蓝牙(Bluetooth)技术属于一种低功率、短距离的无线通信技术,主要应用于无线个域网络(WPAN)中。它的最突出的实用案例就是利于蓝牙技术可在终端(手机、本式电脑等)或设备(声音设备、医疗设备等)之间近距离的提供数据的传输,而省去了之间线缆的连接。
欲具体了解蓝牙(Bluetooth)技术介绍的请进入。
蓝牙无线通信技术的空中接口规范,即物理层规范,最早是由SIG与IEEE 802.15工作组联合开发的,在2002年曾发布了IEEE 802.15.1-2002《系统之间电信和信息交换的IEEE标准-LAN/MAN-特定要求-第15部分:无线个人区域网(WPAN)的无线媒体访问控制(MAC)和物理层(PHY)规范》标准,也即SIG规范的V1.1版本。后来在2003年SIG对V1.1版本规范进行了改进,发布了V1.2版本;在2005年IEEE也又发布了修订版IEEE 802.15.1-2005。以此正式形成了蓝牙技术的空中接口(MAC和PHY层)规范,其规定的空中接口的基本技术特性一直被蓝牙技术沿用着。
欲详细了解蓝牙技术规范版本及特点介绍的请进入。
一、频率特性
蓝牙(Bluetooth)技术的频率特性同样是其物理层的重要特性,下表1-0中汇总了蓝牙无线通信技术的相关频率特性。蓝牙技术采用二进制调频,可使收发信机最小化并减少其复杂性。符号速率为1 Msymbol/s。对于全双工传输,采用TDD方案。
表1-0:蓝牙技术的相关频率特性
1、工作频率
蓝牙(Bluetooth)技术工作在不需申请许可证的工业、科技和医学(ISM)的2.4GHz频段,该频段的频率范围为2400~2483.5 MHz。2.4 GHz ISM频段在大多数国家都可用,并不需申请许可证,且符合ITU-R的相关特性要求。
欲更多了解ISM频段特性要求介绍的请进入。
2、频道安排
我们知道,2.4 GHz ISM频段被多个无线系统所使用,突出的是无线局域网(WLAN)也采用该频段,它们之间存在着共存性的问题。因此,Bluetooth技术采用自适应跳频(AFH,Adaptive Frequency Hopping)技术设计,用于降低共享2.4 GHz频谱的无线技术之间的干扰。AFH可以利用可用频率在该频谱内运行;这可以通过检测此频谱内的其它设备并避免使用它们使用的频率来实现。自适应跳频可以实现在频谱内更加有效地传输,即使 Bluetooth 技术与其它技术配合使用,仍会为用户提供更高的性能表现。
射频信道以1 MHz为间隔在79个频率间跳跃,从而保证了高度的抗干扰性。为了遵守每个国家的带外规定,在下带和上带的边缘使用一个保护带。因为射频信道是1 MHz宽,以表1-0中定义的射频信道为中心,所以蓝牙技术的工作范围是2401.5 MHz到2480.5 MHz。
二、调制特性
蓝牙(Bluetooth)技术采用的调制方式是高斯频移键控(GFSK,Gaussian frequency shift keying)。二进制1用正频率偏差表示,二进制零用负频率偏差表示。其蓝牙技术的物理层的相关调制特性详见下表2。
表2:蓝牙技术的相关调制特性
三、发射特性
1、发射功率的等级类别
蓝牙(Bluetooth)技术的物理层将发射功率分为三个等级类别,具体详见下表3-1中。功率类别1的装置应实施功率控制,功率控制用于限制传输功率超过+ 4dbm。在连接中,如果接收装置不支持发送功率控制消息所需的消息传递,则输出功率不得超过用于发送数据包的功率等级类别2的最大输出功率,在这种情况下,发射装置应遵守第2类或第3类装置的规则。
表3-1:蓝牙技术的发射功率等级类别
2、相关发射机特性
在ISM频带内,发射机应通过一个频谱掩码,如表3-2中所示。表3-2中也给出了数据包中最大允许的频率漂移。
表3-2:蓝牙技术的相关发射特性
四、接收特性
蓝牙(Bluetooth)技术的物理层的接收机特性汇总于下表4中。包括:接收机灵敏度水平、接收机最大可用电平、抗干扰性能、带外截止特性、交调特性、杂散辐射要求等等。
表4:蓝牙技术的相关接收机特性
五、实际使用
这里将结合SIG根据蓝牙技术的解决方案,来了解蓝牙技术物理层无线特性的使用。目前,SIG推出了低功耗蓝牙和经典蓝牙两种蓝牙技术解决方案。这两种解决方案的空中接口的无线特性汇总于下表5中,两者的物理层特性稍有不同。
表5:低功耗蓝牙和经典蓝牙的物理层无线特性
低功耗蓝牙(Bluetooth Low Energy)技术旨在用于低功耗操作,为了在2.4 GHz频带上实现可靠的操作,它利用了健壮的跳频扩频方法,可在40个信道上传输数据。BLE技术为开发人员提供了极大的灵活性,包括支持物理层(PHY)数据速率从125 Kb/s到2 Mb/s的多种PHY选项,从1mW到100mW的多种发射功率级别以及政府级别的多种安全选项。可实现点对点(包括微微网)、广播、Mesh等网络拓扑。
经典蓝牙技术也被称为蓝牙基本速率/增强数据速率(BR/EDR,Basic Rate/Enhanced Data Rate),是专为低功率(low power)操作设计的,也利用了一个健壮的自适应跳频方法,通过79个信道传输数据。BR/EDR蓝牙技术包括多个PHY选项,支持从1 Mb/s到3 Mb/s的数据速率,支持从1mW到100mW的多个功率级别,多个安全选项,以及点对点网络拓扑。
另外,为了支持蓝牙技术的发展,我国无线电管理部门也专门发文,对工作于2.4GHz频段蓝牙设备的发射特性技术要求进行了相关规定。因此,对于WLAN设备在满足IEEE
802.15.1标准无线性能要求的同时,也应符合我国关于蓝牙设备的无线电管理的规定。 欲详细了解我国关于蓝牙设备无线电管理要求的请进入。 欲进一步了解蓝牙(Bluetooth)技术基带(BB)特性要求的请进入。