藍(lán)牙技術(shù)基礎(chǔ)培訓(xùn)

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)牙簡介第一章、藍(lán)牙簡介 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 現(xiàn)短距離的無線語音和數(shù)據(jù)通信。藍(lán)牙技術(shù)的發(fā)展：1994年， 愛立信移動通信公司開始研究在移動電話及其附件之間實現(xiàn) 低功耗、低成本無線接口的可行性。隨著項目的進(jìn)展，愛立 信公司意識到短距無線通信（Short Distance Wireless Communication）的應(yīng)用前景無限廣闊。 愛立信將這項新的無線通信技術(shù)命名為藍(lán)牙（Bluetooth）。

2、 Bluetooth 取自10世紀(jì)丹麥國王Harald Bluetooth 的名字。 愛立信意識到要使這項技術(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)品測試，并協(xié) 調(diào)各國藍(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

3、球的目標(biāo)，向全 球公開發(fā)布，工作頻段為全球統(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)用來看，由于藍(lán)牙體積小、功率低，其應(yīng)用已不 局限于計算機(jī)外設(shè)，幾乎可以被集成到任何數(shù)字設(shè)備之中， 特別是那些對數(shù)據(jù)傳輸速率要求不高的移動設(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)國家ISM頻段的范圍是2.4-2.4835GHz，使用該 頻段無需向各國的無線電資源管理部門申請許可證。 （2）同時可傳輸語音和數(shù)據(jù)：藍(lán)牙采用電路交換和分組交

4、換技術(shù)，支持異步數(shù)據(jù)信道、三路語音信道以及異步數(shù)據(jù) 與同步語音同時傳輸?shù)男诺馈Ｃ總€語音信道數(shù)據(jù)速率為 64kbit/s，語音信號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)采用非對稱信道傳 輸數(shù)據(jù)時，速率最高為721kbit/s，反向為57.6kbit/s； 當(dāng)采用對稱信道傳輸數(shù)據(jù)時，速率最高為342.6kbit/s。 藍(lán)牙有兩種鏈路類型：異步無連接（ACL）鏈路和同步面 向連接（SCO）鏈路。 （3）可以建立臨時性的對等連接：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)連接主動發(fā)起連接請求的藍(lán)牙設(shè)備，幾個藍(lán)牙設(shè)

5、 備連接成一個皮網(wǎng)（Piconet）時，其中只有一個主設(shè)備， 其余的均為從設(shè)備。皮網(wǎng)是藍(lán)牙最基本的一種網(wǎng)絡(luò)形式， 最簡單的皮網(wǎng)是一個主設(shè)備和一個從設(shè)備組成的點(diǎn)對點(diǎn)的 通信連接。 （4）具有很好的抗干擾能力：工作在ISM頻段的無線電設(shè) 備有很多種，如家用微波爐、無線局域網(wǎng)（WLAN）Home RF 等產(chǎn)品，為了很好地抵抗來自這些設(shè)備的干擾，藍(lán)牙采用了 跳頻（Frequency Hopping）方式來擴(kuò)展頻譜 （Spread Spectrum），將2.4022.48GHz頻段分成79個頻點(diǎn)， 相鄰頻點(diǎn)間隔1MHz。藍(lán)牙設(shè)備在某個頻點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)之后，再 跳到另一個頻點(diǎn)發(fā)送，而頻點(diǎn)的排列順序則是偽隨機(jī)的

6、，每 秒鐘頻率改變1600次，每個頻率持續(xù)625。 （5）藍(lán)牙模塊體積很小、便于集成：由于個人移動設(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

7、內(nèi)的任何單位和個人 都可以進(jìn)行藍(lán)牙產(chǎn)品的開發(fā)，只要最終通過SIG的藍(lán)牙產(chǎn) 品兼容性測試，就可以推向市場。 （8）成本低：隨著市場需求的擴(kuò)大，各個供應(yīng)商紛紛推出 自己的藍(lán)牙芯片和模塊，藍(lán)牙產(chǎn)品價格飛速下降。 第二章、藍(lán)牙的基礎(chǔ)知識 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 （0-78） 范圍：2.402GHz - 2.480GHz 信道間隔：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、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 采用時分復(fù)用多路訪問技

9、術(shù)(TDD) 語音信道采用連續(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、跳頻、跳頻 2.4022.480 freq slave master time 5 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 72

10、b54b 0-2745b PREAMBLESYNC WORDTRAILER 4644 34246 LSBMSB BCH LAP BRK 接入碼接入碼 包頭包頭 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、組結(jié)構(gòu)分組結(jié)構(gòu) 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、微微網(wǎng)（皮網(wǎng)）、微微網(wǎng)（皮網(wǎng)） Master Slave Slave Slave Slave Slave Slave Slave 一個微微網(wǎng)可由8個藍(lán)牙設(shè)備組成。 在同一個微微網(wǎng)中，主設(shè)備為所有的 設(shè)備提供時鐘和跳頻同步序列。 在同一個微微網(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) Master Slave Slave Slave Slave Slave Slave Slave Master

12、 兩個或更多的微微網(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 power(活動) Sniff(呼吸) Hold(保持) Park(休眠) Standby Standby 等待加入一個微微網(wǎng)。等待加入一個微微網(wǎng)。 InquiryInquiry 邀請周圍的無線連接。邀請周圍的無線連接。 PagePage 連接一個明確的無線鏈路。連接一個明確的無線

13、鏈路。 ConnectedConnected 加入一個皮網(wǎng)加入一個皮網(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)測試一、發(fā)信機(jī)測試 目前的藍(lán)牙無線測試規(guī)范的版本為0.91版本，它定義了藍(lán)牙 無線測試指標(biāo)及其測試方法。藍(lán)牙無線測試配置包括一臺測 試儀和被測設(shè)備（EUT,Equipment Under Test），其中測試 儀作為主單元，EUT作為從單元。兩者之間可以通過射頻電 纜相連也可以通過天線經(jīng)空中傳輸相連。測試儀發(fā)送LMP指 令，激活EUT進(jìn)入測試模式，并對測試儀與EUT之間的藍(lán)牙鏈 路的一些參數(shù)進(jìn)行配置。如測試方式是環(huán)回還是發(fā)

14、送方式， 是否需要進(jìn)行跳頻，分組是單時隙分組還是多時隙分組，分 組的凈菏是PN9，還是00001111、01010101。測試模式是一 個特殊的狀態(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)入測試模式。 1 1、輸出功率輸出功率 測試儀對初始狀態(tài)設(shè)置如下：鏈路為跳頻，EUT置為環(huán)回 （Loop back）。測試儀發(fā)射凈荷為PN9，分組類型為所支持 的最大長度的分組，EUT對測試儀發(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試儀。測 試儀在低、中、高三個頻點(diǎn)，對整個突發(fā)范圍內(nèi)測量峰值功 率和平均功率。規(guī)范要求峰值功率和平均功率各小于2

15、3dBm 和20dBm，并且滿足以下要求：如果EUT的功率等級為1，平 均功率 0dBm；如果EUT的功率等級為2，-6dBm平均功率 4dBm；如果EUT的功率等級為3，平均功率0dBm。 2 2、功率密度功率密度 初始狀態(tài)同（1），測試儀通過掃頻，在2400MHz頻 帶范圍內(nèi)找到對應(yīng)最大功率的頻點(diǎn)，然后以此頻點(diǎn) 進(jìn)行時域掃描（掃描時間為1分鐘），測出最大值， 要求小于20dBm/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、 高三個頻點(diǎn)，回送調(diào)制信號為PN9的DH1分組。測試 儀通過LMP信令控制EUT輸出功率，并測試功率控制 步長的范圍，規(guī)范要

16、求在2dB和8dB之間。 4 4、頻率范圍頻率范圍 初始狀態(tài)同（3），測試儀對EUT回送的凈荷為PN9的 DH1分組掃頻測量。當(dāng)EUT工作在最低頻點(diǎn)時，測試 儀找到功率密度下降為-80dBm/Hz時的頻點(diǎn)fL；當(dāng) EUT工作在最高頻點(diǎn)時，測試儀找到功率密度下降 為-80dBm/Hz時的頻點(diǎn)fH。對于79信道的系統(tǒng)，要求 fL、fH位于2.42.4835GHz范圍內(nèi)。 5、20dB帶寬 初始狀態(tài)同（3），EUT分別工作在低、中、高三個 頻點(diǎn)，回送調(diào)制信號為PN9的DH1分組。測試儀掃頻 找到對應(yīng)最大功率的頻點(diǎn)，并且找到其左右兩側(cè)對 應(yīng)功率下降20dB時的fL和fH，20dB帶寬Df = | fH

17、 - 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。 測試儀掃描整個藍(lán)牙頻段，測試各個信道的功率。 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 頻點(diǎn)。測試儀以所支持的最大分組長度發(fā)送凈荷為 11110000的分組，并對EUT回送的分組計算頻率偏移 的峰值和均值，分別記為Df1max 和Df1avg。測試儀 以所支持的最大分組長度發(fā)送凈荷為101

18、01010的分 組，并對EUT回送的分組計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給測試儀。 測試儀先將鏈路置為非跳頻，EUT分別工作在低、 中、高三個頻點(diǎn)，然后測試儀再將鏈路置為跳頻。 測試儀根據(jù)4個前導(dǎo)碼計算載波頻率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 頻點(diǎn)，回送調(diào)制信號為101

19、01010的DH1/DH3/DH5分組。 測試儀先根據(jù)4個前導(dǎo)碼計算載波頻率f0，然后每10 比特凈荷測試一次頻率，其與初始載頻的差為瞬時 頻率漂移。最后測試儀將跳頻打開，重新測試所有 頻點(diǎn)下的瞬時頻率漂移。瞬時頻率漂移之間的差定 義為漂移速率。對于DH1分組，要求每次的瞬時漂移 小于25kHz，對于DH3、DH5分組，要求載波瞬時漂移 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)測試收信機(jī)測試 對于收信機(jī)測試來說，所有指標(biāo)的測試都是基于誤 比特率的統(tǒng)計，并且至少要統(tǒng)計1600000個比特。 眾所周知，在誤幀率較大的情況下統(tǒng)計誤比特率沒 有任何意義，因此，

20、為了準(zhǔn)確測試收信機(jī)的性能， 測試儀必須能測試由以下6種情況導(dǎo)致的FER：CRC 誤差、不正確的凈荷長度、同步字出錯、HEC出錯、 EUT給MT8850A回送NACK分組、在預(yù)期的時隙內(nèi)沒有 收到EUT發(fā)送的分組。下面介紹藍(lán)牙收信機(jī)的測試。 1 1、單時隙靈敏度單時隙靈敏度 初始狀態(tài)同1.1（3），EUT分別工作在低、中、高三個頻點(diǎn)，回送調(diào)制 信號為PN9的DH1分組。依照藍(lán)牙規(guī)范的要求，測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EUT發(fā)送的射頻信號具有 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、符號定時等引起

21、的誤差。假如EUT的收信機(jī)性能由 一個輸出“完美”信號的測試儀來測試，其測試結(jié)果不足以提供冗余度 來 適應(yīng)真正的無線傳輸環(huán)境，用戶將得到一個關(guān)于收信機(jī)質(zhì)量的錯誤結(jié)果。 經(jīng)驗告訴我們，對于有擾測試，藍(lán)牙收信機(jī)的靈敏度一般會劣化4-10dB， 具體值與分組長度和藍(lán)牙芯片種類有關(guān)。測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)牙基帶信號還受一正弦波調(diào)制。測試儀對誤碼率進(jìn)行統(tǒng)計，要求誤碼 率BER0.1%。此外，如果有條件的話，最好在跳頻狀態(tài)下再重新測試一 遍。 2 2、多時隙靈敏度多時隙靈敏度 類似于單時隙靈敏度的測試，不過分組類型為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 個頻點(diǎn)。測試儀發(fā)送的有用信號為凈荷PN9的DH1分 組，同時還發(fā)送凈荷PN15的藍(lán)牙干擾信號。有用信 號和干擾信號的功率電平參見表2。測試儀進(jìn)行誤碼 率統(tǒng)計，要求BER0.1%,則測試儀記錄此時干擾信號的頻 點(diǎn),要求頻點(diǎn)的個數(shù)小于24。其他條件不變，僅把干擾信號 的電平降為-50dBm，測試儀記錄BER0.1%時的干擾信號的頻 點(diǎn)，要求其個數(shù)小于