线以太网的功能，支持多点网络，可传送多播、广播、单播分组，传送速度可达11Mbit/s，覆盖范围约100m，可保持较持久的接入时间。蓝牙着眼于电缆替代，以其低成本、低功耗、轻巧、易于联网等特点，更适于对等的暂时性连接，实现短时间突发性的数据交换。因此两者间不是相互竞争替代的关系，而是可以共存互补、相得益彰的。

一般来说，IEEE802.11b比较适合于办公室中的企业无线网络，而蓝牙技术则可以应用于任何可以用无线方式替代线缆的场合，蓝牙标准和IEEE802.11b标准将首先用于企业和家庭网络环境的笔记本电脑上得到实现。但是在目前的标准下，在同一环境中使用2.45GHz的ISM频段的WLAN和蓝牙，尤其当二者相距较近时，常常会发生相互干扰使数据传输速率降低。802.11b标准采用直接序列、具有11Mbit/s原始位速率的扩频信令形式，理论上数据有效载荷为6.25Mbit/s，净数据有效载荷为5.15Mbit/s。为了保持同样的误码率，当与接入点距离加大时802.11b信号的数据率明显增加。PC与接入点的距离越远，信号越容易受到干扰。当802.11b发射机没有接收到目标系统发出的确认信息包已到达的信号时，它将再次发送数据包。当蓝牙单元跳频点接近802.11b信号频段时，将干扰802.11b信号，影响其信息包收发，导致信息吞吐量的下降，甚至造成802.11b连接中断。一般来说，蓝牙对802.11b的干扰强于802.11b对它的干扰，因为蓝牙不停地跳到802.11b信号上，然后立即跳开，信息包损失很小，而且蓝牙设备能够不停地发送数据。

一般的，传统的抑制蓝牙干扰的主要解决方法分为两种：第一种是可进行信息交换机制，这种机制主要是WIFI设备可以与蓝牙设备进行互通信息，主要有META和TDMA算法。META算法在可以互通信息的蓝牙设备和802.11b中使用一个中央控制器，这个工作在MAC层的控制器监视着蓝牙和802.11b的流量，并对这些包流量进行严格分时，避免干扰。TDMA同META算法类似，它安排蓝牙和802.11b发送数据包时在时间上错开。第二种是方案是不可进行信息交换机制，也就是AFH自适应调频机制。AFH首先测定蓝牙设备在各频点通信的数据包损失比例，然后，选择并使用干扰较少的15个频率信道进行跳频通信，避开IEEE802.11b使用的固定频段，也就避免了干扰。由于这种方法不会降低无线LAN与蓝牙的数据传输速度，而且不必对IEEE802.11b进行任何处理，因此实用性很强。但是这两种方法有各自的局限性，主要的问题都是有针对性的解决了在单一种机制下的干扰消除的问题，同时AFH方案是在硬件方面实现的，同时需要提高蓝牙侦测WIFI信号的灵敏度，所以对干扰消除的效果存在较大的不确定性因素。

为此急需针对传统方法抑制和消除蓝牙干扰的不足，发明一种新的可以有效地抑制不同情况下的蓝牙干扰的方法，以有效的保证在蓝牙信号干扰下，WIFI信号传输的质量和效果。

发明内容

本发明的目的是针对现有的WIFI通讯中易受蓝牙干扰而现有的解决方案需要通过硬件机制实现且对WIFI灵敏度要求高的问题，发明一种抑制WIFI通信中蓝牙干扰的新方法。

本发明的技术方案是：

一种抑制WIFI通信中蓝牙干扰的方法，其特征是通过修改802.11 协议中的RTS/CTS 机制并采用自适应包选择机制，使蓝牙微网节点感知到WIFI通信的存在并进行回退，同时对WIFI数据包进行动态的分割，使得WIFI在蓝牙的干扰下获得更好的传输性能；具体步骤为：

1) 设定WIFI通信的CCA 检测方式，使其工作在能量探测机制的模式0下；

2) 填充WIFI的CTS 帧结构，使之传输时长拓展至能够被蓝牙信号感知的长度，在检测到WIFI的CTS 帧时，蓝牙微网节点进行回退；

3）采用自适应包选择机制，动态的调整WIFI数据包的大小，减小与蓝牙数据包进行碰撞的概率。

所述CTS 帧的传输时长拓展至119bit。由于CTS 帧全长为20Byte，802.11n 协议最低比特率为7.2Mpbs，因而CTS 帧的传输时间仅为22 微秒。蓝牙微网节点由于受到硬件条件制约，其CCA 校验时间需要消费128微秒，长度仅为16 微秒的CTS 帧平摊至128 微秒，其能量强度不足以使蓝牙微网节点将信道判定为繁忙并进行回退。因此，本发明为满足WIFI微网节点的空闲信道检测条件，将WIFI信号的CTS 帧加长至WIFI微网节点CCA 长度的规模，使得蓝牙在无法感知到WiFi 传输端信号时，可以通过接受端的CTS 信号感知到WiFi 传输状态而正常回退。蓝牙微网节点正常回退时槽长度为320微秒，802.11b 标准下最小长度帧时长仅为202微秒，因此调整WiFi 的分片大小即可使得WiFi帧传送在WIFI回退时间内完成。

所述的自适应包选择机制对WIFI数据包进行分割是指根据无线信道的误码率或者丢包率状况选择不同类型的包信道传输质量较差时选择短包传输，以减小信道同频干扰对信息传输的影响，信道传输质量较好时，选择长包传输，以提高传输效率，增加网络的吞吐量。这种方法可以有效地减小数据包分组碰撞的概率，可以有效地提高WIFI传输的质量。

本发明的有益效果：

本发明充分考虑了WIFI数据包在传输过程的接收率，同时也考虑到了WIFI数据包在传输过程中避免与其他信号的数据包进行碰撞，采用了延长WIFI信号的CTS帧的长度，使蓝牙信号可以感知WIFI信号的传输状态，从而使WIFI数据在蓝牙微网节点进行回退时完成帧的传输，并对WIFI数据包长度进行动态分割，避免了数据包的碰撞，因此提高了WIFI包的接收率，同时也保证了WIFI信号传输过程中的稳定性。

本发明可以提高蓝牙干扰下WIFI数据包的接收率并且能够减小WIFI数据包与蓝牙数据包的碰撞的概率（时间重叠和频率重叠），从更能适用于复杂信号干扰下的WIFI通信。

附图说明

图1是本发明的WIFI工作信号工作频段示意图。

图2是本发明的WIFI信道在2.4GHZ上的分布示意图。

图3 是本发明的蓝牙信号的信道与时隙示意图。

图4是本发明的修改后的CTS 帧结构的示意图。

图5 是本发明的RTS/CTS工作示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

如图1-5所示。

一种抑制WIFI 通信中蓝牙干扰的方法，主要是蓝牙信号侦测到WIFI信号进行微网节点回退，同时通过对WIFI数据包进行动态的分割，降低WIFI分组数据与蓝牙数据包进行碰撞的概率，从而抑制蓝牙信号的干扰，保证WIFI信号传输的质量。具体实施步骤包括：

（1）设定WIFI的工作模式，CCA工作在模式能量侦测的模式0下。

首先修改WiFi 的CTS 帧的发送机制。由于RTS/CTS 机制是为了解决WiFi 协议内的隐藏终端问题，当接收端没有接收到其他WIFI节点的RTS/CTS 信号，如图3所示，同时WIFI节点被NAV标记时，WIFI接收端将会返回一个CTS 信号。一般的CCA的检测设置为1，也就是采用直接序列扩频物理一致性信号检验(DSSS PHY conformant signal detection)。为了避免在蓝牙数据传输过程中，WIFI发送CTS帧信号，需要将接收端设定在CCA的0的能量侦测模式。

（2）延长WIFI的CTS帧。

增加WiFi 的CTS 帧的传输时长，使其达到蓝牙信号可以感知的长度。在FCF，Duration，RA，TA 块后增加长度为98 bit的填充字段，使CTS 帧长度增加到119比特，如图4 所示。蓝牙微网节点感知到WIFI传输的存在，此时节点进行回退。回退的时隙长度为320 微秒，802.11b 标准下最小长度帧时长仅为202 微秒，通过调整WIFI的分组数据大小，在蓝牙微网节点回退时间内，WIFI的帧传输完成，从而使WIFI通信能够在受到蓝牙干扰的情况下，能够保证接收到包的数量，降低了传输过程中包的丢失率。

（3）采用自适应包选择机制，动态的调整WIFI数据包的大小。

通过采用自适应包选择机制，在存在蓝牙和WIFI信号共存的情况下，通过动态的调整WIFI数据包长度的大小，从而避免和蓝牙数据在传输的过程中发生碰撞，这里的碰撞指的是，在时间和频率上的重叠，通过这种方式，从而保证存在蓝牙干扰的情况下，保证WIFI数据包传输的稳定性，和数据包的传输质量，下面公式表明了两种信号数据包碰撞的概率：

设蓝牙的数据包长度为

Figure 201310686823X100002DEST_PATH_IMAGE001

，WIFI的数据包长度为

，由他们各自的协议可知，

Figure 201310686823X100002DEST_PATH_IMAGE003

，因此，在传送一个WIFI数据包期间，传送蓝牙数据包的个数至少为

，故一个WIFI数据包与n个蓝牙数据包交叠的概率为：

与n+1个蓝牙数据包交叠的概率为：

设

Figure 201310686823X100002DEST_PATH_IMAGE007

为蓝牙数据包和WIFI数据包发射频率相同的概率，则两者之间碰撞的概率为：

通过上述的公式可以看出，在有蓝牙信号数据包干扰的前提下，对WIFI数据包长度进行分割，动态的调整WIFI数据包的长度，可以有效地降低WIFI数据包和蓝牙数据包在传送过程中的碰撞概率，可以明显的抑制WIFI信号传输情况下，蓝牙的干扰，保证了WIFI数据包传输的质量，降低了WIFI数据包在蓝牙干扰下的丢包率，保证了WIFI通信的稳定性。

总而言之，采用本发明的方法，可以有效地提高在蓝牙干扰的情况下WIFI数据包的传输质量和性能，通过在修改802.11 协议中的RTS/CTS 机制并采用自适应包选择机制，使蓝牙微网节点感知到WIFI通信的存在并进行回退，同时对WIFI数据包进行动态的分割，使得WIFI在蓝牙的干扰下获得更好的传输性能，这种方法综合的考虑到了在802.11协议层对蓝牙信号干扰的有效抑制，同时也对WIFI数据包进行分割，使WIFI数据包的长度动态的调整进行传输，这样可以有效地降低与蓝牙信号数据进行碰撞的几率，从而可以降低WIFI数据包的丢包率，保证了WIFI数据信号在传输过程中的质量，这种新方法可以在很大程度上提高WIFI数据传输的可靠性，抑制蓝牙信号的干扰。

本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims

1.一种抑制WIFI通信中蓝牙干扰的方法，其特征是通过修改802.11 协议中的RTS/CTS 机制并采用自适应包选择机制，使蓝牙微网节点感知到WIFI通信的存在并进行回退，同时对WIFI数据包进行动态的分割，使得WIFI在蓝牙的干扰下获得更好的传输性能。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征是它包括以下具体步骤：

3.根据权利要求2 所述的方法，其特征是所述CTS 帧的传输时长拓展至119bit。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征是所述的自适应包选择机制对WIFI数据包进行分割是指根据无线信道的误码率或者丢包率状况选择不同类型的包信道传输质量较差时选择短包传输，以减小信道同频干扰对信息传输的影响，信道传输质量较好时，选择长包传输，以提高传输效率，增加网络的吞吐量。