藍牙技術(shù)基礎(chǔ)知識

1、CK 西可通信技術(shù)設(shè)備（河源）有限公司藍牙基礎(chǔ)技術(shù)培訓藍牙基礎(chǔ)技術(shù)培訓編寫編寫: :工程部工程部 2006-06-092006-06-09 第一章、藍牙簡介第一章、藍牙簡介概述概述“藍牙”是一種開放的技術(shù)規(guī)范，它可在世界上的任何地方實現(xiàn)短距離的無線語音和數(shù)據(jù)通信。藍牙技術(shù)的發(fā)展：1994年，愛立信移動通信公司開始研究在移動電話及其附件之間實現(xiàn)低功耗、低成本無線接口的可行性。隨著項目的進展，愛立信公司意識到短距無線通信（Short Distance Wireless Communication）的應(yīng)用前景無限廣闊。愛立信將這項新的無線通信技術(shù)命名為藍牙（Bluetooth）。 Bluetooth

2、 取自10世紀丹麥國王Harald Bluetooth 的名字。愛立信意識到要使這項技術(shù)最終獲得成功，必須得到業(yè)界其他公司的支持與應(yīng)用。1998年5月，愛立信聯(lián)合諾基亞（Nokia）、英特爾（Intel）、IBM 、東芝（Toshiba）這4家公司一起成立了藍牙特殊利益集團（Special Interest Group，SIG），負責藍牙技術(shù)標準的制定、產(chǎn)品測試，并協(xié)調(diào)各國藍牙的具體使用。 藍牙技術(shù)的特點藍牙技術(shù)的特點 藍牙是一種短距無線通信的技術(shù)規(guī)范，它最初的目標是取代現(xiàn)有的掌上電腦、移動電話等各種數(shù)字設(shè)備上的有線電纜連接。在制定藍牙規(guī)范之初，就建立了統(tǒng)一全球的目標，向全球公開發(fā)布，工作頻段

3、為全球統(tǒng)一開放的2.4GHz工業(yè)、科學和醫(yī)學（Industrial, Scientific and Medical, ISM）頻段。從目前的應(yīng)用來看，由于藍牙體積小、功率低，其應(yīng)用已不局限于計算機外設(shè)，幾乎可以被集成到任何數(shù)字設(shè)備之中，特別是那些對數(shù)據(jù)傳輸速率要求不高的移動設(shè)備和便攜設(shè)備。藍牙技術(shù)的特點可歸納為如下幾點： （1）全球范圍適用：藍牙工作在2.4GHz的 ISM頻段，全球大多數(shù)國家ISM頻段的范圍是2.4-2.4835GHz，使用該頻段無需向各國的無線電資源管理部門申請許可證。 （2）同時可傳輸語音和數(shù)據(jù)：藍牙采用電路交換和分組交換技術(shù)，支持異步數(shù)據(jù)信道、三路語音信道以及異步數(shù)據(jù)與

4、同步語音同時傳輸?shù)男诺?。每個語音信道數(shù)據(jù)速率為64kbit/s，語音信號編碼采用脈沖編碼調(diào)制（PCM）或連續(xù)可變斜率增量調(diào)制（CVSD）方法。當采用非對稱信道傳輸數(shù)據(jù)時，速率最高為721kbit/s，反向為57.6kbit/s；當采用對稱信道傳輸數(shù)據(jù)時，速率最高為342.6kbit/s。藍牙有兩種鏈路類型：異步無連接（ACL）鏈路和同步面向連接（SCO）鏈路。 （3）可以建立臨時性的對等連接：根據(jù)藍牙設(shè)備在網(wǎng)絡(luò)中的角色，可分為主設(shè)備（Master）與從設(shè)備（Slave）。主設(shè)備是組網(wǎng)連接主動發(fā)起連接請求的藍牙設(shè)備，幾個藍牙設(shè)備連接成一個皮網(wǎng)（Piconet）時，其中只有一個主設(shè)備，其余的均為從

5、設(shè)備。皮網(wǎng)是藍牙最基本的一種網(wǎng)絡(luò)形式，最簡單的皮網(wǎng)是一個主設(shè)備和一個從設(shè)備組成的點對點的通信連接。 （4）具有很好的抗干擾能力：工作在ISM頻段的無線電設(shè)備有很多種，如家用微波爐、無線局域網(wǎng)（WLAN）Home RF等產(chǎn)品，為了很好地抵抗來自這些設(shè)備的干擾，藍牙采用了跳頻（Frequency Hopping）方式來擴展頻譜（Spread Spectrum），將2.4022.48GHz頻段分成79個頻點，相鄰頻點間隔1MHz。藍牙設(shè)備在某個頻點發(fā)送數(shù)據(jù)之后，再跳到另一個頻點發(fā)送，而頻點的排列順序則是偽隨機的，每秒鐘頻率改變1600次，每個頻率持續(xù)625。 （5）藍牙模塊體積很小、便于集成：由于個

6、人移動設(shè)備的體積較小，嵌入其內(nèi)部的藍牙模塊體積就應(yīng)該更小，如愛立信公司的藍牙模塊ROK101008的外形尺寸僅為32.8mm16.8mm2.95mm。 （6）低功耗：藍牙設(shè)備在通信連接（Connection）狀態(tài)下，有四種工作模式： 激活（Active）模式 呼吸（Sniff）模式 保持（Hold）模式 休眠（Park）模式 Active 模式是正常的工作狀態(tài)，另外三種模式是為了節(jié)能所規(guī)定的低功耗模式。 （7）開放的接口標準：SIG為了推廣藍牙技術(shù)的使用，將藍牙的技術(shù)標準全部公開，全世界范圍內(nèi)的任何單位和個人都可以進行藍牙產(chǎn)品的開發(fā)，只要最終通過SIG的藍牙產(chǎn)品兼容性測試，就可以推向市場。（8

7、）成本低：隨著市場需求的擴大，各個供應(yīng)商紛紛推出自己的藍牙芯片和模塊，藍牙產(chǎn)品價格飛速下降。 第二章、藍牙的基礎(chǔ)知識1 1、2.4GHz ISM 2.4GHz ISM 頻段頻段 ISMISM頻段：頻段：Industry Science and Medical BandIndustry Science and Medical Band （工業(yè)、科學、醫(yī)學）。工業(yè)、科學、醫(yī)學）。信道數(shù)：79 個 （0-78） 范圍：2.402GHz - 2.480GHz 信道間隔：1MHzGeographyRegulatory RangeRF ChannelEurope/USA/Japan 24002483.5

8、MHzf = 2402+k MHz, k=0, , 78France2446.52483.5 MHz f = 2454+k MHz, k=0, , 222 2、調(diào)制方式、調(diào)制方式GFSK（載波向上頻移157kHz表示“1”，向下頻移157kHz表示“0”，速率是1Mbit/s）BT=0.5（0.5是將數(shù)據(jù)濾波器的-3dB帶寬設(shè)定在500kHz，可以限制射頻占用的頻譜）調(diào)制指數(shù)=0.28-0.35采用跳頻技術(shù)1600H/s，T=625s采用時分復用多路訪問技術(shù)(TDD)語音信道采用連續(xù)可變斜率增量調(diào)制（CVSD）數(shù)據(jù)速率：數(shù)據(jù)速率：1MBit/s gross分組交換或電路交換模式異步數(shù)據(jù)和同步語

9、音功率：功率： Class 1:+20dBm (with PA) Class 2:+4dBm（-6-+4dBm） Class 3:0dBm 3 3、FH/TDD ChannelFH/TDD Channel625 m ms ttmasterslavef(2k)f(2k+1)f(2k+2)4 4、跳頻、跳頻2.4022.480freqslavemastertime5 5、包的格式、包的格式接入碼接入碼包頭包頭內(nèi)容內(nèi)容72b54b0-2745bPREAMBLESYNC WORDTRAILER464434246LSBMSB BCH LAP BRK接入碼接入碼包頭包頭AM_ADDRHEC318AM_AD

10、DRTYPEFLOWARQNslave active member addresspayload typeLC flow controlACK/NAKparameterinformationFLOW1ARQN1SEQN TYPE4SEQNretransmit orderingHECheader error check6 6、DH1/3/5 DH1/3/5 分組結(jié)構(gòu)分組結(jié)構(gòu)f(k)625 m msf(k+1)f(k+2)f(k+3)f(k+4)f(k+3)f(k+4)f(k)f(k)f(k+5)f(k+5)f(k+5)7 7、微微網(wǎng)（皮網(wǎng)）、微微網(wǎng)（皮網(wǎng)）MasterSlaveSlaveSlav

11、eSlaveSlaveSlaveSlave一個微微網(wǎng)可由8個藍牙設(shè)備組成。在同一個微微網(wǎng)中，主設(shè)備為所有的設(shè)備提供時鐘和跳頻同步序列。在同一個微微網(wǎng)中，所有的設(shè)備有同樣的跳頻序列。8 8、分散網(wǎng)、分散網(wǎng)MasterSlaveSlaveSlaveSlaveSlaveSlaveSlaveMaster兩個或更多的微微網(wǎng)在重疊的區(qū)域可以建立特殊的呼叫。9 9、微微網(wǎng)的應(yīng)用（一拖七）、微微網(wǎng)的應(yīng)用（一拖七）1010、建立通信、建立通信Standby(缺省)Inquiry(查詢)(unknown address)Page(尋呼)(known address)Connection. .Active powe

12、r(活動) Sniff(呼吸) Hold(保持) Park(休眠) Standby Standby 等待加入一個微微網(wǎng)。等待加入一個微微網(wǎng)。 InquiryInquiry 邀請周圍的無線連接。邀請周圍的無線連接。 PagePage 連接一個明確的無線鏈路。連接一個明確的無線鏈路。 ConnectedConnected 加入一個皮網(wǎng)加入一個皮網(wǎng)( (主設(shè)備或主設(shè)備或者從設(shè)備者從設(shè)備) )第三章、藍牙的技術(shù)指標第三章、藍牙的技術(shù)指標一、發(fā)信機測試一、發(fā)信機測試 目前的藍牙無線測試規(guī)范的版本為0.91版本，它定義了藍牙無線測試指標及其測試方法。藍牙無線測試配置包括一臺測試儀和被測設(shè)備（EUT,Equ

13、ipment Under Test），其中測試儀作為主單元，EUT作為從單元。兩者之間可以通過射頻電纜相連也可以通過天線經(jīng)空中傳輸相連。測試儀發(fā)送LMP指令，激活EUT進入測試模式，并對測試儀與EUT之間的藍牙鏈路的一些參數(shù)進行配置。如測試方式是環(huán)回還是發(fā)送方式，是否需要進行跳頻，分組是單時隙分組還是多時隙分組，分組的凈菏是PN9，還是00001111、01010101。測試模式是一個特殊的狀態(tài)，出于安全的考慮，EUT必須首先設(shè)為“Enalle”狀態(tài)，然后才能空中激活進入測試模式。 1 1、輸出功率輸出功率 測試儀對初始狀態(tài)設(shè)置如下：鏈路為跳頻，EUT置為環(huán)回（Loop back）。測試儀發(fā)射

14、凈荷為PN9，分組類型為所支持的最大長度的分組，EUT對測試儀發(fā)出的分組解碼，并使用相同的分組類型以其最大輸出功率將凈荷回送給測試儀。測試儀在低、中、高三個頻點，對整個突發(fā)范圍內(nèi)測量峰值功率和平均功率。規(guī)范要求峰值功率和平均功率各小于23dBm和20dBm，并且滿足以下要求：如果EUT的功率等級為1，平均功率 0dBm；如果EUT的功率等級為2，-6dBm平均功率4dBm；如果EUT的功率等級為3，平均功率0dBm。 2 2、功率密度功率密度 初始狀態(tài)同（1），測試儀通過掃頻，在2400MHz頻帶范圍內(nèi)找到對應(yīng)最大功率的頻點，然后以此頻點進行時域掃描（掃描時間為1分鐘），測出最大值，要求小于2

15、0dBm/100kHz。 3 3、功率控制功率控制 初始狀態(tài)為環(huán)回，非跳頻。EUT分別工作在低、中、高三個頻點，回送調(diào)制信號為PN9的DH1分組。測試儀通過LMP信令控制EUT輸出功率，并測試功率控制步長的范圍，規(guī)范要求在2dB和8dB之間。 4 4、頻率范圍頻率范圍 初始狀態(tài)同（3），測試儀對EUT回送的凈荷為PN9的DH1分組掃頻測量。當EUT工作在最低頻點時，測試儀找到功率密度下降為-80dBm/Hz時的頻點fL；當EUT工作在最高頻點時，測試儀找到功率密度下降為-80dBm/Hz時的頻點fH。對于79信道的系統(tǒng)，要求fL、fH位于2.42.4835GHz范圍內(nèi)。 5、20dB帶寬 初始

16、狀態(tài)同（3），EUT分別工作在低、中、高三個頻點，回送調(diào)制信號為PN9的DH1分組。測試儀掃頻找到對應(yīng)最大功率的頻點，并且找到其左右兩側(cè)對應(yīng)功率下降20dB時的fL和fH，20dB帶寬Df = | fH - fL |，要求Df小于1MHz。 6 6、相鄰信道功率相鄰信道功率 初始狀態(tài)同（3）, EUT工作頻點分別為第3信道、第39信道和第75信道，回送凈荷為PN9的DH1分組。測試儀掃描整個藍牙頻段，測試各個信道的功率。要求相鄰第2道的泄漏功率小于-20dBm，相鄰第3道及其以上的泄漏功率小于-40dBm。 7 7、調(diào)制特性調(diào)制特性 初始狀態(tài)同（3）, EUT分別工作在低、中、高三個頻點。測試

17、儀以所支持的最大分組長度發(fā)送凈荷為11110000的分組，并對EUT回送的分組計算頻率偏移的峰值和均值，分別記為Df1max 和Df1avg。測試儀以所支持的最大分組長度發(fā)送凈荷為10101010的分組，并對EUT回送的分組計算頻率偏移的峰值和均值，分別記為Df2max 和Df2avg，要求滿足以下條件：至少99.9%的Df1max滿足 140kHz Df1max 115kHz；Df2avg /Df1avg 0.8。 8、初始載波容限 EUT為環(huán)回狀態(tài)，回送凈荷為PN9的DH1給測試儀。測試儀先將鏈路置為非跳頻，EUT分別工作在低、中、高三個頻點，然后測試儀再將鏈路置為跳頻。測試儀根據(jù)4個前導

18、碼計算載波頻率f0，要求與標稱頻率fTX的差小于75kHz。 9 9、載波頻率漂移載波頻率漂移 初始狀態(tài)同（3），EUT分別工作在低、中、高三個頻點，回送調(diào)制信號為10101010的DH1/DH3/DH5分組。測試儀先根據(jù)4個前導碼計算載波頻率f0，然后每10比特凈荷測試一次頻率，其與初始載頻的差為瞬時頻率漂移。最后測試儀將跳頻打開，重新測試所有頻點下的瞬時頻率漂移。瞬時頻率漂移之間的差定義為漂移速率。對于DH1分組，要求每次的瞬時漂移小于25kHz，對于DH3、DH5分組，要求載波瞬時漂移小于40kHz。規(guī)范還要求載波漂移速率小于4000Hz/10s。 二、二、收信機測試收信機測試 對于收信

19、機測試來說，所有指標的測試都是基于誤比特率的統(tǒng)計，并且至少要統(tǒng)計1600000個比特。眾所周知，在誤幀率較大的情況下統(tǒng)計誤比特率沒有任何意義，因此，為了準確測試收信機的性能，測試儀必須能測試由以下6種情況導致的FER：CRC誤差、不正確的凈荷長度、同步字出錯、HEC出錯、EUT給MT8850A回送NACK分組、在預期的時隙內(nèi)沒有收到EUT發(fā)送的分組。下面介紹藍牙收信機的測試。 1 1、單時隙靈敏度單時隙靈敏度 初始狀態(tài)同1.1（3），EUT分別工作在低、中、高三個頻點，回送調(diào)制信號為PN9的DH1分組。依照藍牙規(guī)范的要求，測試儀控制其輸出功率，以使EUT的收信功率為-70dBm。藍牙規(guī)范允許E

20、UT發(fā)送的射頻信號具有75kHz的初始誤差和40kHz的頻率漂移，即總共允許有115kHz的誤差。此外，還要考慮調(diào)制、符號定時等引起的誤差。假如EUT的收信機性能由一個輸出“完美”信號的測試儀來測試，其測試結(jié)果不足以提供冗余度來適應(yīng)真正的無線傳輸環(huán)境，用戶將得到一個關(guān)于收信機質(zhì)量的錯誤結(jié)果。經(jīng)驗告訴我們，對于有擾測試，藍牙收信機的靈敏度一般會劣化4-10dB，具體值與分組長度和藍牙芯片種類有關(guān)。測試儀必須支持有擾發(fā)射(dirty transmitter),見表1，將干擾加入到發(fā)送的藍牙信號中，每20ms一組，從第一組依次到第十組，再返回第一組，不斷重復。此外，藍牙基帶信號還受一正弦波調(diào)制。測試

21、儀對誤碼率進行統(tǒng)計，要求誤碼率BER0.1%。此外，如果有條件的話，最好在跳頻狀態(tài)下再重新測試一遍。 2 2、多時隙靈敏度多時隙靈敏度 類似于單時隙靈敏度的測試，不過分組類型為DH3、DH5。 3、C/I性能 初始狀態(tài)同1.1（3）, EUT分別工作在低、中、高三個頻點。測試儀發(fā)送的有用信號為凈荷PN9的DH1分組，同時還發(fā)送凈荷PN15的藍牙干擾信號。有用信號和干擾信號的功率電平參見表2。測試儀進行誤碼率統(tǒng)計，要求BER0.1%,則測試儀記錄此時干擾信號的頻點,要求頻點的個數(shù)小于24。其他條件不變，僅把干擾信號的電平降為-50dBm，測試儀記錄BER0.1%時的干擾信號的頻點，要求其個數(shù)小于