蓝牙技术基础培训教材课程

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1、CK 西可通信技术设备（河源）有限公司,蓝牙基础技术培训,编写:工程部 2006-06-09,第一章、蓝牙简介,概述,“蓝牙”是一种开放的技术规范，它可在世界上的任何地方实 现短距离的无线语音和数据通信。蓝牙技术的发展：1994年， 爱立信移动通信公司开始研究在移动电话及其附件之间实现 低功耗、低成本无线接口的可行性。随着项目的进展，爱立 信公司意识到短距无线通信（ShortDistance Wireless Communication）的应用前景无限广阔。,爱立信将这项新的无线通信技术命名为蓝牙（Bluetooth）。 Bluetooth取自10世纪丹麦国王HaraldBluetooth的名

2、字。 爱立信意识到要使这项技术最终获得成功，必须得到业界其 他公司的支持与应用。1998年5月，爱立信联合诺基亚 （Nokia）、英特尔（Intel）、IBM、东芝（Toshiba）这4 家公司一起成立了蓝牙特殊利益集团（SpecialInterest Group，SIG），负责蓝牙技术标准的制定、产品测试，并协 调各国蓝牙的具体使用。,（1）全球范围适用：蓝牙工作在2.4GHz的ISM频段，全球大多数国家ISM频段的范围是2.4-2.4835GHz，使用该频段无需向各国的无线电资源管理部门申请许可证。,（2）同时可传输语音和数据：蓝牙采用电路交换和分组交换技术，支持异步数据信道、三路语音信道

3、以及异步数据与同步语音同时传输的信道。每个语音信道数据速率为64kbit/s，语音信号编码采用脉冲编码调制（PCM）或连续可变斜率增量调制（CVSD）方法。当采用非对称信道传输数据时，速率最高为721kbit/s，反向为57.6kbit/s；当采用对称信道传输数据时，速率最高为342.6kbit/s。蓝牙有两种链路类型：异步无连接（ACL）链路和同步面向连接（SCO）链路。,（3）可以建立临时性的对等连接：根据蓝牙设备在网络中的角色，可分为主设备（Master）与从设备（Slave）。主设备是组网连接主动发起连接请求的蓝牙设备，几个蓝牙设备连接成一个皮网（Piconet）时，其中只有一个主设备

4、，其余的均为从设备。皮网是蓝牙最基本的一种网络形式，最简单的皮网是一个主设备和一个从设备组成的点对点的通信连接。,（4）具有很好的抗干扰能力：工作在ISM频段的无线电设 备有很多种，如家用微波炉、无线局域网（WLAN）Home RF 等产品，为了很好地抵抗来自这些设备的干扰，蓝牙采用了 跳频（FrequencyHopping）方式来扩展频谱 （SpreadSpectrum），将2.4022.48GHz频段分成79个频点， 相邻频点间隔1MHz。蓝牙设备在某个频点发送数据之后，再 跳到另一个频点发送，而频点的排列顺序则是伪随机的，每 秒钟频率改变1600次，每个频率持续625。,（5）蓝牙模块体

5、积很小、便于集成：由于个人移动设备的体 积较小，嵌入其内部的蓝牙模块体积就应该更小，如爱立信 公司的蓝牙模块ROK101008的外形尺寸仅为 32.8mm16.8mm2.95mm。,（6）低功耗：蓝牙设备在通信连接（Connection）状态下， 有四种工作模式： 激活（Active）模式 呼吸（Sniff）模式 保持（Hold）模式 休眠（Park）模式 Active模式是正常的工作状态，另外三种模式是为了节能所规定的低功耗模式。,（7）开放的接口标准：SIG为了推广蓝牙技术的使用，将蓝牙的技术标准全部公开，全世界范围内的任何单位和个人都可以进行蓝牙产品的开发，只要最终通过SIG的蓝牙产品兼

6、容性测试，就可以推向市场。 （8）成本低：随着市场需求的扩大，各个供应商纷纷推出自己的蓝牙芯片和模块，蓝牙产品价格飞速下降。,第二章、蓝牙的基础知识,1、2.4GHz ISM 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：1MHz,2、调制方式,GFSK（载波向上频移157kHz表示“1”，向下频移157kHz表 示“0”，速率是1Mbit/s） BT=0.5（0.5是将数据滤波器的-3dB带宽设定在500kHz， 可以限制射频占用的频谱） 调

7、制指数=0.28-0.35 采用跳频技术1600H/s，T=625s 采用时分复用多路访问技术(TDD) 语音信道采用连续可变斜率增量调制（CVSD）,数据速率： 1MBit/s gross 分组交换或电路交换模式 异步数据和同步语音 功率： Class 1:+20dBm (with PA) Class 2:+4dBm（-6-+4dBm） Class 3:0dBm,3、FH/TDD Channel,625 ms,t,t,master,slave,4、跳频,slave,master,time,5、包的格式,接入码,包头,内容,72b,54b,0-2745b,PREAMBLE,SYNC WORD,

8、TRAILER,4,64,4,34,24,6,LSB,MSB,BCH LAP BRK,接入码,包头,AM_ADDR,HEC,3,1,8,AM_ADDR,TYPE,FLOW,ARQN,slave active member address,payload type,LC flow control,ACK/NAK,parameter,information,FLOW,1,ARQN,1,SEQN,TYPE,4,SEQN,retransmit ordering,HEC,header error check,6、DH1/3/5 分组结构,7、微微网（皮网）,Master,Slave,Slave,Slav

9、e,Slave,Slave,Slave,Slave,一个微微网可由8个蓝牙设备组成。 在同一个微微网中，主设备为所有的设备提供时钟和跳频同步序列。 在同一个微微网中，所有的设备有同样的跳频序列。,8、分散网,Master,Slave,Slave,Slave,Slave,Slave,Master,两个或更多的微微网在重叠的区域可以建立特殊的呼叫。,9、微微网的应用（一拖七）,10、建立通信,Standby(缺省),Inquiry(查询)(unknown address),Page(寻呼) (known address),Connection,.Active power(活动) Sniff(呼吸)

10、 Hold(保持) Park(休眠),Standby 等待加入一个微微网。 Inquiry 邀请周围的无线连接。 Page 连接一个明确的无线链路。 Connected 加入一个皮网(主设备或者从设备),第三章、蓝牙的技术指标,一、发信机测试,目前的蓝牙无线测试规范的版本为0.91版本，它定义了蓝牙 无线测试指标及其测试方法。蓝牙无线测试配置包括一台测 试仪和被测设备（EUT,Equipment Under Test），其中测试 仪作为主单元，EUT作为从单元。两者之间可以通过射频电 缆相连也可以通过天线经空中传输相连。测试仪发送LMP指 令，激活EUT进入测试模式，并对测试仪与EUT之间的蓝

11、牙链 路的一些参数进行配置。如测试方式是环回还是发送方式， 是否需要进行跳频，分组是单时隙分组还是多时隙分组，分 组的净菏是PN9，还是00001111、01010101。测试模式是一 个特殊的状态，出于安全的考虑，EUT必须首先设为“Enalle” 状态，然后才能空中激活进入测试模式。,1、输出功率,测试仪对初始状态设置如下：链路为跳频，EUT置为环回 （Loop back）。测试仪发射净荷为PN9，分组类型为所支持 的最大长度的分组，EUT对测试仪发出的分组解码，并使用 相同的分组类型以其最大输出功率将净荷回送给测试仪。测 试仪在低、中、高三个频点，对整个突发范围内测量峰值功 率和平均功率

12、。规范要求峰值功率和平均功率各小于23dBm 和20dBm，并且满足以下要求：如果EUT的功率等级为1，平 均功率 0dBm；如果EUT的功率等级为2，-6dBm平均功率 4dBm；如果EUT的功率等级为3，平均功率0dBm。,2、功率密度,初始状态同（1），测试仪通过扫频，在2400MHz频 带范围内找到对应最大功率的频点，然后以此频点 进行时域扫描（扫描时间为1分钟），测出最大值， 要求小于20dBm/100kHz。,3、功率控制,初始状态为环回，非跳频。EUT分别工作在低、中、 高三个频点，回送调制信号为PN9的DH1分组。测试 仪通过LMP信令控制EUT输出功率，并测试功率控制 步长的

13、范围，规范要求在2dB和8dB之间。,4、频率范围,初始状态同（3），测试仪对EUT回送的净荷为PN9的 DH1分组扫频测量。当EUT工作在最低频点时，测试 仪找到功率密度下降为-80dBm/Hz时的频点fL；当 EUT工作在最高频点时，测试仪找到功率密度下降 为-80dBm/Hz时的频点fH。对于79信道的系统，要求 fL、fH位于2.42.4835GHz范围内。,5、20dB带宽,初始状态同（3），EUT分别工作在低、中、高三个 频点，回送调制信号为PN9的DH1分组。测试仪扫频 找到对应最大功率的频点，并且找到其左右两侧对 应功率下降20dB时的fL和fH，20dB带宽Df = | fH

14、 - fL |，要求Df小于1MHz。,6、相邻信道功率,初始状态同（3）, EUT工作频点分别为第3信道、 第39信道和第75信道，回送净荷为PN9的DH1分组。 测试仪扫描整个蓝牙频段，测试各个信道的功率。 要求相邻第2道的泄漏功率小于-20dBm，相邻第3道 及其以上的泄漏功率小于-40dBm。,7、调制特性,初始状态同（3）, EUT分别工作在低、中、高三个 频点。测试仪以所支持的最大分组长度发送净荷为 11110000的分组，并对EUT回送的分组计算频率偏移 的峰值和均值，分别记为Df1max 和Df1avg。测试仪 以所支持的最大分组长度发送净荷为10101010的分 组，并对EU

15、T回送的分组计算频率偏移的峰值和均值， 分别记为Df2max 和Df2avg，要求满足以下条件：至 少99.9%的Df1max满足 140kHz115kHz；Df2avg /Df1avg 0.8。,8、初始载波容限,EUT为环回状态，回送净荷为PN9的DH1给测试仪。 测试仪先将链路置为非跳频，EUT分别工作在低、 中、高三个频点，然后测试仪再将链路置为跳频。 测试仪根据4个前导码计算载波频率f0，要求与标 称频率fTX的差小于75kHz。,9、载波频率漂移,初始状态同（3），EUT分别工作在低、中、高三个 频点，回送调制信号为10101010的DH1/DH3/DH5分组。 测试仪先根据4个前

16、导码计算载波频率f0，然后每10 比特净荷测试一次频率，其与初始载频的差为瞬时 频率漂移。最后测试仪将跳频打开，重新测试所有 频点下的瞬时频率漂移。瞬时频率漂移之间的差定 义为漂移速率。对于DH1分组，要求每次的瞬时漂移 小于25kHz，对于DH3、DH5分组，要求载波瞬时漂移 小于40kHz。规范还要求载波漂移速率小于 4000Hz/10s。,二、收信机测试,对于收信机测试来说，所有指标的测试都是基于误 比特率的统计，并且至少要统计1600000个比特。 众所周知，在误帧率较大的情况下统计误比特率没 有任何意义，因此，为了准确测试收信机的性能， 测试仪必须能测试由以下6种情况导致的FER：CRC 误差、不正确的净荷长度、同步字出错、HEC出错、 EUT给MT8850A回送NACK分组、在预期的时隙内没有 收到EUT发送的分组。下面介绍蓝牙收信机的测试。,1、单时隙灵敏度,初始状态同1.1（3），EUT分别工作在低、中、高三