WIFI和BT技術淺析課件

WIFIBT技術淺析

海信移動技術2013/02/251WIFIBT簡介2WIFI基本原理簡介3WIFI相關射頻測試指標介紹4BT基本原理介紹5BT相關射頻測試指標介紹6WIFIBT相關問題探討1WIFIBT簡介WIFI全稱WirelessFidelity(無線保真)，屬于在辦公室和家庭中應用的一種短距離無線通信技術，是一個基于IEEE802．11系列標準的無線網(wǎng)路通信技術的品牌。它具有通信距離長（相比藍牙）、數(shù)據(jù)傳輸速率高等優(yōu)勢，無線通信的特點使得WIFI非常適合移動辦公用戶的使用。WIFI通信遵守的是802.11系列協(xié)議藍牙是一種支持設備短距離通信（一般10m內）的無線電技術。能在包括移動電話、PDA、無線耳機、筆記本電腦、相關外設等眾多設備之間進行無線信息交換。利用“藍牙”技術，能夠有效地簡化移動通信終端設備之間的通信，也能夠成功地簡化設備與因特網(wǎng)Internet之間的通信，從而數(shù)據(jù)傳輸變得更加迅速高效，為無線通信拓寬道路。藍牙采用分散式網(wǎng)絡結構以及快跳頻和短包技術，支持點對點及點對多點通信，工作在全球通用的2.4GHzISM（即工業(yè)、科學、醫(yī)學）頻段。其數(shù)據(jù)速率為1Mbps。采用時分雙工傳輸方案實現(xiàn)全雙工傳輸。802.11ac與802.11ad802.11ac作為11n的延續(xù)，將沿用802.11n的MIMO(多進多出)技術，為它的傳輸速率達到Gbps量級打下基礎,第一階段的目標達到的傳輸速率為1Gbps，目的是達到有線電纜的傳輸速率.802.11ac每個通道的工作頻寬將由802.11n的40MHz，提升到80MHz甚至是160MHz，再加上大約10%的實際頻率調制效率提升，最終理論傳輸速度將由802.11n最高的600Mbps躍升至1Gbps。802.11ad的出現(xiàn)針對的是多路高清視頻和無損音頻超過1Gbps的碼率的要求，它將被用于實現(xiàn)家庭內部無線高清音視頻信號的傳輸，為家庭多媒體應用帶來更完備的高清視頻解決方案。工作頻率在60GHz。通過對MIMO技術的支持，在實現(xiàn)多路傳輸?shù)幕A上，將使單一信道傳輸速率過1GHz，目前802.11ad草案中顯示的資料表明其將支持近7GHz的吞吐量。（2）正交頻分復用技術(OFDM：OrthogonalFrequencyDivisionMustiplexing)(3)MIMO（MultipleIn,MultipleOut）（為保證能與802.11b設備在空間和頻段上共同使用的兼容性，802.11g在系統(tǒng)工作時使用與802.11b相同格式的頭文件通知相鄰11b設備“我要發(fā)送數(shù)據(jù)”，這樣周圍的11b設備就會“保持安靜”而不對設備的發(fā)射信號造成干擾。并且11g使用的調制方式與11b不同，鄰近的11b設備不會接受信息數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)了兩種不同標準的系統(tǒng)互不干擾地共享同一頻段資源。）手機連接到熱點，連接速率機制：EACK協(xié)議中，我們提議讓MPDU的MAC頭以基本速率發(fā)送，而MSDU以高速率發(fā)送，這樣節(jié)點發(fā)現(xiàn)目遠端的節(jié)點(或者信道較差的節(jié)點)可能解碼低速MAC頭，從而獲得源地址和目的地址。如果接收的地址正是自己，即使接收節(jié)點不能對高速的MSDU解碼，也可以發(fā)送一個修正的ACK幀給源節(jié)點。而且，類似于RBAR協(xié)議，接收節(jié)點可以基于收到的數(shù)據(jù)幀的SNR計算合適的發(fā)送速率，并利用ACK幀告知發(fā)送方。如果源節(jié)點接收到ACK幀，獲知MSDU不能被解碼，那么可以以合適的速率重新發(fā)送數(shù)據(jù)幀，而不必增加競爭窗口。如果接收節(jié)點連PLCP頭和MAC頭也不能解碼，則假設數(shù)據(jù)由于碰撞遭到損壞.幀結構802.11mac幀格式數(shù)據(jù)幀控制幀RTS幀CTS幀ACK幀PS-POLL幀請求發(fā)送RTS0001101100001000ProtocolversionTypeSubTypeToDSFromDSMoreFragRetryPowerMgMTMoreDataProtFrameOrderFCSAddress1Address2FramecontrolDuration/ID802.11請求發(fā)送幀管理幀ManagementFrames管理BeaconProberequestProberesponseAuthenticationAssociationRequestAssociationResponseReassociationRequestReassociationResponseDisassociationDeauthenticationATIMMMPDUBeacon0000100000000000ProtocolversionTypeSubTypeToDSFromDSMoreFragRetryPowerMgMTMoreDataProtFrameOrderFramebodyFCSAddress1Address2Address3FramecontrolDuration/IDSequenceControl802.11Beacon管理幀重連接請求幀ReassociationRequest0000001000000000ProtocolversionTypeSubTypeToDSFromDSMoreFragRetryPowerMgMTMoreDataProtFrameOrderFramebodyFCSAddress1Address2Address3FramecontrolDuration/IDSequenceControl802.11重連接請求幀重連接響應幀ReassociationResponse0000001100000000ProtocolversionTypeSubTypeToDSFromDSMoreFragRetryPowerMgMTMoreDataProtFrameOrderFramebodyFCSAddress1Address2Address3FramecontrolDuration/IDSequenceControl802.11重連接響應幀解除連接幀Disassociation0000101000000000ProtocolversionTypeSubTypeToDSFromDSMoreFragRetryPowerMgMTMoreDataProtFrameOrderFramebodyFCSAddress1Address2Address3FramecontrolDuration/IDSequenceControl802.11解除連接幀解除認證幀Deauthentication0000110000000000ProtocolversionTypeSubTypeToDSFromDSMoreFragRetryPowerMgMTMoreDataProtFrameOrderFramebodyFCSAddress1Address2Address3FramecontrolDuration/IDSequenceControl802.11解除認證幀ATIM0000100100000000ProtocolversionTypeSubTypeToDSFromDSMoreFragRetryPowerMgMTMoreDataProtFrameOrderFCSAddress1Address2Address3FramecontrolDuration/IDSequenceControl802.11ATIM幀ATIM：AnnouncementTrafficIndicationMessageATIM僅在ATIM窗口期間傳送，ATIM沒有負載單臺N4010A儀表針對發(fā)射機性能可提供的測試項目：

1、對于802.11b（DSSS）模式發(fā)射功率：儀表測量出WLAN發(fā)射信號的強度

不同國家對最大功率的限值要求不同，如美國是30dBm，歐洲是20dBm，而日本是10dBm。我國入網(wǎng)規(guī)范的要求是：

等效全向輻射功率應滿足天線增益小于10dBi時：不大于100mW或不大于20dBm。天線增益不小于10dBi時：不大于500mW或不大于27dBm。3WIFI相關射頻測試指標介紹發(fā)射頻譜掩模發(fā)射頻譜分布N4010A提供的頻譜顯示，等同于使用頻譜分析儀查看信號頻譜，入網(wǎng)規(guī)范中對此并無要求。發(fā)射加電與掉電坡度規(guī)范中要求對于DSSS和CCK方式，從最大功率的10%上升到90%的發(fā)射加電坡度應不大于2μs。RF載波抑制規(guī)范中要求對于DSSS和CCK方式，在信道中心頻率處測量的RF載波抑制應比功率譜峰值至15dB。發(fā)射中心頻率容限入網(wǎng)規(guī)范要求對于DSSS和CCK方式，發(fā)射中心頻率容限應小于。發(fā)射調制精度規(guī)范中要求對于DSSS和CCK方式，最差情況的向量誤差幅度不應超過歸一化采樣碼片數(shù)據(jù)的0.35。功率時間關系該項目為安捷倫提供的測試項，反映發(fā)射功率隨時間的變化情況，規(guī)范中對此沒有要求。I/Q信號波形儀表從發(fā)射信號中提取的I/Q信息，不屬于射頻指標的內容。綜合指標指示該窗口將多種測試結果集合到一起顯示，包括了EVM、頻率偏移、數(shù)據(jù)速率、調制方式、碼片時鐘頻率誤差等指標。規(guī)范要求對于DSSS和CCK方式碼片時鐘頻率容限小于±20ppm

。

2、對于802.11g（OFDM）模式發(fā)射頻譜掩模發(fā)射頻譜分布發(fā)射機中心頻率泄漏規(guī)范中要求對于OFDM、DSSS-OFDM方式，發(fā)射機心頻率分量的能量與發(fā)射總功率相比不超過-15dB。發(fā)射中心頻率容限入網(wǎng)規(guī)范要求對于DSSS和CCK方式，發(fā)射中心頻率容限應小于±25ppm。發(fā)射機星座圖差錯規(guī)范要求對于OFDM、DSSS-OFDM方式，在OFDM子載波、OFDM幀和分組上取平均后的相對星座RMS差錯應不超過下表的限值。發(fā)射機頻譜平坦度規(guī)范要求對于OFDM、DSSS-OFDM方式，在譜線-16~-1和+1~+16中，每條譜線的星座圖的平均能量與它們的總平均能量相比不超過±2dB。在譜線-26~-17和+17~+26中，每條譜線的星座圖的平均能量與譜線-16~-1和+1~+16的平均能量相比不超過+2/-4dB。功率時間關系I/Q信號波形綜合指標指示該窗口將多種測試結果集合到一起顯示，包括了EVM、頻率偏移、數(shù)據(jù)速率、調制方式、符號時鐘頻率誤差等指標。規(guī)范要求對于OFDM和DSSS-OFDM方式符號時鐘頻率容限小于±25ppm

。以上基于N4010A介紹了下WLAN發(fā)射指標。規(guī)范中對于接收機的指標要求包括：1最小輸入電平2最大輸入電平3相鄰信道抑制附上行業(yè)指標要求和入庫指標要求入網(wǎng)入庫WIFI射頻測試項無委測試主要測試24122472高低信道的TX指標泰爾測試主要關注24122472高低信道的54M11M接收靈敏度移動入庫測試項：Tx關注11M54M的發(fā)射指標RX關注11b11g各個速率下最大接收電平、最小接收電平、鄰信道抑制、吞吐量4BT基本原理介紹藍牙是一種支持設備短距離通信（一般10m內）的無線電技術。能在包括移動電話、PDA、無線耳機、筆記本電腦、相關外設等眾多設備之間進行無線信息交換。利用“藍牙”技術，能夠有效地簡化移動通信終端設備之間的通信，也能夠成功地簡化設備與因特網(wǎng)Internet之間的通信，從而數(shù)據(jù)傳輸變得更加迅速高效，為無線通信拓寬道路。藍牙采用分散式網(wǎng)絡結構以及快跳頻和短包技術，支持點對點及點對多點通信，工作在全球通用的2.4GHzISM（即工業(yè)、科學、醫(yī)學）頻段。其數(shù)據(jù)速率為1Mbps。采用時分雙工傳輸方案實現(xiàn)全雙工傳輸。藍牙標準的發(fā)展V1.1(1998年):

為最早期版本，傳輸率約在748~810kb/s，因是早期設計，容易受到同頻率之產(chǎn)品所干擾下影響通訊質量。V1.2:748~810kb/s的傳輸率，增加了(改善Software)抗干擾跳頻功能。V2.1(2004年):改善了裝置配對流程，短距離的配對方面，具備了在兩個支持藍牙的手機之間互相進行配對與通訊傳輸?shù)腘FC（NearFieldCoMMunication）機制。具備更佳的省電效果。V3.0(2009年):核心是“GenericAlternateMAC/PHY”(AMP)，這是一種全新的交替射頻技術，允許藍牙協(xié)議棧針對任一任務動態(tài)地選擇正確射頻。傳輸速率更高，功耗更低。V4.0(2010年):

包括三個子規(guī)范，即傳統(tǒng)藍牙技術、高速藍牙和新的藍牙低功耗技術。藍牙4.0的改進之處主要體現(xiàn)在三個方面，電池續(xù)航時間、節(jié)能和設備種類上。有效傳輸距離也有所提升，為60M。藍牙技術的特點很好的抗干擾能力和安全性可建立臨時對等連接全球范圍適用同時傳輸語音數(shù)據(jù)近距離通信功耗低體積小藍牙技術特點藍牙工作在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。藍牙采用電路交換和分組交換技術，支持異步數(shù)據(jù)信道、三路語音信道以及異步數(shù)據(jù)與同步語音同時傳輸?shù)男诺?。主設備是組網(wǎng)連接主動發(fā)起連接請求的藍牙設備，幾個藍牙設備連接成一個皮網(wǎng)（Piconet）時，其中只有一個主設備，其余的均為從設備。藍牙采用了跳頻（Frequency

Hopping）方式來擴展頻譜，抵抗來自這些設備的干擾。提供了認證和加密功能，以保證鏈路級的安全。藍牙設備在通信連（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。

藍牙技術通信距離為10m,可根據(jù)需要擴展至100m，以滿足不同設備的需要。1、2.4GHzISM頻段

ISM頻段：IndustryScienceandMedicalBand

（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：1MHz2、調制方式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帶寬設定在500kHz，可以限制射頻占用的頻譜）調制指數(shù)=0.28-0.35采用跳頻技術1600H/s，T=625μs采用時分復用多路訪問技術(TDD)語音信道采用連續(xù)可變斜率增量調制（CVSD）數(shù)據(jù)速率：①1MBit/sgross②分組交換或電路交換模式③異步數(shù)據(jù)和同步語音功率：①Class1:+20dBm(withPA)②Class2:+4dBm（-6-+4dBm）③Class3:0dBm3、FH/TDDChannel625msttmasterslavef(2k)f(2k+1)f(2k+2)4、跳頻2.4022.480freqslavemastertime5、包的格式接入碼包頭內容72b54b0-2745bPREAMBLESYNCWORDTRAILER464434246LSBMSB

BCHLAPBRK接入碼包頭AM_ADDRHEC318AM_ADDRTYPEFLOWARQNslaveactivememberaddresspayloadtypeLCflowcontrolACK/NAKparameterinformationFLOW1ARQN1SEQN

TYPE4SEQNretransmitorderingHECheadererrorcheck6、DH1/3/5分組結構f(k)625sf(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、微微網(wǎng)（皮網(wǎng)）MasterSlaveSlaveSlaveSlaveSlaveSlaveSlave一個微微網(wǎng)可由8個藍牙設備組成。在同一個微微網(wǎng)中，主設備為所有的設備提供時鐘和跳頻同步序列。在同一個微微網(wǎng)中，所有的設備有同樣的跳頻序列。8、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、微微網(wǎng)的應用（一拖七）10、建立通信Standby(缺省)Inquiry(查詢)

(unknownaddress)Page(尋呼)(knownaddress)Connection.Activepower(活動)Sniff(呼吸)Hold(保持)Park(休眠)

Standby–

等待加入一個微微網(wǎng)。

Inquiry

–

邀請周圍的無線連接。

Page

–

連接一個明確的無線鏈路。

Connected

–

加入一個皮網(wǎng)(主設備或者從設備)5BT相關射頻測試指標介紹一、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備（EUT,EquipmentUnderTest），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必須首先設為“Enalle”狀態(tài)，然后才能空中激活進入測試模式。

1、輸出功率

測試儀對初始狀態(tài)設置如下：鏈路為跳頻，EUT置為環(huán)回（Loopback）。測試儀發(fā)射凈荷為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、功率密度

初始狀態(tài)同（1），測試儀通過掃頻，在2400MHz頻帶范圍內找到對應最大功率的頻點，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20dBm/100kHz。

3、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、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2.4～2.4835GHz范圍內。

5、20dB帶寬

初始狀態(tài)同（3），EUT分別工作在低、中、高三個頻點，回送調制信號為PN9的DH1分組。測試儀掃頻找到對應最大功率的頻點，并且找到其左右兩側對應功率下降20dB時的fL和fH，20dB帶寬Df=|fH-fL|，要求Df小于1MHz。

6、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、調制特性

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<175kHz；至少99.9%的Df2max>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個前導碼計算載波頻率f0，要求與標稱頻率fTX的差小于75kHz。

9、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/10μs。

二、收信機測試

對于收信機測試來說，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、在預期的時隙內沒有收到EUT發(fā)送的分組。下面介紹藍牙收信機的測試。

1、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EUT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，其測試結果不足以提供冗余度來適應真正的無線傳輸環(huán)境，用戶將得到一個關于收信機質量的錯誤結果。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。測試儀必須支持有擾發(fā)射(dirtytransmitter),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制。測試儀對誤碼率進行統(tǒng)計，要求誤碼率BER<0.1%。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、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BER<0.1%。

4、阻塞性能

阻塞特性是指在其它頻段存在大的干擾信號時，接收機接收有用信號的能力。初始狀態(tài)同1.1（3）,EUT收發(fā)頻點為