蓝牙技术基础知识知识探索

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 2006-06-092006-06-091峰谷文书 第一章、蓝牙简介第一章、蓝牙简介2峰谷文书概述概述“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（shortdistance wirelesscommunication）的应用前景无限广阔。3峰谷文书爱立信将这项新的无线通信技术命名为蓝牙（bluetoot

2、h）。 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（specialinterestgroup，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。 4峰谷文书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，就建立了统一全球的目

3、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,scientificandmedical,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： 5峰谷文书（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。 6峰谷文书（2）同时可传输语音和数据：蓝牙采用电路交换和分组交换技术，支持异

4、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。 7峰谷文书（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，几个蓝牙设备连接成一个皮网（pi

5、conet）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。 8峰谷文书（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（frequencyhopping）方式来扩展频谱（spreadspectrum），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，每秒钟频率改变1600次，每个频率

6、持续625。 9峰谷文书（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。 10峰谷文书（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。 11峰谷文书（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，全世界范围内的任何单位和个人

7、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。12峰谷文书 第二章、蓝牙的基础知识13峰谷文书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）。14峰谷文书信道数：79 个 （0-78） 范围：2.402ghz - 2.480ghz 信道间隔：1mhzge

8、ographyregulatoryrangerfchanneleurope/usa/japan 24002483.5mhzf=2402+kmhz,k=0,78france2446.52483.5mhz f=2454+kmhz,k=0,2215峰谷文书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术(tdd)语音信道采用连续可变斜率增量调

9、制（cvsd）16峰谷文书数据速率：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 17峰谷文书3 3、fh/tdd channelfh/tdd channel625 m ms ttmasterslavef(2k)f(2k+1)f(2k+2)18峰谷文书4 4、跳频、跳频2.4022.480freqslavemastertime19峰谷文书5 5、包的格式、包的格式接入码接入码包头包头内容内容72b54b0-2745b20峰谷文书

10、preamblesync wordtrailer464434246lsbmsb bch lap brk接入码接入码21峰谷文书包头包头am_addrhec318am_addrtypeflowarqnslave active member addresspayload typelc flow controlack/nakparameterinformationflow1arqn1seqn type4seqnretransmit orderinghecheader error check22峰谷文书6 6、dh1/3/5 dh1/3/5 分组结构分组结构f(k)625 m msf(k+1)f(k+

11、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)23峰谷文书7 7、微微网（皮网）、微微网（皮网）masterslaveslaveslaveslaveslaveslaveslave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。24峰谷文书8 8、分散网、分散网masterslaveslaveslaveslaveslaveslaveslavemaster两个或更多的微微网在重叠的区域可以建立特殊的呼叫。25峰谷文书9 9、微微网的应用（一拖七）、微微

12、网的应用（一拖七）26峰谷文书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

13、设备者从设备) )27峰谷文书第三章、蓝牙的技术指标第三章、蓝牙的技术指标28峰谷文书一、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0000

14、1111、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。 29峰谷文书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23dbm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

15、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。 30峰谷文书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。 31峰谷文书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，规范要求在2db和8db之间。 32峰谷文书4 4、频率范围频率范围 初始状态同（3），测试仪对e

16、ut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。 33峰谷文书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 - fl |，要求df小于1mhz。 34峰谷文书6 6、相邻信道功率相邻信道功率

17、 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。 35峰谷文书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10101010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df

18、2max 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。 36峰谷文书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。 37峰谷文书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10101010的dh1/dh3/dh5分组。测试仪先根据4个前导码计算载

19、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。 38峰谷文书二、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，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

20、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。 39峰谷文书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

21、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。 40峰谷文书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。 41峰谷文书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5个。 43峰谷文书5、互调性能 互调