Bluetooth 简介

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Bluetooth 简介
1.名字起源
Bluetooth原为1000多年前的10世纪丹麦国王的名字，他为四分五裂的瑞典、芬兰、丹麦的统一有着不朽的功劳。而瑞典的Ericsson为这种即将成为全球通用的无线技术命此名，也许大有一统天下的含义。其原本含义也许已经无法得知，但按照英文字面的翻译为“蓝芽”，中国人按自己习惯，形象化为蓝芽。Bluetooth是一种新的无线通信协定，已经基本取代IRDA红外无线技术，并将取代现有的串口（也就是Serial Port）. Bluetooth是无线数据和语音传输的开放式标准，以短距离的无线连接为主，一般为10cm-10m范围，目前若是增加功率或是加上某些外设可达到100m的距离，如专用的放大器（Optional Amplifier）。Bluetooth采用2.402-2.480GHZ段高频无线频率，中心频率为2.45GHZ，比现有的GSM1800还要高，在发射机频率为1MHZ时，有效的Bluetooth数据速率是72Kb/s。也许相对于WAP而言，它规范了更为具体的硬件及频率应用等内容。WAP也是无线通信协定，从理解的含义来讲，也许该为无线访问协议或是直接称之为无线上网协议，规范化了网页的浏览格式及通信协议，如TCP/IP等。“Bluetooth协议能使包括蜂窝电话、掌上电脑、笔记本电脑、相关外设和家庭Hub等包括家庭RF的众多设备之间进行信息交换。Bluetooth宽带协议结合电路开关和分组交换机，适用与语音和数据传输。每个声道支持64kb/s同步（语音）链接。而异步信道支持任一方向上高达721kb/s和回程方向57.6kb/s的非对称链接。因此，它可以足够快地应付蜂窝系统上的非常大的数据比特率。
2.蓝芽概况
蓝芽（Bluetooth）是一种低成本、短距离的无线连接技术标准。它是由5家世界级的计算机和通信公司，即爱立信（Ericsson），国际商用机器（IBM），英特尔（Intel）,诺基亚（Nokia）和东芝（Toshiba）5家公司共同倡导的一种全球无线技术标准。已于1999年7月26日推出了Bluetooth技术规范1.0版本。他们所成立的蓝芽特殊兴趣集团（Bluetooth SIG）采取了无偿向全世界的产业界转让该项专利技术的策略，以实现其全球统一标准的目标。蓝芽技术的设计初衷就是将智能移动电话与笔记本电脑、掌上电脑以及各种数字信息的外部设备用无线方式连接起来，进而形成一种个人周围领域的网络，使得在其范围之内各种信息化的移动便携设备都能实现无缝地资源共享。蓝芽特殊兴趣集团（SIG）自1998年5月成立以来，加盟的公司已超过上千家知名公司，其中包括诸如AMD、康柏、戴尔、惠普、德州仪器、高通以及卡西欧、飞利浦、三星、LG、精工、夏普等许多世界最著名的计算机、通信以及消费电子产品领域的企业，甚至还有汽车与照相机的制造商和生产厂家。一项公开的全球统一的技术规范得到了工业界如此广泛的关注和支持是以往所罕见的。这说明基于此项蓝芽技术的产品将具有广阔的应用前景和巨大的潜在市场。最近，美国的软件巨头微软件公司也不再坚持在一旁观望的态度，正式宣布加盟蓝芽特殊兴趣集团，并与3COM、朗讯、摩托罗拉公司及原有的5家公司一起成为蓝芽兴趣集团的9个领导成员，共同致力于在全球范围内推广此项无线技术标准。据国外权威机构预测，几年以后，全世界将会有数以亿计的数字移动电话、PC以及各种信息设备会嵌入此项蓝芽技术。
蓝芽技术在推出时就瞄准了无线局域网的通信，在10m到100m的空间内所有支持该技术的移动或非移动设备可以方便地建立网络联系、进行音频通信或直接通过手机进行Internet冲浪。其应用范围相当广泛，可以应用于局域网络中各类数据及语音设备，如PC、拨号网络、笔记本电脑、打印机、传真机、数码相机、移动电话和高质量耳机等，使用无线的方式将它们连成一个微微网（Piconet），多个Piconet之间也可以互连形成Scatternet，从而方便快速地实现各类设备之间随时随地的通信。蓝芽技术的最终目的就是要建立一个全球统一的无线连接标准，使得不同厂家生产的各种移动计算与便携的设备，在近距离内都能不用电缆就可以很方便地连接起来，实现相互操作与数据共享。这种蓝芽无线连接的方式可以说是非常新颖的，用户不必再需要学习如何安装、如何设置。凡是嵌入蓝芽技术的设备相互之间都能够自动进行联络与确认，利用相应的控制软件，不需用户干预就可以自动建立连接传输数据。采用蓝芽技术，你的移动电话、笔记本电脑和掌上电脑等便携式信息设备都可以共享同一个数据库、电话薄，电子邮件及电子秘书等数据；不论哪一类设备在手上，你都可以打电话、阅读电子邮件，而不必担心这些数据存储在哪一台设备上。嵌入蓝芽技术的数字移动电话将可实现一机三用，真正实现个人通信的功能。在办公室可作为内部的无线集团电话，回家后可当作无绳电话来使用，不必支付昂贵的移动电话的话费。到室外或乘车的路上，仍作为移动电话与掌上电脑或个人数字助理PDA结合起来，并通过嵌入蓝芽技术的局域网接入点随时随地都可以到因特网上冲浪浏览，那将使我们的数字化生活变得更加方便和快捷。蓝芽技术代表了对传统的通信和计算机终端设备的一种新的挑战。如果这种技术成本低廉并得到广泛的应用（据悉，随着集成度的提高，蓝芽技术嵌入模块的成本可望下降），那么它将对我们的工作生活和通信的方式带来巨大的变化。
3.蓝芽技术概要
蓝芽技术主要面向网络中各类数据及语音设备（如PC、拨号网络、笔记本电脑、打印机、数码相机、移动电话和高质量耳机等），通过无线方式将他们连成一个微微网（Piconet），多个微微网之间也可以互连形成分布式网络(Scatternet)，从而方便、快速地实现各类设备之间的通信。它是实现语音和数据无线传输的开放性规范,是一种低成本、短距离的无线连接技术。其无线收发器是很小的一块芯片，大约有9mm×9mm，可方便地嵌入到便携式设备中，从而增加设备的通信选择性。蓝芽技术实现了设备的无连接工作，提供了接入数据网的功能，并且具有外围设备接口，可以组成一个特定的小网。蓝芽技术的特点包括：采用跳频技术，抗信号衰落；采用快跳频和短分组技术，减少同频干扰，保证传输的可靠性；采用前向纠错(FEC)编码技术，减少远距离传输时的随机噪声影响；使用2.4GHz的ISM频段，无需申请许可证；采用FM调制方式，降低设备的复杂性。该技术的传输速率设计为1MHz，以时分方式进行全双工通信，其基带协议是电路交换和分组交换的组合。一个跳频频率发送一个同步分组，每个分组占用一个时隙，也可扩展到5个时隙。蓝芽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，或者是432.6kbps的对称连接。
4.无线局域网与蓝芽
无线局域网是当前发展最迅速的领域之一，相应的新技术也层出不穷，目前无线局域网的技术主要有IEEE802.11、Home RF和蓝芽，它们都可以工作在2.4GHz频段上。
IEEE802.11只规定了开放式系统互联参考模型（OSI/RM）的物理层和MAC层，其MAC层利用载波监听多重访问/冲突避免（CSMA/CA：Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance）协议，而在物理层，802.11定义了三种不同的物理介质：红外线、跳频扩谱方式（FHSS：Frequency Hopping Spread Spectrum）以及直扩方式（DSSS：Direct Spectrum Spread Spectrum）。802.11支持1~54Mb/s较高的数据速率，但是它只支持数据通信，为进行无线数据通信，数据设备先要安装有无线网卡。
另一种无线局域网技术Home RF，是专门为家庭用户设计的。Home RF利用跳频扩谱方式，通过家庭中的一台主机在移动数据和语音设备之间实现通信，既可以通过时分复用支持语音通信，又能通过载波监听多重访问/冲突避免协议提供数据通信服务。同时，Home RF提供了与TCP/IP良好的集成，支持广播、多播和48位IP地址。
与上面两种技术不同，蓝芽技术具有一整套全新的协议，可以应用于更多的场合。蓝芽技术中的跳频更快，因而更加稳定，同时它还具有低功耗、低代价和比较灵活等特点。总的来讲，802.11比较适于办公室中的企业无线网络，Home RF可应用于家庭中的移动数据和语音设备与主机之间的通信，而蓝芽技术则可以应用于任何可以用无线方式替代线缆的场合。目前这些技术还处于并存状态，但是有可能引起干扰等问题，从长远看，随着产品与市场的不断发展，它们将走向融合，而其中最有竞争力的就是蓝芽技术。
5.蓝芽无线测试
蓝芽产品制造商为了获得蓝芽商标，必须将其蓝芽产品交给BQTF（蓝芽认证测试设备）进行测试，并将其测试结果和产品送给BQB（蓝芽认证人员）进行审查。蓝芽认证比较复杂，每进行一次蓝芽认证，申请者都要向BQRB（蓝芽认证评价委员会）交纳一笔可观的费用。因此，蓝芽产品制造商非常有必要进行蓝芽预认证。蓝芽测试包括兼容性测试和互通性测试，蓝芽无线测试属于兼容性测试，验证蓝芽产品的射频性能是否符合蓝芽射频规范。许多OEM厂家直接购买已经获得蓝芽认证的蓝芽芯片或模块，进而开发蓝芽产品，如移动电话、个人数字助理（PDA）、电脑、打印机、MP3播放器、数字相机、汽车、玩具等。由于不同类型产品的需要，可能需要更换天线，或者由于其它无线模块或时钟模块的影响，以及电源的变化，这些都会导致蓝芽最终产品的射频性能发生变化，因此在研发和生产过程中必须对该产品的射频性能进行测试，以保证其无线指标符合蓝芽射频规范的要求。
1 蓝芽无线测试方法和指标
目前的蓝芽无线测试规范的版本为2.0版本，它定义了蓝芽无线测试指标及其测试方法。蓝芽无线测试配置包括一台测试仪和被测设备（EUT, Equipment Under

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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之间的蓝芽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“Enable”状态，然后才能空中激活进入测试模式。
下面介绍蓝芽无线指标及其测试方法。
1.1发信机测试
（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。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240MHz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2.4～2.4835GHz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 - 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。测试仪扫描整个蓝芽频段，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EUT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 140kHz< Df1max <175kHz；至少99.9%的Df2max 3115kHz；Df2avg /Df1avg 30.8。
（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/10μs。
1.2 收信机测试
以上介绍了蓝芽发信机的无线指标及其测试。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。下面介绍蓝芽收信机的测试。
（1）单时隙灵敏度
初始状态同1.1（3），EUT分别工作在低、中、高三个频点，回送调制信号为PN9的DH1分组。依照蓝芽规范的要求，测试仪控制其输出功率，以使EUT的收信功率为-70dBm。蓝芽规范允许EUT发送的射频信号具有75kHz的初始误差和40kHz的频率漂移，即总共允许有115kHz的误差。此外，还要考虑调制、符号定时等引起的误差。假如EUT的收信机性能由一个输出“完美”信号的测试仪来测试，其测试结果不足以提供冗余度来适应真正的无线传输环境，用户将得到一个关于收信机品质的错误结果。经验告诉我们，对于有扰测试，蓝芽收信机的灵敏度一般会劣化4~10dB，具体值与分组长度和蓝芽芯片种类有关。测试仪必须支持有扰发射(dirty transmitter),见表1，将干扰加入到发送的蓝芽信号中，每20ms一组，从第一组依次到第十组，再返回第一组，不断重复。此外，蓝芽基带信号还受正弦波调制。测试仪对误码率进行统计，要求误码率BER<0.1%。此外，如果有条件的话，最好在跳频状态下再重新测试一遍。
（2）多时隙灵敏度
类似于单时隙灵敏度的测试，不过分组类型为DH3、DH5。
（3）C/I性能
初始状态同1.1（3）, EUT分别工作在低、中、高三个频点。测试仪发送的有用信号为净荷PN9的DH1分组，同时还发送净荷PN15的蓝芽干扰信号。有用信号和干扰信号的功率电平参见表2。测试仪进行误码率统计，要求BER<0.1%。
（4）阻塞性能
阻塞特性是指在其它频段存在大的干扰信号时，接收机接收有用信号的能力。初始状态同1.1（3）,EUT收发频点为2460MHz（58号信道）。测试仪不仅发送净荷为PN9的DH1分组作为有用信号，而且发送频率为30MHz到12.75GHz之间的连续波干扰信号。有用信号的功率电平比参考灵敏度高3dB，参考灵敏度是指满足一定的误码率情况下，接收机可以接收的最小电平。干扰信号的电平比表3给出的大2dB。测试仪统计误码率，如果BER>0.1%,则测试仪记录此时干扰信号的频点,要求频点的个数小于24。其他条件不变，仅把干扰信号的电平降为-50dBm，测试仪记录BER>0.1%时的干扰信号的频点，要求其个数小于5个。
（5）互调性能
互调特性是指存在两个或多个跟有用信号有特定频率关系（它们的互调产物刚好落在有用信号带内）的干扰信号的情况下的接收能力。初始状态同1.1(3),EUT收发频点相同，分别为低 、中、高频点。测试仪不仅发送净荷为PN9的DH1分组作为有用信号，其功率比参考灵敏度高6dB；而且发送功率为-39dBm、频率为f1的正弦波干扰信号，以及功率为-39dBm、频率为f2的PN15调制的蓝芽干扰信号。2倍的f1与f2的差正好等于EUT的收信频点，并且f2- f1 =3MHz、4MHz或5MHz。测试仪统计误码率，要求BER〈0.1%。
（6）最大输入电平
即蓝芽接收机的饱和电平。初始状态同1.1(3),EUT工作于低、中、高频点。测试仪发送净荷为PN9的DH1分组信号，并控制其发射功率，以使EUT收信机入口处的电平为-20dBm。测试仪统计误码率，要求BER〈0.1%。
另外,收发信机均需要测试带外杂散,即依据ETS或FCC标准，测试EUT在工作状态和备用状态下，30MHz～12.75GHz频率范围内的带外杂散，包括天线传导杂散和机箱辐射杂散。
6.蓝芽的应用与普及
虽然世界上有几千家大公司在推广蓝芽技术，有许多专家预测在未来的几年里将很快地利用到多种产品中，有许多专家预言蓝芽技术将走进千家万户、改变人们的工作和生活。但是，蓝芽技术要普及还应解决不少的问题。
首先是成本有待降低。一个产品要想普及，首要条件是价格能为人们普遍接受。SIG有关人士认为5美元是用户应用蓝芽技术的心理线。各厂商普遍认为，把成本降低到这个程度，这些至少还需要几年的时间。铱星技术先进无比，只因价格过高，终没成气候。
其次是方便实用、真正给人们带来实惠。人们多花了钱就应该得到好处。随着人们的生活水平和文化层次的提高，人们仅用计算机上网还不够、家用电器同时也得上网。到那时蓝芽技术才会有市场。
第三要安全、能稳定可靠地工作。
第四是要有一个统一的国际标准。目前蓝芽只是一个由几家通信巨头推出的标准，虽然它的目的是要建立一个全球统一的无线连接标准，但它还不是一个国际标准。由此人们可以联想到目前WAP的情况。WAP技术作为移动手机上互联网的桥梁，被各国厂商炒得火热，许多运营商相继开展了WAP业务，但产品之间的兼容性始终是一个问题。为了各生产厂商和广大用户的利益，一个有权威的国际标准应该尽快出台。

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