蓝牙关键技术

蓝牙关键技术1跳频技术2．4

GHz频段中还有802．11b，HomeRF及微波炉、无绳电话等电子设备，为了与这些设备兼容，蓝牙采用了AFH（Adaptive

Frequency

Hopping），LBT（Listen

Before

Talk）、功率控制等一系列独特的措施克服干扰，避免冲突。跳频通信

FH：Frequency

Hopping跳频（FH，Frequency

Hopping）在无线传输中，射频频率按照某种特定算法发生的重复变化.指在接收或发送一分组数据后，即跳至另一频点。对于单时隙包，蓝牙的跳频速率为1600跳/秒。对于多时隙包，蓝牙的跳频速率有所下降，但在建立链路时则提高为3200跳/秒。发展史：（1）是扩频通信的一个分支，突出优点是抗干扰性强，因而很适用于军事领域。（2）70年代末第一部跳频电台问世，就预示着其发展势头锐不可挡。到了８０年代，世界各国军队普遍装备跳频电台。3通信的安全性而言，跳频短波通信比卫星通信更为可靠。这是因为提供卫星服务的机构对其所属国承担了战略责任，必须受到该国政府的控制。而跳频短波通信是完全自主的，因而也是最可信赖的。3

90年代，在军用跳频通信领域已相当成熟的同时，跳频通信的应用又拓宽到民用领域。跳频在GSM中应用技术最初用于军事传输系统，目的是保证安全性和防止拥塞,有效地提高系统质量,提高频率利用率.用在GSM上,主要是用来解决容量以及通话质量问题.使用跳频的背景:网络的不断扩容，导致频率的复用愈来愈密，频率规划愈来愈难，来自网内的干扰愈来愈多频率复用度的提高，使本网受网外频点干扰影响的机率愈来愈大保持频点的相对整洁、干净使用跳频可以降低频率的冲撞机率使用跳频可以提高网络的容量使用跳频可以改善通话质量跳频解决容量需求蜂窝系统的原则是不断的频率复用,以最少的频谱得到最大的容量频率复用的紧密带来---同频干扰、邻频率干扰跳频B1

||f1BURSTBn

||

fn

Bn-1

||

fn-1……信息通过不断跳跃改变的频率来传输跳频是指某次通话所使用载波频率在一定范围内，按某种规律跳变。每个小区信道组的跳频功能都能单独激活或关闭。多径衰落产生于散射的环境是移动通信特有的现象降低传输质量，是影响网络质量的关键因素是任何移动通信系统都面临的挑战多径衰落（Multipath）34FrequencySignalf1Timef2f3Low

correlationHigh

correlationClosefrequenciesexhibit

similarfading对网络质量的影响多径衰落的频率响应跳频的理论依据？平滑快衰落环境跳频的频率分集信号衰落的谷点在不同的频率出现在不同的位置采用跳频，每个突发脉冲的调制频率不同，如果某一频点发生了频率选择性衰落，则手机接收的信号位于谷点的时间不会超过一个burst周期抑制衰落的有效手段：频率分集F1Non

HoppingHoppingF1Spread

corrupted

burstsF2Corrupted

Bursts平滑、均化干扰跳频的干扰分集B4f4B3f3B2f2B1f1f4f3f2f1在GSM系统中，小区中每个频点所受的干扰强度和分布是不一样的，同一路通话的突发脉冲的载频的变化，降低了信号所受的干扰？？？，通话受到的电波干扰被平均否则，移动台一直工作在固定的频点上，则整个通话过程的每一个突发脉冲可能都会受到固定不变的强干扰。FH把干扰分散到了携带突发脉冲的不同载频上，这种效果被称为“均化干扰”或“干扰分集”蜂窝网络是频率复用的，同频干扰是存在，跳频使信号所受的是不连续的干扰，而非连续干扰，电波环境得到了改善。对于每一个突发脉冲所受的干扰是变化的，这一点有利于通话质量的提高，否则，整个通话会受到很大干扰-----干扰分

散到了携带突发脉冲的不同的载频上。39非跳频网络中的干扰情形空间上干扰集中在同频的扇区时间上干扰无时不在用户受到持续的干扰解决手段－加大同频基站的距离代价－频率复用率降低f1f1Interference

areas40空间上干扰分布在各个扇区时间上¸干扰无时不在用户仅受到临时的干扰f1

f2

f3

f4f1

f2

f3

f4f1

f2

f3

f4f

f

f

f1

2

3

4跳频网络中的干扰情形41f1

f2

f3

f4跳频网络中的干扰情形干扰在时域和空间的分布－干扰分集减少每f1

f个2

f3

用f4

户受到干扰的机率充分发挥信道编f码1

f2

和f3

f4交织技术–平均话音质量得以提高f1

f2

f3

f4·

使AGR得以使用GSM系统的跳频示意图

采用每帧改变频率的方法，即每隔4.615

ms改变

载波频率，亦即跳频速率为1/4.615

ms=217跳/秒。Bluetooth工作频段----2

.

4

G

H

z

IS

M

频段ISM频段：Industry

Science

and

Medical

Band （工业、科学、医学）。信道数：79个（0-78）范围：2.402GHz-2.480GHz信道间隔：1MHzGeographyRegulatory

RangeRFCha

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

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

MHz,k=0,…,22数据速率：①1MBit/s

gross②分组交换或电路交换模式③异步数据和同步语音功率：①

Class

1:+20dBm

(with

PA)②

Class

2:+4dBm（-6-+4dBm）③

Class

3:0dBm跳频图案·跳频通信时，收发双方必须采用同一种跳频图案。三个条件：·跳频频率相同；·跳频序列相同；·跳频的时钟相同（允许存在一定的误差）F

H图案选择随机性：参与FH的每个频率出现概率大致相同—抗干扰能力强密钥量大：FH图案数目足够多正交性好：FH图案出现频率重叠的机会尽量小，有利于组网和多用户4、跳频2.4022.480freqmasterslavetime2.链路控制（LC，固件）单元链路控制单元链路控制单元（即基带）描述了硬件——基带链路控制器的数字信号处理规范。基带链路控制器负责处理基带协议和其它一些低层常规协议。但是，要实现数据的无差错传输，FEC就必然要生成一些不必要的开销比特而降低数据的传送效率。这是因为数据包对于是否使用FEC是弹性定义的。报头总有占1/3比例的FEC码起保护作用，其中包含了有用的链路信息。在目前蓝牙产品中，人们使用了3个IC分别作为连接控制器、基带处理器以及射频传输／接收器，此外还使用了30～50个单独调谐元件。基带链路控

制器负责处理基带协议和其它一些低层常规协议。它有3种纠错方案：1/3比例前向纠错（FEC）码、2/3比例前向纠错码和数据的自动请求重发（ARQ）方案。采用FEC（前向纠错）方案的目

的是为了减少数据重发的次数，降低数据传输负载。3.链路管理（软件）单元链路管理（LM）软件模块携带了链路的数据设置、鉴权、链路硬件配置和其它一些协议。LM能够发现其它远端LM并通过LMP（链路管理协议）与之通信。LM模块提供如下服务：发送和接收数据；请求名称；链路地址查询；建立连接；鉴权；链路模式协商和建立；决定帧的类型。此外，还控制设备的工作状态即呼吸（Sni

f）、保持（Hold）和休眠（Park）三种模式。将设备设为呼吸模式，Master（主机）只能有规律地在特定的时隙发送数据Slave降低了从Pioconet“收听”消息的速率，“呼吸”间隔可以依应用要求做适当调整；Hold模式，Master可把Slave置为Hold模式，在这种模式下，只有一个内部计数器在工作。Slave也可主动要求置为Hold模式。一旦处于Hold模式的单元被激活，则数据传递也立即重新开始。Hold模式一般被用于连接好几个Piconet的情况下或者耗能低的设备，如温度传感器。在Park模式下，设备依然与Piconet同步但没有数据传送。工作在Park模式下的设备放弃了MAC地址，偶尔收听Master的消息并恢复同步、检查广播消息蓝牙基带技术支持两种连接类型：同步定向连接（SCO，Synchronous

Connection

Oriented）类型，主要用于传送话音；异步无连接（ACL，Asynchronous

Connectionless）类型，主要用于传送数据包。蓝牙基带部分在物理层为用户提供保护

和信息保密机制。鉴权基于“请求——响应”运算法则鉴权是蓝牙系统中的关键部分，它允许用户为个人的蓝牙设备建立一个信任域，比如只允许主人自己的笔记本电脑通过主人自己的移动电话通信。加密被用来保护连接的个人信息。密钥由程序的高层来管理。网络传送协议和应用程序可以为用户提供一个较强的安全机制。4.软件（协议栈）单元蓝牙的软件（协议栈）单元是一个独

立

的操作系统，不与任何操作系统捆绑。必须符合已经制定好的蓝牙规范。蓝牙规范是为个人区域内的无线通信而制定的协议，它包括两部分：第一部分为核心（Core）部分，用以规定诸如射频、基带、连接管理、业务搜寻（service

discovery）、传输层以及与不同通信协议间的互用、互操作性等组件；第二部分为协议子集（Profile）部分，用以规定不同蓝牙应用（也称使用模式）所需的协议和过程。蓝牙规范的协议栈仍采用分层结构，分别完成数据流的过滤和传输、跳频和数据帧传输、连接的建立和释放、链路的控制、数据的拆装、业务质量（QoS）、协议的