蓝牙及其射频技术

蓝牙及其射频技术

1 概述

蓝牙作为一种新的短距离无线通讯技术标准，具有广泛的应用前景，正受到全球各界的广泛关注。蓝牙技术有以下特点：支持用户在许多设备之间进行无线数据交换及文件同步，使移动电话、便携式计算机以及各种便携式通信设备之间在近距离内资源共享；支持非可视范围内的通讯与链接，且能在移动中进行无线连接和通讯；支持无线设备到有线网络之间的无线链接，只要连接到局域网的蓝牙接入点，就可以实现有线局域网的无线数据连接；支持电路交换与分组交换，支持语音、数据和视频信号传输。它的应用几乎可以渗透到所有通信及信息领域，具有极其广泛的应用前景。

2 蓝牙技术概况

2.1 蓝牙的起源

蓝牙的名字来源于10世纪丹麦国王Harald Blatand，因为他十分喜欢吃蓝梅，所以牙齿每天都带着蓝色。蓝牙将当时的瑞典、芬兰与丹麦都统一了起来。

1999年12月1日，蓝牙特殊利益集团——Bluetooth SIG发布了蓝牙技术最新标准1.0B版。发展至今，加盟的公司已超过2000多家。一项公开的全球统一的技术规范能得到工业界如此广泛的关注和支持是前所未有的。当然，这主要得益于蓝牙技术本身所具有的广阔应用前景和诱人的商机。

2.2 蓝牙技术的特点

蓝牙技术使用高速跳频和时分多址等先进技术，在近距离内最廉价地将几台数字化设备呈网状链接起来。

蓝牙是一个开放性的、短距离无线通信技术标准。它可以用来在较短距离内取代目前多种线缆连接方案，穿透墙壁等障碍，通过统一的短距离无线链路，在各种数字设备之间实现灵活、安全、低成本、小功耗的话音和数据通信。

蓝牙作为一种新兴的短距离无线通信技术已经在各个领域得到广泛应用，它提供低成本、低功耗、近距离的无线通信，构成固定与移动设备通信环境中的个人网络，使得近距离内各种信息设备能够实现无缝资源共享。

2.2 蓝牙系统的参数指标及组成

2.2.1 蓝牙系统结构基本系统参数及指标

工作频段：ISM频段2.402GHz—2.480GHz

双工方式：TDD

业务类别：同时支持电路交换及分组交换业务

数据标称速率：1Mbit/s

异步信道速率：非对称连接723.2kbit/s 57.6kbit/s

对称连接：433.9kbit/s (全双工模式)

同步信道速率：64kbit/s (3个全双工信道)

信道间隔：1MHz

信道数：79

发射功率及覆盖：0dBm(1mW)，1—10m覆盖，20dBm(100mW)，扩展至100m 覆盖

跳频频点数：79个频点/MHz(2402+k)MHz，（k=0，1，2……78)；

跳频速率：1600次/s

数据连接方式：面向连接业务SCO(话音，电路交换、预留时隙)、无连接业务ACL(分组数据、分组交换、轮询)

纠错方式：1/3FEC(3bit重复码)，2/3FEC(截短Hamming码)，CRC—16，ARQ 密钥：以8bits为单位增减，最长128bits

话音编码方式：CVSD或对数PCM

网络拓扑结构：Ad hoc(无中心自组织)结构。

2.3 蓝牙系统的组成

蓝牙系统由无线单元、链路控制单元、链路管理和软件结构和协议体系组成。

2.3.1 无线单元蓝牙天线属于微带天线，空中接口是建立在天线电平为0dBm 基础上的，遵从美国联邦通信委员会有关0dBm电平的ISM频段的标准。

2.3.2 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。

2.3.3 链路管理器链路管理器(LM)软件模块设计了链路的数据设置、鉴权、链路硬件配置和其它一些协议。

2.3.4 软件结构和协议体系蓝牙设备应具有互操作性，即任何蓝牙设备之间都应能够实现互通互连，这包括硬件和软件。

设计协议和协议栈的主要原则是尽可能地利用现有各种高层协议，保证现有协议与蓝牙技术的融合以及各种应用之间的互通性；充分利用兼容蓝牙技术规范的软硬件系统和蓝牙技术规范的开放性，便于开发新的应用。具体的协议按SIG 的需要分为4层：核心协、RFCOMM电缆替代协议、TCS电话控制协议以及与Internet相关的高层协议

3 蓝牙射频技术

蓝牙无线技术采用的是一种扩展窄带信号频谱的数字编码技术，通过编码运算增加了发送比特的数量，扩大了使用的带宽。蓝牙使用跳频方式来扩展频谱。跳顿扩频是发射机以一个特定的与伪随机码序列一致的跳变速牢使信号从一个频率跳到另一个，只有匹配的接收机知道发射机的跳频方式，可以正确地解扩接收的数据。跳频扩频使得带宽上信号的功率谱密度降低，从而大大提高了系统抗电磁干扰、串话干扰的能力，使得蓝牙的无线数据传输更加可靠。

3．1蓝牙的频带和信道分配

蓝牙系统一般工作在2．4 GHz的ISM 频段。起始频率为2．402 GHz，终止频率为2．480 GHz，还在低端设置了2 MHz的保护频段，高端设置了3．5 MHz的保护频段。信道分配为厂一(2 402+k)MHz，其中k一0，⋯，78，共79个信道，79个跳频频点。最大的跳频速率为1 660跳／秒。信道间隔为1 MHz。共享一个公共信道的所有蓝牙单元形成一个微网，每个微网最多可以有8个蓝牙单元，在微网中，同一信道的各单元的时钟和跳频均保持同步。

3．2蓝牙射频收发技术特性

蓝牙采用时分双工传输方案，使用一个天线利用不同的时间间隔发送和接收信号，且在发送和接收信息中通过不断改变传输方向来共用一个信道，实现全双工传输。蓝牙采用高斯移频键控(GFSK)以二进制的格式来传输数据，用正频偏代表二进制1，负频偏代表二进制0。

蓝牙发射功率分可为3个级别：100 mw，2．5 mw和1 mw。一般采用的发送功率为1 mw，无线通信距离为10 m，数据传输速率达1 Mb／s。若采用新的蓝牙2．0标准，发送功率为100 mw，可使蓝牙的通信距离达100 m，数据传输速率也达到10 Mb／s。蓝牙接收机的实际灵敏度能达到一70 dBm。蓝牙利用接收机信号强度指示即RSSI(接收信号场强指示)功能进行功率控制，限定蓝牙设备的发射功率，