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蓝牙技术

蓝牙抗干扰技术


一、蓝牙自适应跳频(AFH)技术

蓝牙系统工作在2.4GHz的ISM(即工业、科学、医学)频段,许多设备工作在该频段,在这样的频段上工作,相互干扰必然相对严重,因此蓝牙系统使用了跳频技术来防止衰落和抑制干扰。在建立连接以前蓝牙设备在固定的一个频段内选择跳频频率,快速交换时间和地址握手信息,进而迅速取得时间和频率同步。连接建立后,双方设备根据跳变序列改变信道频率,使跳频频率呈现随机性。

蓝牙定义了32个频点为一个频段,划分为79个子频段,蓝牙主设备时钟CLK和主设备地址的最低28位决定了蓝牙工作的频段及跳频序列,如图2.10所示;蓝牙系统定义了5种工作状态下的跳频序列:寻呼、寻呼响应、查询、查询响应和连接跳频序列,不同状态下有不同的策略产生跳频序列。

图 2.10 蓝牙跳频选择方案的一般框图

图2.11表明了蓝牙系统的跳频序列产生原理;输入X由时钟信息位决定,它决定了起跳频点在某一频段的32个频率序列中的相痊--段内频率序列的偏移量,同时跳频频点改变的速度也由它决定;A到F决定跳频序列的顺序,在蓝牙系统中,要获得相应状态的跳频序列,正是利用了不同状态下改变A~F的取值;在查询/寻呼扫描状态下,A到F输入序列只与地址有关,因此其跳频序列是唯一确定的,在其他状态下,A~F由时钟和蓝牙地址共同控制,其跳频序列随着时钟的改变而作相应的跳变;Y1、Y2则对收发跳频序列的选择进行控制,Y1保证收发频点不会重复,Y2使收发频点在不同的频段内;PERM5是一个由C、D、Y1控制的蝶形运算器,它起到扰乱的作用。

图 2.11 蓝牙79跳系统频率选择内核框图

(1)寻呼/寻呼扫描状态:蓝牙设备通过寻呼来寻找其他的设备加入其微微网;寻呼设备每312.5µs选择一个新的跳频点来发起寻呼,在寻呼扫描时,被寻呼设备每1.28s选择一个新的频点来监听,寻呼和被寻呼设备使用被寻呼设备地址的低28位,产生的寻呼跳变序列是一个定义明确的周期序列,它的32个频点均匀的分布在79个频率信道上。

(2)查询/查询扫描状态:蓝牙设备通过查询来寻找周围的其他设备,查询设备每隔312.5µs选择一个新的频率来发送查询消息,被查询设备每1.28s选择一个新的频率监听;查询和被查询设备使用通用查询接入码作为查询地址。产生的32个查询跳变序列均匀分布在79个频率信道上。

(3)连接状态:使用主设备地址的最低28位有效位,蓝牙通信设备双方每隔625µs改变一个频率,产生的信道跳变序列周期非常长,而且79个跳变序列在任何的一小段时间内都是接近均匀分布的,能够满足跳频系统的要求。

在蓝牙1.2协议中增加了自适应跳频的算法;当蓝牙通信过程中发现某个信道信号质量差,即成为“坏”的信道时,可以在跳频时丢弃这些坏信道,而选取其他信道质量好的跳频信道来代替,从而避开了某些频点上的通信干扰,进而增强其抗干扰能力。

二、蓝牙基带纠错机制

蓝牙技术采用了前向纠错FEC和自动重传请求(Automatic Repeat-reQuest,ARQ)技术,采用的纠错机制比较简单。其中前向纠错FEC是发送端将数据信息按照一定的规则编码后,组成具有纠错能力的编码;接收端收到编码后的数据,按预先规定的规则进行相应的解码,来确定接收的数据信息中是否有错误,若有错误,确定其位置并进行纠正,该编码方式比较适用于实时传输系统,但是该技术的缺点是纠错能力有限。

自主重传请求又称为判决反馈,它使用确认和超时,在不可靠服务的基础上实现可靠的信息传输;在发送端,对数据进行分组编码,加入一定的冗余码,使之具有一定的检错能力;接收端在接收到编码信息后,对其进行解码并且进行判决,检测是否存在一定的误码,然后通过反馈信道将判决结果发送回发送端;发送端依据反馈的判决结果,决定是否对数据进行重传;但是重传也不是无限度,多次重传后,超过系统规定的时间后,系统将不再进行重传。

蓝牙基带中具体的纠错方式包括:1/3比例FEC、2/3比例FEC和ARQ。其中,1/3比例FEC对每位信息重复3次进行编码,编码方法较为简单,编码序列长度是原序列长度的3倍。2/3比例FEC编码采用一个生成多项式把10位数据编码为15位,是一个(15,10)截短汉明码,数据接收方进行相应的逆向运算,根据算法提供的检错与纠错机制恢复出原始数据。在ARQ方式下,数据包一直被重传,直到最终接收到确认或重传超时。

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