蓝牙技术基础培训

1、CK 西可通信技术设备（河源）有限公司 蓝牙基础技术培训蓝牙基础技术培训 编写编写: :工程部工程部 2006-06-092006-06-09 第一章、蓝牙简介第一章、蓝牙简介 概述概述 “蓝牙”是一种开放的技术规范，它可在世界上的任何地方 实 现短距离的无线语音和数据通信。蓝牙技术的发展：1994年， 爱立信移动通信公司开始研究在移动电话及其附件之间实现 低功耗、低成本无线接口的可行性。随着项目的进展，爱立 信公司意识到短距无线通信（Short Distance Wireless Communication）的应用前景无限广阔。 爱立信将这项新的无线通信技术命名为蓝牙（Bluetooth）。

2、 Bluetooth 取自10世纪丹麦国王Harald Bluetooth 的名字。 爱立信意识到要使这项技术最终获得成功，必须得到业界其 他公司的支持与应用。1998年5月，爱立信联合诺基亚 （Nokia）、英特尔（Intel）、IBM 、东芝（Toshiba）这4 家公司一起成立了蓝牙特殊利益集团（Special Interest Group，SIG），负责蓝牙技术标准的制定、产品测试，并协 调各国蓝牙的具体使用。 蓝牙技术的特点蓝牙技术的特点 蓝牙是一种短距无线通信的技术规范，它最初的目标是取代 现有的掌上电脑、移动电话等各种数字设备上的有线电缆连 接。在制定蓝牙规范之初，就建立了统一全

3、球的目标，向全 球公开发布，工作频段为全球统一开放的2.4GHz工业、科学 和医学（Industrial, Scientific and Medical, ISM）频段。 从目前的应用来看，由于蓝牙体积小、功率低，其应用已不 局限于计算机外设，几乎可以被集成到任何数字设备之中， 特别是那些对数据传输速率要求不高的移动设备和便携设备。 蓝牙技术的特点可归纳为如下几点： （1）全球范围适用：蓝牙工作在2.4GHz的 ISM频段，全 球大多数国家ISM频段的范围是2.4-2.4835GHz，使用该 频段无需向各国的无线电资源管理部门申请许可证。 （2）同时可传输语音和数据：蓝牙采用电路交换和分组交

4、换技术，支持异步数据信道、三路语音信道以及异步数据 与同步语音同时传输的信道。每个语音信道数据速率为 64kbit/s，语音信号编码采用脉冲编码调制（PCM）或连 续可变斜率增量调制（CVSD）方法。当采用非对称信道传 输数据时，速率最高为721kbit/s，反向为57.6kbit/s； 当采用对称信道传输数据时，速率最高为342.6kbit/s。 蓝牙有两种链路类型：异步无连接（ACL）链路和同步面 向连接（SCO）链路。 （3）可以建立临时性的对等连接：根据蓝牙设备在网络中的 角色，可分为主设备（Master）与从设备（Slave）。主设 备是组网连接主动发起连接请求的蓝牙设备，几个蓝牙设

5、 备连接成一个皮网（Piconet）时，其中只有一个主设备， 其余的均为从设备。皮网是蓝牙最基本的一种网络形式， 最简单的皮网是一个主设备和一个从设备组成的点对点的 通信连接。 （4）具有很好的抗干扰能力：工作在ISM频段的无线电设 备有很多种，如家用微波炉、无线局域网（WLAN）Home RF 等产品，为了很好地抵抗来自这些设备的干扰，蓝牙采用了 跳频（Frequency Hopping）方式来扩展频谱 （Spread Spectrum），将2.4022.48GHz频段分成79个频点， 相邻频点间隔1MHz。蓝牙设备在某个频点发送数据之后，再 跳到另一个频点发送，而频点的排列顺序则是伪随机的

6、，每 秒钟频率改变1600次，每个频率持续625。 （5）蓝牙模块体积很小、便于集成：由于个人移动设备的体 积较小，嵌入其内部的蓝牙模块体积就应该更小，如爱立信 公司的蓝牙模块ROK101008的外形尺寸仅为 32.8mm16.8mm2.95mm。 （6）低功耗：蓝牙设备在通信连接（Connection）状态下， 有四种工作模式： 激活（Active）模式 呼吸（Sniff）模式 保持（Hold）模式 休眠（Park）模式 Active 模式是正常的工作状态，另外三种模式是为了节 能所规定的低功耗模式。 （7）开放的接口标准：SIG为了推广蓝牙技术的使用，将蓝 牙的技术标准全部公开，全世界范围

7、内的任何单位和个人 都可以进行蓝牙产品的开发，只要最终通过SIG的蓝牙产 品兼容性测试，就可以推向市场。 （8）成本低：随着市场需求的扩大，各个供应商纷纷推出 自己的蓝牙芯片和模块，蓝牙产品价格飞速下降。 第二章、蓝牙的基础知识 1 1、2.4GHz ISM 2.4GHz ISM 频段频段 ISMISM频段：频段：Industry Science and Medical BandIndustry Science and Medical Band （工业、科学、医学）。工业、科学、医学）。 信道数：79 个 （0-78） 范围：2.402GHz - 2.480GHz 信道间隔：1MHz Geog

8、raphyRegulatory RangeRF Channel Europe/USA/Japan 24002483.5 MHzf = 2402+k MHz, k=0, , 78 France2446.52483.5 MHz f = 2454+k MHz, k=0, , 22 2 2、调制方式、调制方式 GFSK（载波向上频移157kHz表示“1”，向下频移157kHz 表 示“0”，速率是1Mbit/s） BT=0.5（0.5是将数据滤波器的-3dB带宽设定在500kHz， 可以限制射频占用的频谱） 调制指数=0.28-0.35 采用跳频技术1600H/s，T=625s 采用时分复用多路访问技

9、术(TDD) 语音信道采用连续可变斜率增量调制（CVSD） 数据速率：数据速率： 1MBit/s gross 分组交换或电路交换模式 异步数据和同步语音 功率：功率： Class 1:+20dBm (with PA) Class 2:+4dBm（-6-+4dBm） Class 3:0dBm 3 3、FH/TDD ChannelFH/TDD Channel 625 m ms t t master slave f(2k)f(2k+1)f(2k+2) 4 4、跳频、跳频 2.4022.480 freq slave master time 5 5、包的格式、包的格式 接入码接入码包头包头内容内容 72

10、b54b 0-2745b PREAMBLESYNC WORDTRAILER 4644 34246 LSBMSB BCH LAP BRK 接入码接入码 包头包头 AM_ADDRHEC 3 18 AM_ADDR TYPE FLOW ARQN slave active member address payload type LC flow control ACK/NAK parameterinformation FLOW 1 ARQN 1 SEQN TYPE 4 SEQN retransmit ordering HEC header error check 6 6、DH1/3/5 DH1/3/5 分

11、组结构分组结构 f(k) 625 m ms f(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、微微网（皮网）、微微网（皮网） Master Slave Slave Slave Slave Slave Slave Slave 一个微微网可由8个蓝牙设备组成。 在同一个微微网中，主设备为所有的 设备提供时钟和跳频同步序列。 在同一个微微网中，所有的设备有同 样的跳频序列。 8 8、分散网、分散网 Master Slave Slave Slave Slave Slave Slave Slave Master

12、 两个或更多的微微网在重叠的区 域可以建立特殊的呼叫。 9 9、微微网的应用（一拖七）、微微网的应用（一拖七） 1010、建立通信、建立通信 Standby(缺省) Inquiry(查询) (unknown address) Page(寻呼) (known address) Connection . .Active power(活动) Sniff(呼吸) Hold(保持) Park(休眠) Standby Standby 等待加入一个微微网。等待加入一个微微网。 InquiryInquiry 邀请周围的无线连接。邀请周围的无线连接。 PagePage 连接一个明确的无线链路。连接一个明确的无线

13、链路。 ConnectedConnected 加入一个皮网加入一个皮网( (主设备或主设备或 者从设备者从设备) ) 第三章、蓝牙的技术指标第三章、蓝牙的技术指标 一、发信机测试一、发信机测试 目前的蓝牙无线测试规范的版本为0.91版本，它定义了蓝牙 无线测试指标及其测试方法。蓝牙无线测试配置包括一台测 试仪和被测设备（EUT,Equipment Under Test），其中测试 仪作为主单元，EUT作为从单元。两者之间可以通过射频电 缆相连也可以通过天线经空中传输相连。测试仪发送LMP指 令，激活EUT进入测试模式，并对测试仪与EUT之间的蓝牙链 路的一些参数进行配置。如测试方式是环回还是发

14、送方式， 是否需要进行跳频，分组是单时隙分组还是多时隙分组，分 组的净菏是PN9，还是00001111、01010101。测试模式是一 个特殊的状态，出于安全的考虑，EUT必须首先设为 “Enalle” 状态，然后才能空中激活进入测试模式。 1 1、输出功率输出功率 测试仪对初始状态设置如下：链路为跳频，EUT置为环回 （Loop back）。测试仪发射净荷为PN9，分组类型为所支持 的最大长度的分组，EUT对测试仪发出的分组解码，并使用 相同的分组类型以其最大输出功率将净荷回送给测试仪。测 试仪在低、中、高三个频点，对整个突发范围内测量峰值功 率和平均功率。规范要求峰值功率和平均功率各小于2

15、3dBm 和20dBm，并且满足以下要求：如果EUT的功率等级为1，平 均功率 0dBm；如果EUT的功率等级为2，-6dBm平均功率 4dBm；如果EUT的功率等级为3，平均功率0dBm。 2 2、功率密度功率密度 初始状态同（1），测试仪通过扫频，在2400MHz频 带范围内找到对应最大功率的频点，然后以此频点 进行时域扫描（扫描时间为1分钟），测出最大值， 要求小于20dBm/100kHz。 3 3、功率控制功率控制 初始状态为环回，非跳频。EUT分别工作在低、中、 高三个频点，回送调制信号为PN9的DH1分组。测试 仪通过LMP信令控制EUT输出功率，并测试功率控制 步长的范围，规范要

16、求在2dB和8dB之间。 4 4、频率范围频率范围 初始状态同（3），测试仪对EUT回送的净荷为PN9的 DH1分组扫频测量。当EUT工作在最低频点时，测试 仪找到功率密度下降为-80dBm/Hz时的频点fL；当 EUT工作在最高频点时，测试仪找到功率密度下降 为-80dBm/Hz时的频点fH。对于79信道的系统，要求 fL、fH位于2.42.4835GHz范围内。 5、20dB带宽 初始状态同（3），EUT分别工作在低、中、高三个 频点，回送调制信号为PN9的DH1分组。测试仪扫频 找到对应最大功率的频点，并且找到其左右两侧对 应功率下降20dB时的fL和fH，20dB带宽Df = | fH

17、 - fL |，要求Df小于1MHz。 6 6、相邻信道功率相邻信道功率 初始状态同（3）, EUT工作频点分别为第3信道、 第39信道和第75信道，回送净荷为PN9的DH1分组。 测试仪扫描整个蓝牙频段，测试各个信道的功率。 要求相邻第2道的泄漏功率小于-20dBm，相邻第3道 及其以上的泄漏功率小于-40dBm。 7 7、调制特性调制特性 初始状态同（3）, EUT分别工作在低、中、高三个 频点。测试仪以所支持的最大分组长度发送净荷为 11110000的分组，并对EUT回送的分组计算频率偏移 的峰值和均值，分别记为Df1max 和Df1avg。测试仪 以所支持的最大分组长度发送净荷为101

18、01010的分 组，并对EUT回送的分组计算频率偏移的峰值和均值， 分别记为Df2max 和Df2avg，要求满足以下条件：至 少99.9%的Df1max满足 140kHz Df1max 115kHz；Df2avg /Df1avg 0.8。 8、初始载波容限 EUT为环回状态，回送净荷为PN9的DH1给测试仪。 测试仪先将链路置为非跳频，EUT分别工作在低、 中、高三个频点，然后测试仪再将链路置为跳频。 测试仪根据4个前导码计算载波频率f0，要求与标 称频率fTX的差小于75kHz。 9 9、载波频率漂移载波频率漂移 初始状态同（3），EUT分别工作在低、中、高三个 频点，回送调制信号为101

19、01010的DH1/DH3/DH5分组。 测试仪先根据4个前导码计算载波频率f0，然后每10 比特净荷测试一次频率，其与初始载频的差为瞬时 频率漂移。最后测试仪将跳频打开，重新测试所有 频点下的瞬时频率漂移。瞬时频率漂移之间的差定 义为漂移速率。对于DH1分组，要求每次的瞬时漂移 小于25kHz，对于DH3、DH5分组，要求载波瞬时漂移 小于40kHz。规范还要求载波漂移速率小于 4000Hz/10s。 二、二、收信机测试收信机测试 对于收信机测试来说，所有指标的测试都是基于误 比特率的统计，并且至少要统计1600000个比特。 众所周知，在误帧率较大的情况下统计误比特率没 有任何意义，因此，

20、为了准确测试收信机的性能， 测试仪必须能测试由以下6种情况导致的FER：CRC 误差、不正确的净荷长度、同步字出错、HEC出错、 EUT给MT8850A回送NACK分组、在预期的时隙内没有 收到EUT发送的分组。下面介绍蓝牙收信机的测试。 1 1、单时隙灵敏度单时隙灵敏度 初始状态同1.1（3），EUT分别工作在低、中、高三个频点，回送调制 信号为PN9的DH1分组。依照蓝牙规范的要求，测试仪控制其输出功率， 以使EUT的收信功率为-70dBm。蓝牙规范允许EUT发送的射频信号具有 75kHz的初始误差和40kHz的频率漂移，即总共允许有115kHz的误差。此 外，还要考虑调制、符号定时等引起

21、的误差。假如EUT的收信机性能由 一个输出“完美”信号的测试仪来测试，其测试结果不足以提供冗余度 来 适应真正的无线传输环境，用户将得到一个关于收信机质量的错误结果。 经验告诉我们，对于有扰测试，蓝牙收信机的灵敏度一般会劣化4-10dB， 具体值与分组长度和蓝牙芯片种类有关。测试仪必须支持有扰发射 (dirty transmitter),见表1，将干扰加入到发送的蓝牙信号中，每 20ms一组，从第一组依次到第十组，再返回第一组，不断重复。此外， 蓝牙基带信号还受一正弦波调制。测试仪对误码率进行统计，要求误码 率BER0.1%。此外，如果有条件的话，最好在跳频状态下再重新测试一 遍。 2 2、多时隙灵敏度多时隙灵敏度 类似于单时隙灵敏度的测试，不过分组类型为DH3、 DH5。 3、C/I性能 初始状态同1.1（3）, EUT分别工作在低、中、高三 个频点。测试仪发送的有用信号为净荷PN9的DH1分 组，同时还发送净荷PN15的蓝牙干扰信号。有用信 号和干扰信号的功率电平参见表2。测试仪进行误码 率统计，要求BER0.1%,则测试仪记录此时干扰信号的频 点,要求频点的个数小于24。其他条件不变，仅把干扰信号 的电平降为-50dBm，测试仪记录BER0.1%时的干扰信号的频 点，要求其个数小于