藍(lán)牙技術(shù)在手機(jī)上的應(yīng)用

摘要：本文首先介紹了藍(lán)牙技術(shù)形成的背景，然后從硬件方面詳細(xì)的介紹了藍(lán)牙的工作過程，用實(shí)例詳解了藍(lán)牙天線在手機(jī)中的匹配工作，最后對(duì)目前的手機(jī)藍(lán)牙測(cè)試及認(rèn)證做了介紹。

關(guān)鍵詞：藍(lán)牙(Bluetooth)；收發(fā)模塊；BQTF

藍(lán)牙(Bluetooth)技術(shù)是一種短距離無(wú)線電技術(shù)，利用\"藍(lán)牙\"技術(shù)，能夠有效地簡(jiǎn)化掌上電腦、筆記本電腦和移動(dòng)電話手機(jī)等移動(dòng)通信終端設(shè)備之間的通信，也能夠成功地簡(jiǎn)化以上這些設(shè)備與因特網(wǎng)之間的通信，從而使這些現(xiàn)代通信設(shè)備與因特網(wǎng)之間的數(shù)據(jù)傳輸變得更加迅速高效，為無(wú)線通信拓寬道路。

1 “藍(lán)牙”的形成背景

1998年5月，愛立信、諾基亞、東芝、IBM和英特爾公司等五家著名廠商，在聯(lián)合開展短程無(wú)線通信技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化活動(dòng)時(shí)提出了藍(lán)牙技術(shù)，其宗旨是提供一種短距離、低成本的無(wú)線傳輸應(yīng)用技術(shù)。 1999年下半年，著名的業(yè)界巨頭微軟、摩托羅拉、三康、朗訊與藍(lán)牙特別小組的五家公司共同發(fā)起成立了藍(lán)牙技術(shù)推廣組織，從而在全球范圍內(nèi)掀起了一股\"藍(lán)牙\"熱潮。全球業(yè)界即將開發(fā)一大批藍(lán)牙技術(shù)的應(yīng)用產(chǎn)品，使藍(lán)牙技術(shù)呈現(xiàn)出極其廣闊的市場(chǎng)前景，并預(yù)示著21世紀(jì)初將迎來(lái)波瀾壯闊的全球無(wú)線通信浪潮。

2 藍(lán)牙的工作過程

藍(lán)牙技術(shù)是一個(gè)以專用微芯片做成的設(shè)備，基本上如同一個(gè)短距離步談機(jī)。這個(gè)微芯片能使藍(lán)牙設(shè)備在短距離范圍內(nèi)發(fā)送無(wú)線電信號(hào)，尋找另一個(gè)藍(lán)牙設(shè)備。一旦找到， 相互之間便開始進(jìn)行通信、交換信息。

藍(lán)牙技術(shù)的基礎(chǔ)是低成本的短程無(wú)線電連接，它工作于2.4GHz的全球通用ISM頻段，這使得藍(lán)牙產(chǎn)品和應(yīng)用可在全球范圍內(nèi)使用。藍(lán)牙的出現(xiàn)可以說(shuō)是數(shù)據(jù)與語(yǔ)音傳輸?shù)囊粓?chǎng)革命，在數(shù)據(jù)傳輸方面，可能人們會(huì)想到紅外線，但是紅外線的性能上的局限性是比較大的，只有在較近距離，無(wú)障礙的情況下實(shí)現(xiàn)雙方的數(shù)據(jù)對(duì)傳，而藍(lán)牙則是基于2.4GHz頻率范圍內(nèi)的無(wú)線電波技術(shù)，其傳輸條件并不受障礙物的限制，如墻壁，書本，包等物品。

藍(lán)牙通信工作在2.402GHz與2.48GHz之間的ISM頻段內(nèi)。它采用跳頻擴(kuò)展技術(shù)（FHSS：Frequency-Hopping Spread Spectrum）以改善RF鏈路的質(zhì)量和可靠性，跳頻速率為每秒1600次。是一個(gè)TDD (時(shí)分復(fù)用)系統(tǒng)，其設(shè)備采用的是GFSK調(diào)制技術(shù)，藍(lán)牙技術(shù)使用一種稱作0.5BT GFSK (高斯頻移鍵控)的數(shù)字頻率調(diào)制方法。使用這種調(diào)制，載波頻率上移175kHz表示一個(gè)\"1\"，下移175kHz表示一個(gè)\"0\"，典型的速率為每秒1M符號(hào)。0.5BT (帶寬時(shí)間)定義為在半數(shù)據(jù)速率即500kHz時(shí)的3dB帶寬。在GFSK調(diào)制中，信號(hào)包含在恒定幅度包絡(luò)的載波中。這樣，PA (功率放大器)就可以進(jìn)入飽和狀態(tài)從而以高效率提供發(fā)射功率。藍(lán)牙的最高傳輸速率為1Mbps，實(shí)際數(shù)據(jù)有效速率為721Kbps，話音采用連續(xù)可變斜率調(diào)制CVSD（Continuous Variable Slope Delta Modulation）編碼方式，CVSD方式抗干擾能力很強(qiáng)，即使在誤碼率達(dá)到4％時(shí)，仍然有可以接受的話音質(zhì)量。通信協(xié)議則采用TDMA（時(shí)分多址），在2.4GHz的ISM頻帶上設(shè)立79個(gè)帶寬為1MHz的信道，用每秒鐘切換1600次的頻率的跳頻(Hobbing)擴(kuò)展技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)信息的收發(fā)。藍(lán)牙技術(shù)支持一個(gè)異步數(shù)據(jù)通道，或3個(gè)并發(fā)的同步話音通道，或一個(gè)同時(shí)傳送異步數(shù)據(jù)和同步話音的通道。每一個(gè)話音通道支持64kbps的同步話音；異步通道支持最大速率721kbps、反向應(yīng)答速率為57.6kbps的非對(duì)稱連接，或者是432.6kbps的對(duì)稱連接。

3藍(lán)牙的硬件部分

藍(lán)牙硬件部分包括三個(gè)層次：無(wú)線層、基帶層和鏈路管理層。無(wú)線層主要完成頻率的合成、bit到符號(hào)的轉(zhuǎn)換和過濾，以及符號(hào)的收發(fā)操作；基帶層主要完成編碼/解碼、加密/解密、分組處理和跳頻頻率的生成和選擇；鏈路管理層主要完成連接的建立和鏈路的管理。

3.1藍(lán)牙收發(fā)模塊

藍(lán)牙無(wú)線信號(hào)是由天線接收進(jìn)來(lái)，開關(guān)與低噪聲放大器(LNA)相連，對(duì)接收到的信號(hào)(Rx)進(jìn)行放大。下一級(jí)混頻器將接收信號(hào)下變換到IF 頻率，進(jìn)行該步驟時(shí)用于發(fā)射的PLL/VCO 部分作為接收器下變頻本機(jī)振蕩器使用，將IF 信號(hào)解調(diào)并恢復(fù)出數(shù)據(jù)， 發(fā)送則是采用高斯頻移鍵控(GFSK)方式調(diào)制，發(fā)射數(shù)據(jù)(Tx)通過高斯濾波器濾波后，用濾波器的輸出對(duì)VCO 頻率進(jìn)行調(diào)制;根據(jù)串行輸入數(shù)據(jù)流邏輯電平，VCO 頻率會(huì)從其中心頻率向正負(fù)兩端偏離，偏移量決定了發(fā)射器的調(diào)制指數(shù)，調(diào)制的信號(hào)經(jīng)放大后由天線發(fā)射出去;它可以有三種功率等級(jí)且可通過SOFT來(lái)調(diào)節(jié)，圖1是收發(fā)模塊示意圖：

3.2基帶控制器模塊

基帶控制器模塊實(shí)現(xiàn)藍(lán)牙基帶部分的所有實(shí)時(shí)處理功能。它包括以下一些功能單元：對(duì)接收的流進(jìn)行的符號(hào)提取和恢復(fù)；分組頭/凈荷的FEC處理和白化處理；分組頭/凈荷的CRC校驗(yàn)；分組頭的解析處理；凈荷頭處理；加密解密處理；串行化和去串行化；數(shù)據(jù)錄進(jìn)RAM客戶接口；內(nèi)部語(yǔ)音處理器；時(shí)鐘分發(fā)和功率管理；可編程的序列發(fā)生器；鏈路管理序列發(fā)生器；定時(shí)鏈管理；與其他芯片的接口。微處理器負(fù)責(zé)藍(lán)牙bit流調(diào)制和解調(diào)后的所有bit級(jí)的處理，控制收發(fā)器和專用的語(yǔ)音編解碼和解碼器。內(nèi)置存儲(chǔ)器支持外擴(kuò)展存儲(chǔ)器。微處理器大多數(shù)選用ARM處理器，有時(shí)也使用8051。

基帶和藍(lán)牙主要通過SBI總線和基帶進(jìn)行通信，CLK（時(shí)鐘）不能受到干擾而且幅度要滿足要求，否則容易產(chǎn)生載頻偏移或者工作不正常.數(shù)字電源和模擬電源分開，避免互相之間產(chǎn)生干擾。

3 藍(lán)牙天線

藍(lán)牙天線綜合了發(fā)送與接收的鏈路，對(duì)使用距離的影響很大，現(xiàn)在的藍(lán)牙可在三種功率級(jí)下的短距離無(wú)線傳輸：①功率級(jí)1(最高功率電平+20dBm，有效范圍100m)；②功率級(jí)2(最高功率電平+4dBm，有效范圍20m)； ③功率級(jí)3(最高功率電平0dBm，有效范圍10m) .功率級(jí)1 不能用在手機(jī)，以免干擾其它無(wú)線系統(tǒng)， 所以有線測(cè)試的情況下盡量不要超過功率級(jí)2， 在此基礎(chǔ)上我們?cè)龠x擇天線。

4 藍(lán)牙測(cè)試規(guī)范

藍(lán)牙的主要測(cè)試標(biāo)準(zhǔn) 簡(jiǎn)略如下:

* 模塊隨時(shí)間變化的頻率和功率性能

* 隨頻道數(shù)目變化的功率性能

* 同頻干擾

* 鄰頻干擾

* 信號(hào)頻譜內(nèi)容

* 諧波內(nèi)容等;

5 藍(lán)牙認(rèn)證

手機(jī)中使用藍(lán)牙除了要符合以上指標(biāo)外，還要做相應(yīng)的藍(lán)牙認(rèn)證，認(rèn)證可以幫助不同廠商的藍(lán)牙產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)互通并使其符合藍(lán)牙規(guī)范，也使我們的產(chǎn)品能更好地被用戶使用， 認(rèn)證流程可以分為四個(gè)部分：無(wú)線鏈路需求、協(xié)議需求、概要需求和信息需求;

藍(lán)牙認(rèn)證程序是一個(gè)建立認(rèn)證規(guī)則和框架的過程，藍(lán)牙的認(rèn)證程序參考文檔（PRD）定義了藍(lán)牙的認(rèn)證程序和藍(lán)牙的認(rèn)證要求，PRD在藍(lán)牙站點(diǎn)上可以得到。要想獲得藍(lán)牙認(rèn)證標(biāo)志，各家制造商必須在公認(rèn)的測(cè)試中BQTF進(jìn)行與通信有關(guān)的各種測(cè)試，然后將測(cè)試結(jié)果報(bào)告呈交給BQB認(rèn)證人員，經(jīng)BQB審查合格后方可獲得藍(lán)牙認(rèn)證標(biāo)志。

隨著無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)日趨火熱，以藍(lán)牙、IEEE 802.11等為代表的一批無(wú)線網(wǎng)絡(luò)連接技術(shù)正得到日益普及的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1]曹志剛，錢亞生《現(xiàn)代通信原理》清華大學(xué)出版社，1994年.

[2]張祿林、雷春娟、郎曉虹，《藍(lán)牙協(xié)議及其實(shí)現(xiàn)》，人民郵電出版社，2001.

[3]樂光生等編，《數(shù)據(jù)通信原理》人民郵電出版社，1998年.