藍(lán)牙技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)

1、CK 西可通信技術(shù)設(shè)備（河源）有限公司藍(lán)牙基礎(chǔ)技術(shù)培訓(xùn)藍(lán)牙基礎(chǔ)技術(shù)培訓(xùn)編寫編寫: :工程部工程部 2006-06-092006-06-09 第一章、藍(lán)牙簡(jiǎn)介第一章、藍(lán)牙簡(jiǎn)介概述概述“藍(lán)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(shí)現(xiàn)短距離的無(wú)線語(yǔ)音和數(shù)據(jù)通信。藍(lán)牙技術(shù)的發(fā)展：1994年，愛立信移動(dòng)通信公司開始研究在移動(dòng)電話及其附件之間實(shí)現(xiàn)低功耗、低成本無(wú)線接口的可行性。隨著項(xiàng)目的進(jìn)展，愛立信公司意識(shí)到短距無(wú)線通信（Short Distance Wireless Communication）的應(yīng)用前景無(wú)限廣闊。愛立信將這項(xiàng)新的無(wú)線通信技術(shù)命名為藍(lán)牙（Bluetooth）。 Bluetooth

2、 取自10世紀(jì)丹麥國(guó)王Harald Bluetooth 的名字。愛立信意識(shí)到要使這項(xiàng)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(lán)牙特殊利益集團(tuán)（Special Interest Group，SIG），負(fù)責(zé)藍(lán)牙技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的制定、產(chǎn)品測(cè)試，并協(xié)調(diào)各國(guó)藍(lán)牙的具體使用。 藍(lán)牙技術(shù)的特點(diǎn)藍(lán)牙技術(shù)的特點(diǎn) 藍(lán)牙是一種短距無(wú)線通信的技術(shù)規(guī)范，它最初的目標(biāo)是取代現(xiàn)有的掌上電腦、移動(dòng)電話等各種數(shù)字設(shè)備上的有線電纜連接。在制定藍(lán)牙規(guī)范之初，就建立了統(tǒng)一全球的目標(biāo)，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(xué)和醫(yī)學(xué)（Industrial, Scientific and Medical, ISM）頻段。從目前的應(yīng)用來(lái)看，由于藍(lán)牙體積小、功率低，其應(yīng)用已不局限于計(jì)算機(jī)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(duì)數(shù)據(jù)傳輸速率要求不高的移動(dòng)設(shè)備和便攜設(shè)備。藍(lán)牙技術(shù)的特點(diǎn)可歸納為如下幾點(diǎn)： （1）全球范圍適用：藍(lán)牙工作在2.4GHz的 ISM頻段，全球大多數(shù)國(guó)家ISM頻段的范圍是2.4-2.4835GHz，使用該頻段無(wú)需向各國(guó)的無(wú)線電資源管理部門申請(qǐng)?jiān)S可證。 （2）同時(shí)可傳輸語(yǔ)音和數(shù)據(jù)：藍(lán)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(yǔ)音信道以及異步數(shù)據(jù)與

4、同步語(yǔ)音同時(shí)傳輸?shù)男诺?。每個(gè)語(yǔ)音信道數(shù)據(jù)速率為64kbit/s，語(yǔ)音信號(hào)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(dāng)采用非對(duì)稱信道傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，速率最高為721kbit/s，反向?yàn)?7.6kbit/s；當(dāng)采用對(duì)稱信道傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，速率最高為342.6kbit/s。藍(lán)牙有兩種鏈路類型：異步無(wú)連接（ACL）鏈路和同步面向連接（SCO）鏈路。 （3）可以建立臨時(shí)性的對(duì)等連接：根據(jù)藍(lán)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(dòng)發(fā)起連接請(qǐng)求的藍(lán)牙設(shè)備，幾個(gè)藍(lán)牙設(shè)備連接成一個(gè)皮網(wǎng)（Piconet）時(shí)，其中只有一個(gè)主設(shè)備，其余的均為從

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

6、人移動(dòng)設(shè)備的體積較小，嵌入其內(nèi)部的藍(lán)牙模塊體積就應(yīng)該更小，如愛立信公司的藍(lán)牙模塊ROK101008的外形尺寸僅為32.8mm16.8mm2.95mm。 （6）低功耗：藍(lán)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(biāo)準(zhǔn)：SIG為了推廣藍(lán)牙技術(shù)的使用，將藍(lán)牙的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)全部公開，全世界范圍內(nèi)的任何單位和個(gè)人都可以進(jìn)行藍(lán)牙產(chǎn)品的開發(fā)，只要最終通過(guò)SIG的藍(lán)牙產(chǎn)品兼容性測(cè)試，就可以推向市場(chǎng)。（8

7、）成本低：隨著市場(chǎng)需求的擴(kuò)大，各個(gè)供應(yīng)商紛紛推出自己的藍(lán)牙芯片和模塊，藍(lán)牙產(chǎn)品價(jià)格飛速下降。 第二章、藍(lán)牙的基礎(chǔ)知識(shí)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(xué)、醫(yī)學(xué)）。工業(yè)、科學(xué)、醫(yī)學(xué)）。信道數(shù)：79 個(gè) （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(shí)分復(fù)用多路訪問技術(shù)(TDD)語(yǔ)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(yǔ)

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(gè)微微網(wǎng)可由8個(gè)藍(lán)牙設(shè)備組成。在同一個(gè)微微網(wǎng)中，主設(shè)備為所有的設(shè)備提供時(shí)鐘和跳頻同步序列。在同一個(gè)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(gè)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(dòng)) Sniff(呼吸) Hold(保持) Park(休眠) Standby Standby 等待加入一個(gè)微微網(wǎng)。等待加入一個(gè)微微網(wǎng)。 InquiryInquiry 邀請(qǐng)周圍的無(wú)線連接。邀請(qǐng)周圍的無(wú)線連接。 PagePage 連接一個(gè)明確的無(wú)線鏈路。連接一個(gè)明確的無(wú)線鏈路。 ConnectedConnected 加入一個(gè)皮網(wǎng)加入一個(gè)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(lán)牙的技術(shù)指標(biāo)第三章、藍(lán)牙的技術(shù)指標(biāo)一、發(fā)信機(jī)測(cè)試一、發(fā)信機(jī)測(cè)試 目前的藍(lán)牙無(wú)線測(cè)試規(guī)范的版本為0.91版本，它定義了藍(lán)牙無(wú)線測(cè)試指標(biāo)及其測(cè)試方法。藍(lán)牙無(wú)線測(cè)試配置包括一臺(tái)測(cè)試儀和被測(cè)設(shè)備（EUT,Equ

13、ipment Under Test），其中測(cè)試儀作為主單元，EUT作為從單元。兩者之間可以通過(guò)射頻電纜相連也可以通過(guò)天線經(jīng)空中傳輸相連。測(cè)試儀發(fā)送LMP指令，激活EUT進(jìn)入測(cè)試模式，并對(duì)測(cè)試儀與EUT之間的藍(lán)牙鏈路的一些參數(shù)進(jìn)行配置。如測(cè)試方式是環(huán)回還是發(fā)送方式，是否需要進(jìn)行跳頻，分組是單時(shí)隙分組還是多時(shí)隙分組，分組的凈菏是PN9，還是00001111、01010101。測(cè)試模式是一個(gè)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(jìn)入測(cè)試模式。 1 1、輸出功率輸出功率 測(cè)試儀對(duì)初始狀態(tài)設(shè)置如下：鏈路為跳頻，EUT置為環(huán)回（Loop back）。測(cè)試儀發(fā)射

14、凈荷為PN9，分組類型為所支持的最大長(zhǎng)度的分組，EUT對(duì)測(cè)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(cè)試儀。測(cè)試儀在低、中、高三個(gè)頻點(diǎn)，對(duì)整個(gè)突發(fā)范圍內(nèi)測(cè)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(jí)為1，平均功率 0dBm；如果EUT的功率等級(jí)為2，-6dBm平均功率4dBm；如果EUT的功率等級(jí)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(cè)試儀通過(guò)掃頻，在2400MHz頻帶范圍內(nèi)找到對(duì)應(yīng)最大功率的頻點(diǎn)，然后以此頻點(diǎn)進(jìn)行時(shí)域掃描（掃描時(shí)間為1分鐘），測(cè)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(gè)頻點(diǎn)，回送調(diào)制信號(hào)為PN9的DH1分組。測(cè)試儀通過(guò)LMP信令控制EUT輸出功率，并測(cè)試功率控制步長(zhǎng)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(cè)試儀對(duì)EUT回送的凈荷為PN9的DH1分組掃頻測(cè)量。當(dāng)EUT工作在最低頻點(diǎn)時(shí)，測(cè)試儀找到功率密度下降為-80dBm/Hz時(shí)的頻點(diǎn)fL；當(dāng)EUT工作在最高頻點(diǎn)時(shí)，測(cè)試儀找到功率密度下降為-80dBm/Hz時(shí)的頻點(diǎn)fH。對(duì)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(gè)頻點(diǎn)，回送調(diào)制信號(hào)為PN9的DH1分組。測(cè)試儀掃頻找到對(duì)應(yīng)最大功率的頻點(diǎn)，并且找到其左右兩側(cè)對(duì)應(yīng)功率下降20dB時(shí)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(diǎn)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(cè)試儀掃描整個(gè)藍(lán)牙頻段，測(cè)試各個(gè)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(gè)頻點(diǎn)。測(cè)試

17、儀以所支持的最大分組長(zhǎng)度發(fā)送凈荷為11110000的分組，并對(duì)EUT回送的分組計(jì)算頻率偏移的峰值和均值，分別記為Df1max 和Df1avg。測(cè)試儀以所支持的最大分組長(zhǎng)度發(fā)送凈荷為10101010的分組，并對(duì)EUT回送的分組計(jì)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(cè)試儀。測(cè)試儀先將鏈路置為非跳頻，EUT分別工作在低、中、高三個(gè)頻點(diǎn)，然后測(cè)試儀再將鏈路置為跳頻。測(cè)試儀根據(jù)4個(gè)前導(dǎo)

18、碼計(jì)算載波頻率f0，要求與標(biāo)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(gè)頻點(diǎn)，回送調(diào)制信號(hào)為10101010的DH1/DH3/DH5分組。測(cè)試儀先根據(jù)4個(gè)前導(dǎo)碼計(jì)算載波頻率f0，然后每10比特凈荷測(cè)試一次頻率，其與初始載頻的差為瞬時(shí)頻率漂移。最后測(cè)試儀將跳頻打開，重新測(cè)試所有頻點(diǎn)下的瞬時(shí)頻率漂移。瞬時(shí)頻率漂移之間的差定義為漂移速率。對(duì)于DH1分組，要求每次的瞬時(shí)漂移小于25kHz，對(duì)于DH3、DH5分組，要求載波瞬時(shí)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(jī)測(cè)試收信機(jī)測(cè)試 對(duì)于收信

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

20、UT發(fā)送的射頻信號(hào)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(hào)定時(shí)等引起的誤差。假如EUT的收信機(jī)性能由一個(gè)輸出“完美”信號(hào)的測(cè)試儀來(lái)測(cè)試，其測(cè)試結(jié)果不足以提供冗余度來(lái)適應(yīng)真正的無(wú)線傳輸環(huán)境，用戶將得到一個(gè)關(guān)于收信機(jī)質(zhì)量的錯(cuò)誤結(jié)果。經(jīng)驗(yàn)告訴我們，對(duì)于有擾測(cè)試，藍(lán)牙收信機(jī)的靈敏度一般會(huì)劣化4-10dB，具體值與分組長(zhǎng)度和藍(lán)牙芯片種類有關(guān)。測(cè)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(lán)牙信號(hào)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(fù)。此外，藍(lán)牙基帶信號(hào)還受一正弦波調(diào)制。測(cè)試

21、儀對(duì)誤碼率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，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(cè)試一遍。 2 2、多時(shí)隙靈敏度多時(shí)隙靈敏度 類似于單時(shí)隙靈敏度的測(cè)試，不過(guò)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(gè)頻點(diǎn)。測(cè)試儀發(fā)送的有用信號(hào)為凈荷PN9的DH1分組，同時(shí)還發(fā)送凈荷PN15的藍(lán)牙干擾信號(hào)。有用信號(hào)和干擾信號(hào)的功率電平參見表2。測(cè)試儀進(jìn)行誤碼率統(tǒng)計(jì)，要求BER0.1%,則測(cè)試儀記錄此時(shí)干擾信號(hào)的頻點(diǎn),要求頻點(diǎn)的個(gè)數(shù)小于24。其他條件不變，僅把干擾信號(hào)的電平降為-50dBm，測(cè)試儀記錄BER0.1%時(shí)的干擾信號(hào)的頻點(diǎn)，要求其個(gè)數(shù)小于