手機和手持設備中WiMAX、藍牙和Wi-Fi的共存帶來了艱鉅的技術挑戰，因爲它們在相鄰無線頻帶上的發送可能會發生衝突，並嚴重降低性能。本文推薦的共存機制可以實現WiMAX和藍牙時鐘的同步，時間上共享無線頻帶(以一種儘可能減小對各自無線鏈路性能影響的方式)以及使Wi-Fi工作於U-APSD模式，因而有效地解決了這方面的挑戰。
從單功能蜂窩電話到具有豐富連接功能的各種多模多媒體設備，移動電話的發展非常迅速。這種發展趨勢同時有益於用戶、運營商、網絡服務提供商和應用開發人員，但對手機OEM商來說卻意味着難度越來越高，因爲不同的無線協議之間存在着難以處理的干擾問題。比如：
1.藍牙：這是中端/高端手機中的標配功能，可以提供耳機、筆記本(無線PC modem和/或同步功能)以及打印機等外設的短距離連接。
2.Wi-Fi：可以讓用戶接入互聯網，打VoIP電話。
3.WiMax：很快會將與Wi-Fi相同的功能擴展到更遠的距離，並且性能更加穩定。
手機製造商幾年前就認識到，藍牙和Wi-Fi(2.4GHz頻帶)的頻率非常接近，而且它們的天線靠在一起，再加上兩種協議完全不協調的事實，最終將導致發生故障的嚴重性能挑戰。藍牙和Wi-Fi芯片組供應商在產品中增加了共存接口，實現了在共享無線頻率媒介上的仲裁，以防止衝突和信號劣化，從而有效解決了這一難題。
隨着移動WiMax(IEEE802.16e)的推出，OEM又面臨新的干擾挑戰，這是因爲新的WiMax協議工作在多個頻帶(在WiMax術語中定義爲“模式”)，而最常用的是2.3-2.4GHz和2.5-2.7GHz。這種頻率區間雖然比藍牙和Wi-Fi之間的大，但仍不足以避免共存問題的發生。
一個典型的使用場合是，用戶一邊利用藍牙耳機進行蜂窩通話，一邊通過電話的WiMax無線鏈路下載電子郵件或瀏覽互聯網，這時確保無線接口共存的完美機制就很有必要。如果沒有這種機制，話音質量和數據包吞吐量下降將導致用戶體驗低劣。由於有越來越多的最終用戶使用藍牙和Wi-Fi配件(如藍牙耳機，Wi-Fi路由器)，因此最佳解決方案必須能與已經投入使用的設備一起工作，而不是去修改現有設備。
WiMAX和藍牙干擾
上述情景將用來分析從WiMax發射到藍牙無線鏈路的干擾模式，並確定其影響。圖1所示是一個由藍牙耳機和帶WiMax功能的移動電話組成的系統。藍牙耳機的發射功率是0dBm。在耳機天線處收到的信號電平是-40dBm。藍牙規範要求接收器能夠處理最高爲-27dBm的干擾信號。
本例中手機的WiMax發射器工作在2.5-2.7GHz頻帶。WiMax功放(PA)的輸出功率可能高達+25dBm。WiMax和藍牙發射天線彼此靠得很近，用戶的手或手機擺放的表面通常會在它們之間造成10dB的路徑損耗。這樣一來，在藍牙帶通濾波器(BPF)輸入端產生的信號電平爲+15dB。BPF必須能夠通過高達2.48GHz的頻率(最高的藍牙跳頻)，因此無法抑制超過3dB的無用WiMax信號，故至少有+12dB的干擾信號被傳遞到藍牙低噪放大器(LNA)。
圖1：由藍牙耳機和帶WiMax功能的手機構成的通信系統
假定藍牙抑制能力爲-27dBm，那麼很明顯無法有效抑制掉WiMax信號，這樣就會發生阻塞。另外，藍牙LNA輸入端如此強的信號可能會超過LNA的最大額定輸入功率，最終導致嚴重的可靠性問題。
爲了便於討論，本文規定“本端”代表使用手機的一方，“遠端”代表正在通話的另一方。只要手機的藍牙接收電路被WiMax發射信號阻塞，遠端就會聽到“喀喇”聲。
WiMax阻塞對本端的影響程度稍低些，因爲從手機到耳機存在較高的路徑損耗，但對本端端點的干擾也不能被完全忽略。這種“喀喇”聲發生的概率異常的高。假設在以下場合(後文有解釋)，手機中的藍牙接收器最多有1/6的時間在用。根據WiMax的使用情況，隨着流量的增加，在較高頻率處，藍牙接收器將會被阻塞。如上所述，藍牙發射對WiMax接收有負面影響，但不是很嚴重。
解決共存挑戰
根據上文的分析，顯然無法消除或者減輕無線或物理層(PHY)的干擾，因爲這種干擾是系統與生俱來的。因此，解決方案必須通過更高的層即介質訪問控制(MAC)層來實現。在MAC層，可以實現不同協議之間的同步，並保證共享頻譜上的帶寬能夠以時分複用、非並性和公平的方式得到分配。這種解決方案可以消除任何潛在的衝突，同時仍能保持固有的鏈路性能屬性。
有許多應用場合和使用情況需要解決，也即WiMax、藍牙和Wi-Fi發射和接收的各種組合，每種情況都有不同的鏈路掃描、建立和活動模式。爲了討論的連貫性，我們仍使用上面的例子來解釋推薦的共存解決方案。後面我們還會在上述用例中增加Wi-Fi無線鏈路，該鏈路用以下要素表徵：
移動電話和WiMax基站之間的有效WiMax鏈路。
工作在SCO/HV3模式(商用藍牙耳機使用的標準模式)的有效藍牙語音鏈路。
第一步是同步協議的時間基準。首先，我們必須找到不同系統時鐘之間的‘最小公因子’，並確保它們能協調動作。藍牙SCO/HV3模式的時基是625us，而WiMax的時基是基於5ms的幀。這意味着最小公因子時間間隔爲15ms，在此期間可以處理3個WiMax幀和24個藍牙時隙。一旦解決方案被認爲能夠滿足15ms時間間隔，重複模式就可確保該解決方案基本上可用於這種模式。
在確定重複模式後，有必要確保兩個時基是同步的，並在整個鏈路的並行操作過程中仍能保持同步。由於WiMax基站決定了時基，因此移動電話不可能控制相對於藍牙時基的相位。另一方面，移動電話中的藍牙芯片組(假定它是藍牙鏈路上的主設備)有能力控制時鐘相位，並與WiMax鏈路上的時鐘取得同步。
當藍牙鏈路上的主設備是耳機而不是移動電話時，可以執行主從切換(藍牙術語叫MSS)。一旦成爲“主設備”，手機藍牙芯片就能復位鏈路的時鐘，並使之與WiMax時鐘對齊，從而有效地實現兩個時基的同步。隨着時間的推移，藍牙時鐘與WiMax時鐘的相對相位可能出現偏差，因此可能要求重新同步藍牙時鐘。圖2給出了兩條無線鏈路之間的時間和相位關係。
在兩條鏈路取得同步並確定基本的重複模式後，下一步就是建立兼顧兩個協議工作原理的帶寬分配機制。藍牙SCO/HV3模式定義了一個重複的六時隙週期(3.75ms)，在此期間只有兩個連續時隙用於發射，一個用於主設備(用M代表)，一個用於從設備(用S代表)。在這個間隔時間內移動電話和耳機交換未壓縮的語音數據包。另外4個時隙尚未使用。這是一種非常基本的模式，沒有定義任何調度機制、抖動控制(在時隙級)、重發、糾錯技術甚至循環冗餘校驗(CRC)，因此任何錯誤都將表現爲“喀喇”噪聲。
WiMax幀由一個從基站向所有註冊移動臺廣播發送的MAP消息組成。該消息映射了同一WiMax幀中不同移動臺的接收間隔，同時在隨後的WiMax幀中分配發射間隔。緊隨MAP消息的是一個下行鏈路間隔或“區”(WiMax術語)，用於基站向註冊移動臺廣播、組播或單播發射。在下行鏈路區後是上行鏈路區，用於移動臺在前面的WiMax幀期間接收發射分配時間。每個WiMax幀依次重複這種模式。
根據藍牙語音模式的基本特點，確保正確並行操作的基本方針是保證連續的藍牙發射和接收時隙。因此，基站在這些間隔內(24時隙中的6個時隙，或25%的時間標註“阻塞”)必須被禁止向移動電話發射或分配發送機會。現在讓我們分析一下剩餘75%的時間，以便理解哪些時間間隔可用於WiMax鏈路。幀[N]實際上未被移動電話的WiMax鏈路使用---下行鏈路間隔未被使用，這是因爲，鑑於藍牙優先級(時隙B1和B2)問題，移動電話不能在幀開頭接收MAP消息。上行鏈路也由於藍牙優先級(時隙B7和B8)的原因而未被使用。
在幀[N+1]期間，移動電話可以接收和解碼MAP消息，並且允許它接收在B10和B12之間的間隙期(2.5ms)發送的突發信號，直到下一次藍牙分配(時隙B13和B14)。不過，幀[N+1]中的上行鏈路不能被移動電話使用，因爲它沒有接收到幀[N]中的MAP消息，該消息用於分配幀[N+1]的上行鏈路間隔中用於發射的帶寬。
在幀[N+2]中，由於藍牙佔用了時隙B19和B20，移動電話將不能接收來自基站的下行鏈路流量。幀[N+2]的上行鏈路間隔可能已經被賦於了幀[N+1]的MAP消息中的發射機會，因此可用於移動電話的發射。只要兩條鏈路保持有效，這種模式就會不斷重複。
這種機制的潛在規則是需要WiMax鏈路避免在某段時間內發送信號。有兩種方法可以做到這一點：
1. 移動電話可以使用某種WiMax睡眠模式來避免在相應時間內與基站發生交互。這種方法的缺點是在藍牙時隙B13和B14期間，在WiMax的發送中，可能存在誤包率(PER)，不過這種可能性比較低，而且在任何情況下都可以通過WiMax中的前向糾錯(FEC)和重發機制來加以克服。
2. 根據預協商的手機功能信息，基站調度器禁止在B13和B14兩個時隙內進行接收和發射分配。這種方法要求對WiMax標準作少量補充，以便支持手機和基站之間的共存功能協商。
把Wi-Fi增加入共存機制相對比較簡單。Wi-Fi與以太網非常相似，也是一種載波偵聽多址訪問/衝突檢測(CSMA/CD)協議，它採用的不是時間分配機制，而是衝突檢測和隨機後退方法。
因此也就不可能將異步協議同步到推薦的共存機制。不過這個問題可以通過使用Wi-Fi中稱爲非排程自動省電(U-APSD)的模式加以解決。這種模式一般用於把Wi-Fi站的功耗降至最低，手機在該模式下可以進入睡眠模式，讓接入點緩存所有發送往手機的信息，直到預定義的緩衝器溢出。當手機退出睡眠模式時，它向接入點發送一個觸發幀，接入點隨後將所有緩存的數據發送給手機，從而有效地保持了常規CSMA/CD操作的類似性能。
這種模式在推薦共存機制中的使用方法是強迫手機Wi-Fi模式在間隔B1-B2、B7-B14、B19-B20以及B23-B24期間進入U-APSD睡眠模式，並在其它時間內(10/24或42%)保持激活狀態。這樣對Wi-Fi吞吐量造成的影響是很小的，可忽略不計。
其它時隙(標記爲“OP”)代表了對某個無線鏈路來說可能可用也可能不可用的發射和接收機會，這些時隙可以用任何傳統的優先級算法進行分配。
前述共存方案的優點是：
1. 只有少許吞吐量的損失就消除了共存問題。
2. 可以用於任何商用WiMax基站、支持U-APSD的Wi-Fi接入點(大多數都支持)和藍牙耳機。
3. 無需對商用的藍牙和Wi-Fi手機芯片組作任何硬件改動。
本文小結
手機和手持設備中WiMAX、藍牙和Wi-Fi的共存帶來了艱鉅的技術挑戰，因爲它們在相鄰無線頻帶上的發送可能會發生衝突，並嚴重降低性能。本文推薦的共存機制可以實現WiMAX和藍牙時鐘的同步，時間上共享無線頻帶(以一種儘可能減小對各自無線鏈路性能影響的方式)以及使Wi-Fi工作於U-APSD模式，因而有效地解決了這方面的挑戰。