藍(lán)牙技術(shù)基礎(chǔ)

1、藍(lán)牙技術(shù)基礎(chǔ)藍(lán)牙的技術(shù)特點(diǎn)藍(lán)牙技術(shù)是一種無(wú)線數(shù)據(jù)與語(yǔ)音通信的開(kāi)放性標(biāo)準(zhǔn)，它以低成本的近距離無(wú) 線連接為基礎(chǔ)，為固定與移動(dòng)設(shè)備通信環(huán)境建立一個(gè)特別連接。如果把藍(lán)牙技術(shù) 引入到移動(dòng)電話和便攜型電腦中，就可以去掉移動(dòng)電話與便攜型電腦之間令人討 厭的連接電纜而通過(guò)無(wú)線使其建立通信。打印機(jī)、PDA、桌上型電腦、傳真機(jī)、 鍵盤(pán)、游戲操縱桿及所有其它的數(shù)字設(shè)備都可以成為“藍(lán)牙”技術(shù)系統(tǒng)的一部分。 除此之外，藍(lán)牙無(wú)線技術(shù)還為已存在的數(shù)字網(wǎng)絡(luò)和外設(shè)提供通用接口以組建一個(gè) 遠(yuǎn)離固定網(wǎng)絡(luò)的個(gè)人特別連接設(shè)備群。藍(lán)牙技術(shù)在全球通用的2.4GHz ISM (工業(yè)、科學(xué)、醫(yī)學(xué))頻段，藍(lán)牙的數(shù) 據(jù)速率為1 Mb/s。從理論上

2、來(lái)講，以2.45GHz ISM波段運(yùn)行的技術(shù)能夠使相距 30m以內(nèi)的設(shè)備互相連接，傳輸速率可達(dá)到2Mbps，但實(shí)際上很難達(dá)到。應(yīng)用了 藍(lán)牙技術(shù)link and play的概念，有點(diǎn)類似“即插即用”的概念，任意藍(lán)牙技術(shù)設(shè) 備一旦搜尋到另一個(gè)藍(lán)牙技術(shù)設(shè)備，馬上就可以建立聯(lián)系，而無(wú)須用戶進(jìn)行任何 設(shè)置，可以解釋成“即連即用”。這在無(wú)線電環(huán)境非常嘈雜的環(huán)境下，它的優(yōu)勢(shì) 就更加明顯了。藍(lán)牙技術(shù)的另一大優(yōu)勢(shì)是它應(yīng)用了全球統(tǒng)一的頻率設(shè)定，這就消除了“國(guó)界” 的障礙，而在蜂窩式移動(dòng)電話領(lǐng)域，這個(gè)障礙已經(jīng)困擾用戶多年。另外，ISM頻段是對(duì)所有無(wú)線電系統(tǒng)都開(kāi)放的頻段，因此使用其中的某個(gè)頻 段都會(huì)遇到不可預(yù)測(cè)的干擾

3、源。例如某些家電、無(wú)繩電話、汽車房開(kāi)門(mén)器、微波 爐等，都可能是干擾。為此，藍(lán)牙技術(shù)特別設(shè)計(jì)了快速確認(rèn)和跳頻方案以確保鏈 路穩(wěn)定。跳頻技術(shù)是把頻帶分成若十個(gè)跳頻信道(Hop Channel)，在一次連接中， 無(wú)線電收發(fā)器按一定的碼序列不斷地從一個(gè)信道跳到另一個(gè)信道，只有收發(fā)雙方 是按這個(gè)規(guī)律進(jìn)行通信的，而其它的干擾不可能按同樣的規(guī)律進(jìn)行干擾；跳頻的 瞬時(shí)帶寬是很窄的，但通過(guò)擴(kuò)展頻譜技術(shù)使這個(gè)窄帶或成倍地?cái)U(kuò)展成寬頻帶，使 干擾可能的影響變成很小。與其它工作在相同頻段的系統(tǒng)相比，藍(lán)牙跳頻更快， 數(shù)據(jù)包更短，這使藍(lán)牙技術(shù)比其它系統(tǒng)都更穩(wěn)定。藍(lán)牙的結(jié)構(gòu)體系藍(lán)牙協(xié)議棧的體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。它是由底層硬件模

4、塊，中間層和高端應(yīng)用層 三大部分組成。虛擬名片虛擬日歷(內(nèi)容格式)對(duì)象交換協(xié)議(OBEX)傳輸控制 協(xié)議 (TCP)用戶數(shù)據(jù)報(bào) 協(xié)議i (DDP)因待網(wǎng)協(xié)議(IP)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)協(xié)議 (PPP|無(wú)線應(yīng)用環(huán)境(WAE) 虛擬名片虛擬日歷(內(nèi)容格式)對(duì)象交換協(xié)議(OBEX)傳輸控制 協(xié)議 (TCP)用戶數(shù)據(jù)報(bào) 協(xié)議i (DDP)因待網(wǎng)協(xié)議(IP)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)協(xié)議 (PPP|無(wú)線應(yīng)用環(huán)境(WAE) 無(wú)線應(yīng)用協(xié)議(WAP)高端應(yīng)用層軟件實(shí)現(xiàn)T音瀕/電話命令(A/T命令)串口仿真協(xié)議二進(jìn)制電話控制協(xié)議(RFCOMM)(TCS-BIN)服務(wù)發(fā)現(xiàn)協(xié)議(SDP)邏輯鏈路控制和適配協(xié)議(L2CAP)藍(lán)牙主機(jī)控制器接口(HCJ

5、)鏈路管理協(xié)議(LMP)基帶(BB)藍(lán)牙天線收發(fā)器(旺)底層硬件模塊硬件實(shí)現(xiàn)圖1藍(lán)牙協(xié)議棧體系結(jié)構(gòu)藍(lán)牙的底層模塊底層模塊是藍(lán)牙技術(shù)的核心模塊，所有嵌入藍(lán)牙技術(shù)的設(shè)備都必須包括底層模 塊。它主要由鏈路管理層LMP(Link Manager Protocol)基帶層BB(Base Band) 和射頻RF(Radio Frequency)組成。其功能是：無(wú)線連接層(RF)通過(guò)2.4GHz 無(wú)需申請(qǐng)的ISM頻段，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)流的過(guò)濾和傳輸；它主要定義了工作在此頻段的 藍(lán)牙接收機(jī)應(yīng)滿足的需求；其帶層(BB)提供了兩種不同的物理鏈路(同步面向 連接鏈路SCO Synchronous Connection Or

6、iented和異步無(wú)連接鏈路ACL Asynchronous Connection Less)，負(fù)責(zé)跳頻和藍(lán)牙數(shù)據(jù)及信息幀的傳輸，且對(duì) 所有類型的數(shù)據(jù)包提供了不同層次的前向糾錯(cuò)碼FEC ( Forward Error Correction)或循環(huán)沉余度差錯(cuò)校驗(yàn) CRC (Cyclic Redundancy Check)； LMP 層 負(fù)責(zé)兩個(gè)或多個(gè)設(shè)備鏈路的建立和拆除及鏈路的安全和控制，如鑒權(quán)和加密、控 制和協(xié)商基帶包的大小等，它為上層軟件模塊提供了不同的訪問(wèn)入口；藍(lán)牙主機(jī) 控制器接口 HCI (Host Controller Interface)由基帶控制器、連接管理器、 控制和事件寄存器等

7、組成。它是藍(lán)牙協(xié)議中軟硬件之間的接口，提供了一個(gè)調(diào)用 下層BB、LM、狀態(tài)和控制寄存器等硬件的統(tǒng)一命令，上、下兩個(gè)模塊接口之間 的消息和數(shù)據(jù)的傳遞必須通過(guò)HCI的解釋才能進(jìn)行。HCI層以上的協(xié)議軟件實(shí)體 運(yùn)行在主機(jī)上，而HCI以下的功能由藍(lán)牙設(shè)備來(lái)完成，二者之間通過(guò)傳輸層進(jìn)行 交互。中間協(xié)議層中間協(xié)議層由邏輯 鏈路控制與適 配協(xié)議L2CAP ( Logical Link Control and Adaptation Protocol) 服務(wù)發(fā)現(xiàn)協(xié)議 SDP (Service Discovery Protocol) 串口仿真協(xié)議或稱線纜替換協(xié)議(RFCOM)和二進(jìn)制電話控制協(xié)議TCS (Tele

8、phony Control protocol Specification)組成。L2CAP是藍(lán)牙協(xié)議棧的核心組成部分， 也是其它協(xié)議實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)。它位于基帶之上，向上層提供面向連接和無(wú)連接的數(shù) 據(jù)服務(wù)。它主要完成數(shù)據(jù)的拆裝、服務(wù)質(zhì)量控制、協(xié)議的復(fù)用、分組的分割和重 組(Segmentation And Reassembly)及組提取等功能。L2CAP允許高達(dá)64KB的 數(shù)據(jù)分組。SDP是一個(gè)基于客戶/服務(wù)器結(jié)構(gòu)的協(xié)議。它工作在L2CAP層之上， 為上層應(yīng)用程序提供一種機(jī)制來(lái)發(fā)現(xiàn)可用的服務(wù)及其屬性，而服務(wù)屬性包括服務(wù) 的類型及該服務(wù)所需的機(jī)制或協(xié)議信息。RFCOMM是一個(gè)仿真有線鏈路的無(wú)線數(shù) 據(jù)仿

9、真協(xié)議，符合ETSI標(biāo)準(zhǔn)的TS 07.10串口仿真協(xié)議。它在藍(lán)牙基帶上仿真 RS-232的控制和數(shù)據(jù)信號(hào)，為原先使用串行連接的上層業(yè)務(wù)提供傳送能力。TCS 是一個(gè)基于ITU-T Q.931建議的采用面向比特的協(xié)議，它定義了用于藍(lán)牙設(shè)備之 間建立語(yǔ)音和數(shù)據(jù)呼叫的控制信令(Call Control Signalling)，并負(fù)責(zé)處理藍(lán) 升設(shè)備組的移動(dòng)管理過(guò)程。高端應(yīng)用層高端應(yīng)用層位于藍(lán)牙協(xié)議棧的最上部分。一個(gè)完整的藍(lán)牙協(xié)議棧按其功能又可劃 分為四層：核心協(xié)議層(BB、LMP、LCAP、SDP)、線纜替換協(xié)議層(RFCOMM)、電 話控制協(xié)議層(TCS-BIN)、選用協(xié)議層(PPP、TCP、TP、U

10、DP、OBEX、IrMC、WAP、 WAE)。而高端應(yīng)用層是由選用協(xié)議層組成。選用協(xié)議層中的PPP(Point-to-Point Protocol)是點(diǎn)到點(diǎn)協(xié)議，由封裝、鏈路控制協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議組成，定義了 串行點(diǎn)到點(diǎn)鏈路應(yīng)當(dāng)如何傳輸因特網(wǎng)協(xié)議數(shù)據(jù)，它要用于LAN接入、撥號(hào)網(wǎng)絡(luò)及 傳真等應(yīng)用規(guī)范；TCP/IP (傳輸控制協(xié)議/網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議)、UDP (User Datagram Protocol用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議)是三種已有的協(xié)議，它定義了因特網(wǎng)與網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的 通信及其他類型計(jì)算機(jī)設(shè)備和外圍設(shè)備之間的通信。藍(lán)牙采用或共享這些已有的 協(xié)議去實(shí)現(xiàn)與連接因特網(wǎng)的設(shè)備通信，這樣，既可提高效率，又可在一定程度

11、上 保證藍(lán)牙技術(shù)和其它通信技術(shù)的互操作性；OBEX (Object Exchange Protocol) 是對(duì)象交換協(xié)議，它支持設(shè)備間的數(shù)據(jù)交換，采用客戶/服務(wù)器模式提供與HTTP (超文本傳輸協(xié)議)相同的基本功能。該協(xié)議作為一個(gè)開(kāi)放性標(biāo)準(zhǔn)還定義了可用 于交換的電子商務(wù)卡、個(gè)人日程表、消息和便條等格式；WAP ( Wireless Application Protocol )是無(wú)線應(yīng)用協(xié)議，它的目的是要在數(shù)字蜂窩電話和其它 小型無(wú)線設(shè)備上實(shí)現(xiàn)因特網(wǎng)業(yè)務(wù)。它支持移動(dòng)電話瀏覽網(wǎng)頁(yè)、收取電子郵件和其 它基于因特網(wǎng)的協(xié)議。WAE(Wireless Application Environment)是無(wú)線

12、應(yīng)用環(huán) 境，它提供用于WAP電話和個(gè)人數(shù)字助理PDA所需的各種應(yīng)用軟件。藍(lán)牙設(shè)備的RF測(cè)試藍(lán)牙設(shè)備工作于ISM頻段，通過(guò)高斯頻移鍵控(GFSK)數(shù)字頻率調(diào)制技術(shù)實(shí)現(xiàn)彼此間的通信， 設(shè)備間采用時(shí)分復(fù)用(TDD)方式，并使用一種極快的跳頻方案以便在擁擠波段中提高鏈路可 靠性。對(duì)藍(lán)牙設(shè)備來(lái)說(shuō)，RF部分是主要測(cè)試內(nèi)容之一。藍(lán)牙射頻設(shè)計(jì)采用了多種系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)，既有傳統(tǒng)模擬調(diào)制基于中頻的系統(tǒng)，也 有基于數(shù)字出調(diào)制器/解調(diào)器配置的系統(tǒng)，但無(wú)論采用哪種設(shè)計(jì)配置，在產(chǎn)品開(kāi) 發(fā)過(guò)程中都必須解決下面的問(wèn)題：全球各地法規(guī)要求藍(lán)牙認(rèn)證簡(jiǎn)單高效制造測(cè)試與其它廠商產(chǎn)品的良好兼容性 藍(lán)牙射頻技術(shù)藍(lán)牙設(shè)備工作于ISM頻段，通常

13、是在2.402GHz至2.48GHz之間的79個(gè)信道上運(yùn) 行。它使用稱為0.5BT高斯頻移鍵控(GFSK)的數(shù)字頻率調(diào)制技術(shù)實(shí)現(xiàn)彼此間的通 信。也就是說(shuō)把載波上移157kHz代表“ 1”，下移157kHz代表“0”，速率為 100萬(wàn)符號(hào)(或比特)/秒，然后用“0.5”將數(shù)據(jù)濾波器的-3dB帶寬設(shè)定在 500kHz，這樣可以限制射頻占用的頻譜。兩個(gè)設(shè)備間通過(guò)時(shí)分復(fù)用(TDD)方式通信，發(fā)送器和接收器在相隔時(shí)段中交替?zhèn)?送，即一個(gè)挨著另一個(gè)傳送，此外還采用了一種極快的跳頻方案(1,600跳/秒)， 以便在擁擠波段中提高鏈路可靠性。美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)預(yù)計(jì)波段利用率將不斷 增加，因此可靠性是最基本的要

14、求。在圖1所示的藍(lán)牙結(jié)構(gòu)中，接收器僅采用一次下轉(zhuǎn)換，這類設(shè)計(jì)使用一個(gè)簡(jiǎn)單的 本地振蕩器，輸出經(jīng)過(guò)倍頻，并在接收器和發(fā)送器間切換FSK允許直接VCO調(diào) 制，基帶數(shù)據(jù)通過(guò)一個(gè)固定時(shí)間延遲且無(wú)過(guò)沖高斯濾波器，而脈沖整形僅用于發(fā) 送器中，鎖相環(huán)(PLL)可用采樣-保持電路或相位調(diào)制器解除基帶內(nèi)的相位調(diào)制。 通常中頻相當(dāng)高，以限制濾波器元件的物理尺寸，使中頻遠(yuǎn)離LO頻率，確保足 夠的鏡像抑制。如果電平過(guò)高造成接收器輸入過(guò)載，則應(yīng)使用天線開(kāi)關(guān)。測(cè)試項(xiàng)目下面介紹一些適用于藍(lán)牙設(shè)備RF部分的測(cè)試。功率輸出放大器是一個(gè)選件，有這種選件無(wú)疑可提升I類(+20dBm)輸出放大 器的輸出功率。雖然對(duì)電平精度指標(biāo)不作要

15、求，但應(yīng)避免過(guò)大的功率輸出，以免 造成不必要的電池耗電。無(wú)論設(shè)計(jì)提供的功率是+20dBm還是更低，接收器都需要有接收信號(hào)強(qiáng)度指示， RSSI信息允許不同功率設(shè)備間互相聯(lián)系，這類設(shè)計(jì)中的功率斜率可由控制放大 器的偏置電流實(shí)現(xiàn)。與其它TDMA系統(tǒng)如DECT或GSM不同，藍(lán)牙頻譜測(cè)試并不限于單獨(dú)的功率控制和 調(diào)制誤差測(cè)試，它的測(cè)量間隔時(shí)間必須足夠長(zhǎng)，以采集到斜率和調(diào)制造成的影響。在實(shí)際中這不會(huì)影響認(rèn)證，時(shí)間選通測(cè)量由于能迅速確定缺陷，具有很高的價(jià)值。 有些設(shè)計(jì)在調(diào)制開(kāi)始前使用未經(jīng)指定的周期，這通常用于接收器的準(zhǔn)備。頻率誤差一藍(lán)牙規(guī)范中所有頻率測(cè)量選取較短的4微秒或10微秒選通周期， 這樣會(huì)造成測(cè)量結(jié)

16、果的不定性，可從不同的角度進(jìn)行理解。首先，窄的時(shí)間開(kāi)口 意味著測(cè)量帶寬截止頻率較高，會(huì)把各類噪聲引入測(cè)量；其次應(yīng)考慮誤差機(jī)制， 如在短間隔測(cè)量中，來(lái)自測(cè)量設(shè)備的量化噪聲或振蕩器邊帶噪聲將占較大百分 比，而較長(zhǎng)測(cè)量間隔中這些噪聲影響會(huì)被平均掉。因此設(shè)計(jì)范圍要考慮這一因素， 它應(yīng)超過(guò)參考晶振產(chǎn)生的靜態(tài)誤差。頻率漂移一漂移測(cè)量將短的10位相鄰數(shù)據(jù)組和跨越脈沖的較長(zhǎng)漂移結(jié)果結(jié)合 在一起。如果在發(fā)送器設(shè)計(jì)中用了采樣-保持設(shè)計(jì)，就可能出現(xiàn)這一誤差。對(duì)其 它類型設(shè)計(jì)，在波形圖上可觀察到像紋波一樣的有害4kHz至100kHz調(diào)制成分或 噪聲，表明了它可作為另一個(gè)方法確保很好地將電源去耦合。調(diào)制一在發(fā)送路徑中，

17、圖1中的VCO被直接調(diào)制，為避免PLL剝離帶寬內(nèi)調(diào)制 成分，可讓傳輸器件開(kāi)路或使用相位誤差校正（兩點(diǎn)調(diào)制）。采樣-保持技術(shù)應(yīng)該 是有效的，但需注意避免頻率漂移。除非使用數(shù)字技術(shù)調(diào)整合成器的分頻比，否 則應(yīng)校準(zhǔn)相位調(diào)制器，以免出現(xiàn)不同數(shù)據(jù)碼型調(diào)制的響應(yīng)平坦度低的問(wèn)題。藍(lán)牙RF規(guī)范要檢查11110000和10101010兩種不同碼型的峰值頻率偏移，GMSK 調(diào)制濾波器的輸出在2.5bit后達(dá)到最大值，第一個(gè)碼可檢查這一點(diǎn)，GMSK濾波 器的截止點(diǎn)和形狀則由第 二個(gè)碼檢查。在 理想情況下，1010碼峰值偏移為 11110000的88%，某些設(shè)計(jì)的發(fā)送未施加0.5BT高斯濾波而會(huì)顯示更高比值。最 高基

18、本調(diào)制頻率為500kHz，此時(shí)的比特率為100萬(wàn)符號(hào)/秒。帶內(nèi)頻譜20dB測(cè)試可確認(rèn)調(diào)制和脈沖信號(hào)的確在1MHz寬的波段中，圖2 的方框可以看作是極限范圍，通過(guò)設(shè)置10kHz分辨率帶寬可實(shí)現(xiàn)這一要求，因幅 值具有脈沖特性而使用峰值保持法進(jìn)行測(cè)量。通過(guò)頻率寬度測(cè)試而不僅只是固定 模板測(cè)試，該方法能使波形偏離精確的中心頻率，效果與信號(hào)模板內(nèi)對(duì)中非常類 似，圖中隆起部分由數(shù)據(jù)包報(bào)頭的非數(shù)據(jù)白化零造成。鄰近信道測(cè)量作為系列點(diǎn)頻測(cè)量中的一項(xiàng)是規(guī)定要做的，非選通掃描是快速容易 的檢查方法。選通有時(shí)仍被使用，盡管它是一種組合測(cè)量，這與GSM、DECT和 PDC之類其它TDMA系統(tǒng)測(cè)量有所不同。帶外頻譜一倍頻

19、是通常用來(lái)防止RF通過(guò)耦合返回VCO從而拉動(dòng)中心頻率的一 項(xiàng)技術(shù)，需要在RF輸出路徑中消除次級(jí)諧波，特別當(dāng)它們可能危及相關(guān)站點(diǎn)時(shí)， 如L2頻率為1,222.7MHz的GPS接收器或蜂窩無(wú)線設(shè)備功能。圖3顯示了設(shè)備的一個(gè)信號(hào)，它不存在次級(jí)諧波，但會(huì)產(chǎn)生超過(guò)9GHz的諧波， 這正是標(biāo)準(zhǔn)頻譜分析儀能進(jìn)行的測(cè)量。對(duì)于研究工作來(lái)說(shuō)，雖然可使用更快的掃 描時(shí)間，但仍要好幾秒。如果選擇長(zhǎng)掃描時(shí)間，則需要用具有深數(shù)據(jù)捕獲緩沖器 的新型頻譜分析儀，這類儀器能對(duì)特定感興趣的點(diǎn)作掃描后的放大。有些設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)而在發(fā)送和接收路徑都有IQ混頻，這種方法可提高電路集成度，將 信號(hào)處理轉(zhuǎn)成數(shù)字信號(hào)處理，而去除模擬電路。圖4顯示了

20、一些混合電路方法， 某些設(shè)計(jì)可在前端增添鏡像抑制混合，目前硅片技術(shù)更高的集成度也使這種做法 更為經(jīng)濟(jì)。所有這些的IQ級(jí)校準(zhǔn)都需要仔細(xì)考慮，已發(fā)表很多關(guān)于雷達(dá)和蜂窩應(yīng)用的技術(shù) 文章介紹了所使用的序列和信號(hào)。RF輸出直接應(yīng)用IQ調(diào)制可能會(huì)對(duì)信號(hào)造成重 大影響，但調(diào)制器未對(duì)準(zhǔn)頻率誤差則不會(huì)造成影響，因?yàn)轭l率僅僅是相位改變率， 不過(guò)也許難以在頻譜上鑒別出誤差。IQ調(diào)制誤差意味著存在幅度調(diào)制，可用功率-時(shí)間顯示進(jìn)行檢測(cè)，或用矢量分析 儀做詳細(xì)調(diào)查。IQ調(diào)制器也可用來(lái)整形功率斜坡，這再次說(shuō)明了選通測(cè)量的價(jià) 值。在接收鏈所有測(cè)量進(jìn)行之前，還有些數(shù)字處理需要測(cè)量誤碼。另外可能出現(xiàn) 零中頻系統(tǒng)，可由查找接收器混

21、頻器輸出和ADC輸入之間的DC塊識(shí)別。像LO-RF 反饋這類非理想情況會(huì)產(chǎn)生隨輸入頻率改變的直流成分，需要認(rèn)真予以處理。另 外邊帶抑制也是一個(gè)問(wèn)題，這里有個(gè)速算公式，即0.1dB增益誤差或1度相位誤 差將使邊帶降低約40dB。分析IQ波形一矢量分析儀本身就能解調(diào)各種各樣信號(hào)，盡管直接應(yīng)用FSK也 許不能涵蓋更復(fù)雜的情況，但在IQ設(shè)計(jì)過(guò)程中可能要考慮其它制式，如藍(lán)牙2、 蜂窩技術(shù)或LAN。為了解設(shè)備的性能，具備多角度分析能力十分重要，圖5顯示了以四種方法觀察 相同數(shù)據(jù)的結(jié)果。偏差觀察為正確碼型調(diào)制提供快速直觀確認(rèn)，眼圖和FSK誤差 可顯示調(diào)制質(zhì)量，而解調(diào)數(shù)據(jù)觀察則使用戶能檢查前同步碼、報(bào)頭、同步

22、字和有 效載荷數(shù)據(jù)的存在。設(shè)計(jì)模擬一更高級(jí)的集成關(guān)注于模擬工具，這些工具不僅能迅速評(píng)估不同電路 的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，更有先進(jìn)的工具把各種有效和受損信號(hào)注入接收器。最近有兩種非常有利于產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的進(jìn)展，第一是數(shù)字信號(hào)發(fā)生器和矢量信號(hào)分析 塊的集成，它提供了模擬和實(shí)際測(cè)試間的相互交換，軟件產(chǎn)品與物理儀器鏈接能在原型交付時(shí)立即比較結(jié)果。第二是可以使工具設(shè)置自動(dòng)化的設(shè)計(jì)指南，讓用戶 能更好地用設(shè)計(jì)軟件評(píng)估實(shí)際電路，而不必在基本配置信息中根據(jù)特定無(wú)線技術(shù) 編寫(xiě)程序。接收器測(cè)試一圖1中的鑒別器是一個(gè)混頻器/調(diào)諧電路，它是一個(gè)直通器件， 但也需要進(jìn)行校準(zhǔn)。在設(shè)計(jì)特性描述過(guò)程中，一定要注意某些結(jié)果的非正態(tài)(高 斯)分布

23、。由于調(diào)諧電路/混頻器的相位/頻率特性，這種電路的價(jià)值是很有限的。延遲線鑒別器是另種可能的選擇，但也需要經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)。別器是另種可能的選擇，但也需要經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)。前端放大器設(shè)計(jì)和測(cè)試關(guān)注的是干擾，而不是最好的噪聲系數(shù)，或1dB壓縮特性。 已公開(kāi)的很多技術(shù)能通過(guò)接收器鏈動(dòng)態(tài)改變?cè)鲆妫瑑?yōu)化對(duì)有害信號(hào)的抑制。也可 對(duì)信號(hào)發(fā)生器使用同步脈沖幅度調(diào)制，這種測(cè)試對(duì)AGC系統(tǒng)特別是當(dāng)系統(tǒng)由軟件 控制時(shí)的脈沖間響應(yīng)很有用。測(cè)試接收器跳頻一如前所述，所有藍(lán)牙設(shè)計(jì)中都會(huì)采用的元件是簡(jiǎn)單的本地振 蕩器，其邊帶效應(yīng)會(huì)在全部調(diào)諧范圍造成小于300微秒的時(shí)滯，當(dāng)設(shè)備工作于藍(lán) 牙測(cè)試模式時(shí)也必然產(chǎn)生這一效應(yīng)。在發(fā)送期間，必須在IS

24、M頻段的接收測(cè)試頻率或以其它任意點(diǎn)為中心的另一端選 擇一個(gè)頻率，VCO每次都使轉(zhuǎn)換跳回到接收器頻率。每一脈沖都可用于數(shù)據(jù)傳輸， 因此可使用連續(xù)序列，從而在使用跳頻源時(shí)無(wú)需進(jìn)行跳頻BER測(cè)試。雖然可以這 樣做，但在使用鏈路信號(hào)之前用戶必須安排好對(duì)信號(hào)發(fā)生器和被測(cè)設(shè)備的同時(shí)控 制。一旦比特轉(zhuǎn)換成數(shù)字格式就可進(jìn)行BER測(cè)試，表1列出了幾種可行的測(cè)試方 法。藍(lán)牙收發(fā)器IC測(cè)試Nelson Lee T K藍(lán)牙規(guī)范的第一個(gè)正式版本1.0版已于1999年7月發(fā)布，之后許多廠商都推出 了支持藍(lán)牙產(chǎn)品的高性價(jià)比集成電路芯片。隨著藍(lán)牙產(chǎn)品越來(lái)越普及，制造商需 要以較低的成本完成大量測(cè)試工作。本文針對(duì)藍(lán)牙射頻前端收

25、發(fā)器，著重介紹藍(lán) 牙技術(shù)規(guī)范中定義的各類測(cè)試參數(shù)。今天的電子工程師幾乎沒(méi)有人沒(méi)聽(tīng)說(shuō)過(guò)“藍(lán)牙”的概念，這個(gè)詞出自公元10世 紀(jì)丹麥國(guó)王Harald Blaatand，他為了聯(lián)系他的臣民曾在挪威和丹麥建立了一個(gè) 通信系統(tǒng)。開(kāi)發(fā)藍(lán)牙技術(shù)是為了使個(gè)人數(shù)字助理(PDA)、移動(dòng)電話外設(shè)及其它移 動(dòng)計(jì)算設(shè)備不必使用昂貴的專用線纜就可以進(jìn)行通信，正因?yàn)榇?，藍(lán)牙又被稱作 “個(gè)人區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(PAN)”。對(duì)藍(lán)牙產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，最基本的要求是低價(jià)格、高可靠性、 低能耗和有限工作范圍。最初藍(lán)牙定義為采用全球適用的2.4GHz ISM頻段進(jìn)行短距離通信(10至15米)， 不過(guò)最近芯片制造商的不斷提高使藍(lán)牙技術(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出當(dāng)初的設(shè)計(jì)水

26、平，一些OEM 制造商希望能在20到30米辦公室環(huán)境和100米開(kāi)放環(huán)境下使用藍(lán)牙技術(shù)，他們 期待將藍(lán)牙作為網(wǎng)絡(luò)連接技術(shù)，使筆記本電腦用戶通過(guò)無(wú)線接入點(diǎn)進(jìn)入到局域網(wǎng) 中。藍(lán)牙技術(shù)由4個(gè)主要部分組成，分別是應(yīng)用軟件、藍(lán)牙棧、硬件和天線，本文針 對(duì)硬件和射頻前端收發(fā)器，重點(diǎn)介紹藍(lán)牙技術(shù)規(guī)范中定義的各類測(cè)試參數(shù)。藍(lán)牙收發(fā)器對(duì)集成RF收發(fā)器的測(cè)試要求可以典型的RF藍(lán)牙原理框圖(圖1)來(lái)說(shuō)明。藍(lán)牙發(fā)射器 藍(lán)牙無(wú)線信號(hào)采用高斯頻移鍵控(GFSK)方式調(diào)制，發(fā)射數(shù)據(jù)(Tx) 通過(guò)高斯濾波器濾波后，用濾波器的輸出對(duì)VCO頻率進(jìn)行調(diào)制。根據(jù)串行輸入數(shù) 據(jù)流邏輯電平，VCO頻率會(huì)從其中心頻率向正負(fù)兩端偏離，偏移量決

27、定了發(fā)射器 的調(diào)制指數(shù)，調(diào)制的信號(hào)經(jīng)放大后由天線發(fā)射出去。藍(lán)牙無(wú)線信號(hào)在半雙工模式下工作，用一個(gè)RF多路復(fù)用開(kāi)關(guān)(位于天線前)將天 線連接到發(fā)射或接收模式。藍(lán)牙接收器與設(shè)備接收部分相似，從另一個(gè)藍(lán)牙設(shè)備發(fā)射來(lái)的GFSK信號(hào)也是 由天線接收的。在這期間，開(kāi)關(guān)與低噪聲放大器(LNA)相連，對(duì)接收到的信號(hào)(Rx) 進(jìn)行放大。下一級(jí)混頻器將接收信號(hào)下變換到IF頻率(一般為幾MHz)，進(jìn)行該 步驟時(shí)用于發(fā)射的PLL/VCO部分作為接收器下變頻本機(jī)振蕩器使用，將IF信號(hào) 解調(diào)并恢復(fù)出數(shù)據(jù)。擴(kuò)展頻譜藍(lán)牙無(wú)線通信的一個(gè)獨(dú)特之處就是它使用了擴(kuò)頻技術(shù)，該技術(shù)原來(lái)是為軍事應(yīng)用 開(kāi)發(fā)的，因?yàn)檐娛聭?yīng)用中無(wú)線數(shù)據(jù)傳送必須

28、安全可靠。傳統(tǒng)意義上的窄帶應(yīng)用要 消耗更多功率，在一個(gè)頻率上停留的時(shí)間很長(zhǎng)，因此頻譜很容易被檢測(cè)到；而將 發(fā)射器功率分配(擴(kuò)展)到更大的帶寬上之后，此時(shí)信號(hào)看起來(lái)更像隨機(jī)噪聲，這 相當(dāng)于犧牲帶寬效率來(lái)?yè)Q取可靠性和安全性。由于功率密度較低，這些系統(tǒng)對(duì)其 它信號(hào)接收器干擾小，而且即便存在信號(hào)丟失頻段，數(shù)據(jù)也可以在其它頻率恢復(fù)， 從而增強(qiáng)了對(duì)干擾和噪聲的抵抗能力。兩種最主要的擴(kuò)頻形式是跳頻(FHSS)和直 接序列(DSSS)，用原始數(shù)據(jù)對(duì)載波進(jìn)行調(diào)制并使用與每個(gè)鏈路端點(diǎn)跳頻代碼一致 的頻率范圍發(fā)射時(shí)(圖2)使用FHSS系統(tǒng)。采用這種方式后，由于某個(gè)頻率干擾 而丟失的數(shù)據(jù)可以通過(guò)另一個(gè)頻率發(fā)射，F(xiàn)HS

29、S中的擴(kuò)展代碼生成器直接用GFSK 調(diào)制技術(shù)對(duì)載波頻率進(jìn)行調(diào)制。GFSK調(diào)制GFSK是一項(xiàng)調(diào)制技術(shù)，它在一個(gè)比特持續(xù)時(shí)間內(nèi)由數(shù)據(jù)線性修改載波周期部分 載波頻率，頻率變換速率是數(shù)據(jù)率的函數(shù)，頻率變換大小是數(shù)據(jù)幅值的函數(shù)，它 們之間的相互關(guān)系以調(diào)制指數(shù)P來(lái)表示。FSK信號(hào)調(diào)制指數(shù)P由下面公式計(jì)算：p =2A f/fi此處fi是以赫茲表示的數(shù)據(jù)頻率(對(duì)藍(lán)牙來(lái)說(shuō)典型值為1MHz)， f是載波的頻 偏。如果選擇140kHz作為藍(lán)牙載波頻偏，那么：p =2A f/fi=280kHz/1MHz=0.28 且FFSK二Acos(2n fc(t)+0.28n Jm(t)dt)這里A是數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的振幅，m(t)是持

30、續(xù)一個(gè)比特時(shí)間且直流電平為1的數(shù)字?jǐn)?shù) 據(jù)?？梢杂渺`敏度為140kHz/V的壓控振蕩器作為FSK調(diào)制器，其P =0.28，通常要 讓輸入數(shù)據(jù)流經(jīng)過(guò)限制器以確保電路頻差為140kHz。載波頻偏(發(fā)射模式)取決于輸入數(shù)據(jù)流的振幅，反過(guò)來(lái)也一樣成立，解調(diào)后載波 的數(shù)據(jù)振幅是載波偏差(接收模式)的函數(shù)，這一點(diǎn)對(duì)系統(tǒng)誤碼率(BER)是很重要 的。BER是每個(gè)發(fā)射比特相對(duì)于每比特所包含噪聲功率的函數(shù)，它們之間關(guān)系用 Eb/No表示，即每個(gè)比特的功率噪聲比。可通過(guò)減少接收器噪聲或提高發(fā)射功率 來(lái)改善Eb/No,也可提高每個(gè)發(fā)射比特的功率改善Eb/No。提高載波頻偏能增加 每個(gè)發(fā)射比特的功率，從而提高Eb/No

31、并降低比特出錯(cuò)率；但其負(fù)面影響是提高 頻偏會(huì)導(dǎo)致增加頻寬，降低系統(tǒng)的信道數(shù)量。有效的通信要求有一個(gè)最小誤碼率，藍(lán)牙技術(shù)指標(biāo)規(guī)定為在72dBm時(shí)BER為 0.1%，即每1,000比特的數(shù)據(jù)流中有1個(gè)錯(cuò)誤。一致性規(guī)范要求測(cè)得的靈敏度(作 為BER)在三個(gè)頻率上超過(guò)160萬(wàn)比特，由于該項(xiàng)測(cè)試使用標(biāo)準(zhǔn)單隙(DH1)數(shù)據(jù)包 進(jìn)行，至少需要25秒，所以為節(jié)約時(shí)間，實(shí)際應(yīng)用中即使頻率數(shù)量減少，也只 測(cè)量較少比特?cái)?shù)。藍(lán)牙收發(fā)器測(cè)試規(guī)范藍(lán)牙標(biāo)準(zhǔn)對(duì)RF載波調(diào)制數(shù)據(jù)要求規(guī)定如下：調(diào)制方式：高斯頻移鍵控(GFSK) 高斯濾波器：0.5 輸出功率：0dBm 和+20dBm 數(shù)據(jù)速率：1Mb/s 信道帶寬：1MHz 頻偏

32、(Af) : 140kHz 175kHz(調(diào)制指數(shù) 0.280.35) 誤碼率(BER)靈敏度：0.1% -72dBm藍(lán)牙定義將1mW或0dBm作為標(biāo)稱系統(tǒng)，發(fā)射功率峰值不超過(guò)20dBm，這樣設(shè)計(jì) 是為了進(jìn)行短程操作且不會(huì)干擾其它無(wú)線系統(tǒng)，在1MHz帶寬(載波間隔為1MHz) 使用高斯過(guò)濾頻移鍵控(GFSK)調(diào)制。美國(guó)和歐洲(法國(guó)與西班牙除外)有79個(gè) 1MHz信道，法國(guó)、西班牙和日本在2.4GHz范圍僅有23個(gè)1MHz信道。圖3顯示了 7個(gè)連續(xù)時(shí)間間隔使用DH1、DH2和DH5包的包時(shí)序協(xié)議，由于發(fā)射 和接收包長(zhǎng)度都相同，所以DH1有一個(gè)對(duì)稱鏈接，收發(fā)器在偶數(shù)時(shí)間間隔發(fā)射數(shù) 據(jù)而在奇數(shù)時(shí)間間隔接收數(shù)據(jù)。DH3使用3個(gè)時(shí)間間隔，DH5用5個(gè)，DH3和DH