蓝牙技术在手机上的应用

蓝牙技术在手机上的应用

作者：李震

来源：《中国新技术新产品》2008年第20期

摘要：本文首先介绍了蓝牙技术形成的背景，然后从硬件方面详细的介绍了蓝牙的工作过程，用实例详解了蓝牙天线在手机中的匹配工作，最后对目前的手机蓝牙测试及认证做了介绍。

关键词：蓝牙(Bluetooth)；收发模块；BQTF

蓝牙(Bluetooth)技术是一种短距离无线电技术，利用"蓝牙"技术，能够有效地简化掌上电脑、笔记本电脑和移动电话手机等移动通信终端设备之间的通信，也能够成功地简化以上这些设备与因特网之间的通信，从而使这些现代通信设备与因特网之间的数据传输变得更加迅速高效，为无线通信拓宽道路。

1 “蓝牙”的形成背景

1998年5月，爱立信、诺基亚、东芝、IBM和英特尔公司等五家著名厂商，在联合开展短程无线通信技术的标准化活动时提出了蓝牙技术，其宗旨是提供一种短距离、低成本的无线传输应用技术。 1999年下半年，著名的业界巨头微软、摩托罗拉、三康、朗讯与蓝牙特别小组的五家公司共同发起成立了蓝牙技术推广组织，从而在全球范围内掀起了一股"蓝牙"热潮。全球业界即将开发一大批蓝牙技术的应用产品，使蓝牙技术呈现出极其广阔的市场前景，并预示着21世纪初将迎来波澜壮阔的全球无线通信浪潮。

2 蓝牙的工作过程

蓝牙技术是一个以专用微芯片做成的设备，基本上如同一个短距离步谈机。这个微芯片能使蓝牙设备在短距离范围内发送无线电信号，寻找另一个蓝牙设备。一旦找到，相互之间便开始进行通信、交换信息。

蓝牙技术的基础是低成本的短程无线电连接，它工作于2.4GHz的全球通用ISM频段，这使得蓝牙产品和应用可在全球范围内使用。蓝牙的出现可以说是数据与语音传输的一场革命，在数据传输方面，可能人们会想到红外线，但是红外线的性能上的局限性是比较大的，只有在较近距离，无障碍的情况下实现双方的数据对传，而蓝牙则是基于2.4GHz频率范围内的无线电波技术，其传输条件并不受障碍物的限制，如墙壁，书本，包等物品。

藍牙通信工作在2.402GHz与2.48GHz之间的ISM频段内。它采用跳频扩展技术（FHSS：Frequency-Hopping Spread Spectrum）以改善RF链路的质量和可靠性，跳频速率为每秒1600次。是一个TDD (时分复用)系统，其设备采用的是GFSK调制技术，蓝牙技术使用一种称作0.5BT GFSK (高斯频移键控)的数字频率调制方法。使用这种调制，载波频率上移175kHz表示一个"1"，下移175kHz表示一个"0"，典型的速率为每秒1M符号。0.5BT (带宽时间)定义为在半数据速率即500kHz时的3dB带宽。在GFSK调制中，信号包含在恒定幅度包络的载波中。这样，PA (功率放大器)就可以进入饱和状态从而以高效率提供发射功率。蓝牙的最高传输速率为1Mbps，实际数据有效速率为721Kbps，话音采用连续可变斜率调制CVSD （Continuous Variable Slope Delta Modulation）编码方式，CVSD方式抗干扰能力很强，即使在误码率达到4％时，仍然有可以接受的话音质量。通信协议则采用TDMA（时分多址），在2.4GHz的ISM频带上设立79个带宽为1MHz的信道，用每秒钟切换1600次的频率的跳频(Hobbing)扩展技术来实现信息的收发。蓝牙技术支持一个异步数据通道，或3个并发的同步话音通道，或一个同时传送异步数据和同步话音的通道。每一个话音通道支持64kbps的同步话音；异步通道支持最大速率721kbps、反向应答速率为57.6kbps的非对称连接，或者是

432.6kbps的对称连接。

3蓝牙的硬件部分

蓝牙硬件部分包括三个层次：无线层、基带层和链路管理层。无线层主要完成频率的合成、bit到符号的转换和过滤，以及符号的收发操作；基带层主要完成编码/解码、加密/解密、分组处理和跳频频率的生成和选择；链路管理层主要完成连接的建立和链路的管理。

3.1蓝牙收发模块

蓝牙无线信号是由天线接收进来，开关与低噪声放大器(LNA)相连，对接收到的信号(Rx)进行放大。下一级混频器将接收信号下变换到IF 频率，进行该步骤时用于发射的PLL/VCO 部分作为接收器下变频本机振荡器使用，将IF 信号解调并恢复出数据, 发送则是采用高斯频移键控(GFSK)方式调制，发射数据(Tx)通过高斯滤波器滤波后，用滤波器的输出对VCO 频率进行调制;根据串行输入数据流逻辑电平，VCO 频率会从其中心频率向正负两端偏离，偏移量决定了发射器的调制指数，调制的信号经放大后由天线发射出去;它可以有三种功率等级且可通过SOFT来调节,图1是收发模块示意图：

3.2基带控制器模块

基带控制器模块实现蓝牙基带部分的所有实时处理功能。它包括以下一些功能单元：对接收的流进行的符号提取和恢复；分组头/净荷的FEC处理和白化处理；分组头/净荷的CRC校验；分组头的解析处理；净荷头处理；加密解密处理；串行化和去串行化；数据录进RAM客户接口；内部语音处理器；时钟分发和功率管理；可编程的序列发生器；链路管理序列发生器；定时链管理；与其他芯片的接口。微处理器负责蓝牙bit流调制和解调后的所有bit级的处理，控制收发器和专用的语音编解码和解码器。内置存储器支持外扩展存储器。微处理器大多数选用ARM处理器，有时也使用8051。

基带和蓝牙主要通过SBI总线和基带进行通信,CLK（时钟）不能受到干扰而且幅度要满足要求,否则容易产生载频偏移或者工作不正常.数字电源和模拟电源分开,避免互相之间产生干扰。

3 蓝牙天线

蓝牙天线综合了发送与接收的链路,对使用距离的影响很大,现在的蓝牙可在三种功率级下的短距离无线传输：①功率级1(最高功率电平+20dBm，有效范围100m)；②功率级2(最高功率电平+4dBm，有效范围20m)；③功率级3(最高功率电平0dBm，有效范围10m) .功率级1 不能用在手机,以免干扰其它无线系统, 所以有线测试的情况下尽量不要超过功率级2, 在此基础上我们再选择天线。

4 蓝牙测试规范

蓝牙的主要测试标准简略如下:

* 模块随时间变化的频率和功率性能

* 随频道数目变化的功率性能