藍牙關鍵技術

藍牙關鍵技術1跳頻技術2．4

GHz頻段中還有802．11b，HomeRF及微波爐、無繩電話等電子設備，為了與這些設備兼容，藍牙采用了AFH（Adaptive

Frequency

Hopping），LBT（Listen

Before

Talk）、功率控制等一系列獨特的措施克服干擾，避免沖突。跳頻通信

FH：Frequency

Hopping跳頻（FH，F(xiàn)requency

Hopping）在無線傳輸中，射頻頻率按照某種特定算法發(fā)生的重復變化.指在接收或發(fā)送一分組數(shù)據(jù)后，即跳至另一頻點。對于單時隙包，藍牙的跳頻速率為1600跳/秒。對于多時隙包，藍牙的跳頻速率有所下降，但在建立鏈路時則提高為3200跳/秒。發(fā)展史：（1）是擴頻通信的一個分支，突出優(yōu)點是抗干擾性強，因而很適用于軍事領域。（2）70年代末第一部跳頻電臺問世，就預示著其發(fā)展勢頭銳不可擋。到了８０年代，世界各國軍隊普遍裝備跳頻電臺。3通信的安全性而言，跳頻短波通信比衛(wèi)星通信更為可靠。這是因為提供衛(wèi)星服務的機構對其所屬國承擔了戰(zhàn)略責任，必須受到該國政府的控制。而跳頻短波通信是完全自主的，因而也是最可信賴的。3

90年代，在軍用跳頻通信領域已相當成熟的同時，跳頻通信的應用又拓寬到民用領域。跳頻在GSM中應用技術最初用于軍事傳輸系統(tǒng)，目的是保證安全性和防止擁塞,有效地提高系統(tǒng)質(zhì)量,提高頻率利用率.用在GSM上,主要是用來解決容量以及通話質(zhì)量問題.使用跳頻的背景:網(wǎng)絡的不斷擴容，導致頻率的復用愈來愈密，頻率規(guī)劃愈來愈難，來自網(wǎng)內(nèi)的干擾愈來愈多頻率復用度的提高，使本網(wǎng)受網(wǎng)外頻點干擾影響的機率愈來愈大保持頻點的相對整潔、干凈使用跳頻可以降低頻率的沖撞機率使用跳頻可以提高網(wǎng)絡的容量使用跳頻可以改善通話質(zhì)量跳頻解決容量需求蜂窩系統(tǒng)的原則是不斷的頻率復用,以最少的頻譜得到最大的容量頻率復用的緊密帶來---同頻干擾、鄰頻率干擾跳頻B1

||f1BURSTBn

||

fn

Bn-1

||

fn-1……信息通過不斷跳躍改變的頻率來傳輸跳頻是指某次通話所使用載波頻率在一定范圍內(nèi)，按某種規(guī)律跳變。每個小區(qū)信道組的跳頻功能都能單獨激活或關閉。多徑衰落產(chǎn)生于散射的環(huán)境是移動通信特有的現(xiàn)象降低傳輸質(zhì)量，是影響網(wǎng)絡質(zhì)量的關鍵因素是任何移動通信系統(tǒng)都面臨的挑戰(zhàn)多徑衰落（Multipath）34FrequencySignalf1Timef2f3Low

correlationHigh

correlationClosefrequenciesexhibit

similarfading對網(wǎng)絡質(zhì)量的影響多徑衰落的頻率響應跳頻的理論依據(jù)？平滑快衰落環(huán)境跳頻的頻率分集信號衰落的谷點在不同的頻率出現(xiàn)在不同的位置采用跳頻，每個突發(fā)脈沖的調(diào)制頻率不同，如果某一頻點發(fā)生了頻率選擇性衰落，則手機接收的信號位于谷點的時間不會超過一個burst周期抑制衰落的有效手段：頻率分集F1Non

HoppingHoppingF1Spread

corrupted

burstsF2Corrupted

Bursts平滑、均化干擾跳頻的干擾分集B4f4B3f3B2f2B1f1f4f3f2f1在GSM系統(tǒng)中，小區(qū)中每個頻點所受的干擾強度和分布是不一樣的，同一路通話的突發(fā)脈沖的載頻的變化，降低了信號所受的干擾？？？，通話受到的電波干擾被平均否則，移動臺一直工作在固定的頻點上，則整個通話過程的每一個突發(fā)脈沖可能都會受到固定不變的強干擾。FH把干擾分散到了攜帶突發(fā)脈沖的不同載頻上，這種效果被稱為“均化干擾”或“干擾分集”蜂窩網(wǎng)絡是頻率復用的，同頻干擾是存在，跳頻使信號所受的是不連續(xù)的干擾，而非連續(xù)干擾，電波環(huán)境得到了改善。對于每一個突發(fā)脈沖所受的干擾是變化的，這一點有利于通話質(zhì)量的提高，否則，整個通話會受到很大干擾-----干擾分

散到了攜帶突發(fā)脈沖的不同的載頻上。39非跳頻網(wǎng)絡中的干擾情形空間上干擾集中在同頻的扇區(qū)時間上干擾無時不在用戶受到持續(xù)的干擾解決手段－加大同頻基站的距離代價－頻率復用率降低f1f1Interference

areas40空間上干擾分布在各個扇區(qū)時間上?干擾無時不在用戶僅受到臨時的干擾f1

f2

f3

f4f1

f2

f3

f4f1

f2

f3

f4f

f

f

f1

2

3

4跳頻網(wǎng)絡中的干擾情形41f1

f2

f3

f4跳頻網(wǎng)絡中的干擾情形干擾在時域和空間的分布－干擾分集減少每f1

f個2

f3

用f4

戶受到干擾的機率充分發(fā)揮信道編f碼1

f2

和f3

f4交織技術–平均話音質(zhì)量得以提高f1

f2

f3

f4·

使AGR得以使用GSM系統(tǒng)的跳頻示意圖

采用每幀改變頻率的方法，即每隔4.615

ms改變

載波頻率，亦即跳頻速率為1/4.615

ms=217跳/秒。Bluetooth工作頻段----2

.

4

G

H

z

IS

M

頻段ISM頻段：Industry

Science

and

Medical

Band （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

RangeRFCha

nelEurope/USA/Japan2400~2483.5MHzf=2402+k

MHz,k=0,…,78France2446.5~2483.5MHzf=2454+k

MHz,k=0,…,22數(shù)據(jù)速率：①1MBit/s

gross②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：①

Class

1:+20dBm

(with

PA)②

Class

2:+4dBm（-6-+4dBm）③

Class

3:0dBm跳頻圖案·跳頻通信時，收發(fā)雙方必須采用同一種跳頻圖案。三個條件：·跳頻頻率相同；·跳頻序列相同；·跳頻的時鐘相同（允許存在一定的誤差）F

H圖案選擇隨機性：參與FH的每個頻率出現(xiàn)概率大致相同—抗干擾能力強密鑰量大：FH圖案數(shù)目足夠多正交性好：FH圖案出現(xiàn)頻率重疊的機會盡量小，有利于組網(wǎng)和多用戶4、跳頻2.4022.480freqmasterslavetime2.鏈路控制（LC，固件）單元鏈路控制單元鏈路控制單元（即基帶）描述了硬件——基帶鏈路控制器的數(shù)字信號處理規(guī)范?；鶐ф溌房刂破髫撠熖幚砘鶐f(xié)議和其它一些低層常規(guī)協(xié)議。但是，要實現(xiàn)數(shù)據(jù)的無差錯傳輸，F(xiàn)EC就必然要生成一些不必要的開銷比特而降低數(shù)據(jù)的傳送效率。這是因為數(shù)據(jù)包對于是否使用FEC是彈性定義的。報頭總有占1/3比例的FEC碼起保護作用，其中包含了有用的鏈路信息。在目前藍牙產(chǎn)品中，人們使用了3個IC分別作為連接控制器、基帶處理器以及射頻傳輸／接收器，此外還使用了30～50個單獨調(diào)諧元件?；鶐ф溌房?/p>

制器負責處理基帶協(xié)議和其它一些低層常規(guī)協(xié)議。它有3種糾錯方案：1/3比例前向糾錯（FEC）碼、2/3比例前向糾錯碼和數(shù)據(jù)的自動請求重發(fā)（ARQ）方案。采用FEC（前向糾錯）方案的目

的是為了減少數(shù)據(jù)重發(fā)的次數(shù)，降低數(shù)據(jù)傳輸負載。3.鏈路管理（軟件）單元鏈路管理（LM）軟件模塊攜帶了鏈路的數(shù)據(jù)設置、鑒權、鏈路硬件配置和其它一些協(xié)議。LM能夠發(fā)現(xiàn)其它遠端LM并通過LMP（鏈路管理協(xié)議）與之通信。LM模塊提供如下服務：發(fā)送和接收數(shù)據(jù)；請求名稱；鏈路地址查詢；建立連接；鑒權；鏈路模式協(xié)商和建立；決定幀的類型。此外，還控制設備的工作狀態(tài)即呼吸（Sni

f）、保持（Hold）和休眠（Park）三種模式。將設備設為呼吸模式，Master（主機）只能有規(guī)律地在特定的時隙發(fā)送數(shù)據(jù)Slave降低了從Pioconet“收聽”消息的速率，“呼吸”間隔可以依應用要求做適當調(diào)整；Hold模式，Master可把Slave置為Hold模式，在這種模式下，只有一個內(nèi)部計數(shù)器在工作。Slave也可主動要求置為Hold模式。一旦處于Hold模式的單元被激活，則數(shù)據(jù)傳遞也立即重新開始。Hold模式一般被用于連接好幾個Piconet的情況下或者耗能低的設備，如溫度傳感器。在Park模式下，設備依然與Piconet同步但沒有數(shù)據(jù)傳送。工作在Park模式下的設備放棄了MAC地址，偶爾收聽Master的消息并恢復同步、檢查廣播消息藍牙基帶技術支持兩種連接類型：同步定向連接（SCO，Synchronous

Connection

Oriented）類型，主要用于傳送話音；異步無連接（ACL，Asynchronous

Connectionless）類型，主要用于傳送數(shù)據(jù)包。藍牙基帶部分在物理層為用戶提供保護

和信息保密機制。鑒權基于“請求——響應”運算法則鑒權是藍牙系統(tǒng)中的關鍵部分，它允許用戶為個人的藍牙設備建立一個信任域，比如只允許主人自己的筆記本電腦通過主人自己的移動電話通信。加密被用來保護連接的個人信息。密鑰由程序的高層來管理。網(wǎng)絡傳送協(xié)議和應用程序可以為用戶提供一個較強的安全機制。4.軟件（協(xié)議棧）單元藍牙的軟件（協(xié)議棧）單元是一個獨

立

的操作系統(tǒng)，不與任何操作系統(tǒng)捆綁。必須符合已經(jīng)制定好的藍牙規(guī)范。藍牙規(guī)范是為個人區(qū)域內(nèi)的無線通信而制定的協(xié)議，它包括兩部分：第一部分為核心（Core）部分，用以規(guī)定諸如射頻、基帶、連接管理、業(yè)務搜尋（service

discovery）、傳輸層以及與不同通信協(xié)議間的互用、互操作性等組件；第二部分為協(xié)議子集（Profile）部分，用以規(guī)定不同藍牙應用（也稱使用模式）所需的協(xié)議和過程。藍牙規(guī)范的協(xié)議棧仍采用分層結構，分別完成數(shù)據(jù)流的過濾和傳輸、跳頻和數(shù)據(jù)幀傳輸、連接的建立和釋放、鏈路的控制、數(shù)據(jù)的拆裝、業(yè)務質(zhì)量（QoS）、協(xié)議的