蓝芽系统基本知识篇

1蓝芽基本知识及测试介绍2蓝芽技术术的产生生这个技术术名称来来源于公公元900年左右古古代丹麦麦统治者者“HaraldBluetooth”的名字，，这位君君王在位位期间统统治了丹丹麦和挪挪威的大大部分地地区。蓝牙技术术大约在在20世纪90年代晚期期发端于于爱立信公司，目目前该技技术处于于蓝牙特特别兴趣趣小组SIG((SpecialInterestGroup)的领导之之下，该该机构由由爱立信、诺基亚、IBM、东芝、Intel、3Com、摩托罗拉拉、朗讯和微软等大公司司所组成成。3蓝芽主要要射频特特性工作频段段和载频频：蓝芽设备备工作在在2.4GHz的ISM（Industrial,ScienceandMedicine）频段，，在北美美和欧洲洲（法法国和西西班牙除除外）为为2400～2483.5MHz，使用79个频道，，载频为为2402+kMHz（k=0,1,…，78）；法国国和西班班牙使用用23个频道，，载频分分别为2454+kMHz和2449+kMHz（k=0,1,……，22），但已已有提案案改为统统一的79个频道，，西班牙牙很快将将有结果果；日本本原使用用23个频道，，但自1999年10月开始已已改为统统一的79个频道，，原来的的23个频道所所使用的的2471-2497MHz频段作为为选用。。频道间隔隔：无论是79个频道还还是23个频道，，频道间间隔均为为1MHz，采用时时分双工工（TDD，TimeDivisionDuplex）方式。。调制方式式:调制方式式为BT=0.5的GFSK，调制指指数为0.28～0.35。最大发射射功率：：分为三三个等级级：Class1:4dBm--20dBm;;Class2:-6dBm-4dBm;;Class3:0dBm。有效通信信距离：：10cm-10m(只有在Class1才能达到到100m)。4蓝芽中的的跳频技技术对应于单单时隙包包，蓝芽芽的跳频频速率为为1600跳，对应应于多时时隙包，，跳频速速率有所所降低；；但在建建链时（（包括寻寻呼和查查询）则则提高为为3,200跳每秒。。六种跳频频序列：：寻呼跳跳频序列列，寻呼呼回应序序列，查查询序列列，查询询回应序序列，基基本信道道跳频序序列和适适合信道道跳频序序列。跳频序列列受控於於蓝芽48-bit设备地址址码（BD_ADDR）中的28-bit和27-bit的时钟。。5BD_ADDR（BluetoothDeviceAddress）company_assignedCompany_idLAPUAPNAP24bits8bits16bits根据IEEE802标准，由由IEEERegistrationAuthority分配得到到的48bit蓝芽设备备地址。。分为LAP（LowerAddressPart），UAP((UpperAddressPart),NAP((Non-significantAddressPart)三部分，，如图所所示：注意：LAP可以取任任何值除除了0X9E8B00~0X9E8B3F,因为这些些值是被被预留给查询用用的，其其中0X9E8B33是GIAC(GeneralInquiryAccessCode),,其他为DIAC(DedicatedInquiryAccessCode).6SCO链路和ACL链路蓝芽系统统支持实实时的同同步定向向联接和和非实时时的异步步不定向向联接，，分别成成为SCO链路（SynchronousConnection-OrientedLink）和ACL链路（AsynchronousConnection-LessLink），前者者主要传传送话音音等实时时性强的的信息，，在规定定的时隙隙传输，，后者则则以数据据为主，，可在任任意时隙隙传输。。但当ACL传输占用用SCO的预留时时隙时，，一旦系系统需要要SCO传输，ACL则自动让让出这些些时隙以以保证SCO的实时性性。蓝芽支持持64kb/s的实时语语音传输输和各种种速率的的数据传传输，语语音编码码采用对对数PCM或连续可可变斜率率增量调调制（CVSD，ContinuosVariableSlopeDeltaModulation）。语音音和数据据可单独独或同时时传输。。当仅传传输语音音时，蓝蓝芽设备备最多可可同时支支持3路全双工工的话音音通信；；当语音音和数据据同时传传输或仅仅传输数数据时，，支持433..9kb/s的对称全全双工通通信，或或723..2kb/s、57.6kb//s的非对称称双工通通信。7包的基本本结构及及分类LSB68/72540~2745MSBACCESSCODEHEADERPAYLOAD每个包都都由三部部分组成成:其中ACCESSCODE来自于设设备BD_ADDR中的LAP部分，由由三部分分构成：：preamble,syncword和trailer(可选)。有四种种类型：：CAC,,DAC,GIAC,,DIAC.主要用于于同步和和确认等等。Header包含了微微微网地地址和包包信息；；payload负载了用用户声音音或数据据信息。。包被分成成3大类：链链路控制制包、ACL包和SCO包。8链路控制制包类型有效载荷（payload）（bytes）FECCRC对称通信最大速率(Kb/s)非对称通信最大速率(Kb/s)ID无无无无无NULL无无无无无POLL无无无无无FHS182/3有无无9ACL包类型有效载荷头（bytes）有效载荷（bytes）FECCRC对称通信最大速率(Kb/s)非对称通信最大速率(Kb/s)前向后向DM110~172/3有108.8108.8108.8DH110~27无有172.8172.8172.8DM320~1212/3有258.1387.254.4DH320~183无有390.4585.686.4DM520~2242/3有286.7477.836.3DH520~339无有433.9723.257.6AUX110~29无无185.6185.6185.610SCO包类型有效载荷头（bytes）有效载荷（bytes）FECCRC对称通信最大速率(Kb/s)HV1无101/3无64.0HV2无202/3无64.0HV3无30无无64.0DV1D10+(0~9)D2/3DD有64.0+57.6DEV3无1~30无有96EV4无1~1202/3有192EV5无1~180无有28811蓝芽协议议体系蓝芽软件件协议的的最终目目标是实实现各种种设备间间的交互互操作性性。12协议说明明列表Bluetoothradio蓝牙无线电（Bluetoothradio）是蓝牙设备中负责传送和接收调制电信号的收发器。出于兼容的原因，采用蓝牙的无线设备应当具有确定的无线收发特性。

Baseband基带（Baseband）即蓝牙的物理层，负责管理物理信道和链路，但不包括错误纠正、数据处理、跳选择和蓝牙安全等业务。

LinkManager链路管理器（LinkManager）主要处理链路建立、链路安全和链路控制等任务。它提供认证、加密控制、功率控制等服务和QoS能力。链路管理还可以管理不同模式（park、hold、sniff和active）下的设备。

L2CAPL2CAP即逻辑链路控制和适应层协议（LogicalLinkControlandAdaptationLayerprotocol）。它位于数据链路层，向上层协议提供复用、分段、重组和组抽象等无连接和面向连接的数据服务。L2CAP允许高层协议和应用程序收发长度最高可达64Kb的L2CAP数据包。

SDPSDP即服务发现协议（ServiceDiscoveryProtocol），应用程序使用该协议找出哪些服务可用，并确定这些可用服务的特性。HCI主机控制器接口（HostControllerInterface）它提供到基带控制器、链路管理器以及访问硬件状态和控制登记器的命令接口。RFCOMM串口仿真协议（RFCOMM）是一种简单传输协议，可在L2CAP之上仿真RS-232（EIATIA-232-E）串口电路。它支持两台蓝牙设备之间的多达60个并发连接。13链路控制制单元和和链路管管理蓝芽链路路控制单单元，也也既linkcontroller,,决定了设设备的状状态，负负责建立立网络连连接，如如功率、、纠错和和加密等等。链路管理理软件协协同链路路控制单单元工作作，两者者之间的的通信是是通过LinkManager建立的。。具体功能能参见下下表“链路控制制及链路路管理功功能摘要要”。14FunctionDescriptionNotesNetworkConnectionsThemaster’scontrollerinitiatestheconnectionprocedureandsetsthepower_savingmodeoftheslave.LinktypesTwolinktypes:SCOandACL.Packettypes见前述Nominalburstlength:DH1-366us,DH3-1622us,ErrorCorrectionThreeErrorCorrectionschemes:1/3FEC,2/3FEC,ARQErrorCorrectionisprovidedbytheLM.AuthenticationChallengeresponsealgorithm,Authenticationmaybeunused,unidirectionalorbidirectionalAuthenticationisprovidedbytheLM.EncryptionStreamcipherwithsecretkeylengthsof0,40or64bits.TestModesProvidestheabilitytoplacethedevicesintotestloopbackmodeandallowscontroloftestparasuchasfreqsetting,powercontrolandpackettype.链路控制制及链路路管理功功能摘要要:15蓝芽系统统框图16蓝芽设备备的组网网及其工工作状态态示意图：：17Bluetooth根据网路路的概念念提供点点对点和和点对多多点的无无线链接接。在任任意一个个有效通通信范围围内，所所有设备备的地位位都是平平等的。。首先提提出通信信要求的的设备称称为主设设备（Master），被动动进行通通信的设设备称为为从设备备（Slave）。利用用TDMA，一个Master最多可同同时与7个Slave进行通信信并和多多个Slave（最多可可超过200个）保持持同步但但不通信信。一个个Master和一个以以上的Slave构成的网网路称为为Bluetooth的主从网网路（Piconet）。若两两个以上上的Piconet之间存在在著设备备间的通通信，则则构成了了Bluetooth的分散网网路（Scatternet）。Piconet和Scatternet的示意图图如上图图所示。。基于TDMA原理和Bluetooth设备的平平等性，，任一Bluetooth设备在Piconet和Scatternet中，既可可作Master，又可作作Slave，还可同同时既是是Master又是Slave。因此，，在Bluetooth中没有基基站的概概念。另另外，所所有设备备都是可可移动的的。这些些设备可可以处在在以下几几个状态态情况下下：active（活动））、park（暂停））、hold（保持））和sniff（呼吸））。18测试仪器器连接框框图如图：此时，E1852作为master,,蓝芽DUT作为Slave.19蓝芽测试试—发射测试测试项目目及测试试条件：：测试项跳频测试模式包类型有效载荷数据测量带宽OutputpowerOnLoopback¹DH5²PRBS93MHzRBW3MHzVBWPowerDensityOnLoopback¹DH5²PRBS9100KHzRBW100KHzVBWPowerControlOffLoopback¹DH1PRBS93MHzRBW3MHzVBWTXOutputSpectrum–FrequencyrangeOffLoopback¹DH5²³PRBS9100KHzRBW300KHzVBWTXOutputSpectrum-20dBBandwidthOffLoopback¹DH5²³PRBS910KHzRBW30KHzVBWTXOutputSpectrum-AdjacentchannelpowerOffLoopback¹DH1PRBS9100KHzRBW300KHzVBWModulationCharacteristicOffLoopback¹DH5²1111000010101010InitialCarrierFrequencyToleranceOn/offLoopback¹DH1PRBS9CarrierFrequencydriftoffLoopback¹DH1/DH3/DH5²1010101020注释：1：如果不不能选择择loopback模式，则则可以用用TX中的Transmitmode.2：如果被被测设备备不支持持DH5类型的包包，可以以选用它它所能支支持的最最长的包包（包的的有效载载荷也最最长）；；3：在最初初的测试试标准中中，要求求用DH1包完成这这项测试试，然而而在实际际的对一一些DUT的测试中中发现包包的类型型对实际际的测试试是有一一定的影影响的，，因此现现在也要要求选用用DUT所支持的的最长的的包的类类型来进进行测试试。21测试结果果标准值值列表如下下：测试项目测试参数测试标准值备注OutputPowerPeakPower<23dBmForlenovo,<7dBmAveragePower-6dBm<Paver<4dBmOutputdensityPeakPowerdensity<20dBm@100KHzBWForlenovo,<7dBmPowerControlMaxstep<8dBMinstep>2dBTXOutputSpectrum-FrequencyrangeLowfrequency>2.400GHzHighfrequency<2.483GHzTXOutputSpectrum-20dBBandwidth|Fh-Fl|<1MHzTXOutputSpectrum-Adjacentchannelpower|M-N|=2-20dBm|M-N|>2-40dBm22发射过程程中的包包：23测试项目测试参数测试标准值备注ModulationCharacteristicF1avg140KHz<f1avg<175KHzPayloadpattern:11110000F2avg82.2KHz<F2avg<140KHzPayloadpattern:10101010F2max>115KHzforatleastorallf2maxF2avg/f1avg>0.8InitialCarrierFrequencyTolerancefoFtx-75KHz<fo<Ftx+75KHzCarrierFrequencyDriftDH1-25KHz<FreqDrift<25KHzDH1DH3-25KHz<FreqDrift<25KHzDH3DH5-25KHz<FreqDrift<25KHzDH5MaximumDrift|Driftrate|<20KHz/50usDH1,DH3,DH524蓝芽测试试—收发机测试试测试项目目及测试试条件：：测试项目跳频测试模式包类型有效载荷数据测试频率Out-of-BandSpuiousEmissionsOffLoopbackDH1PRBS92.441GHz25测试结果果标准值值列表如下下：测试项目测试参数测试标准值备注FrequencyrangeLimitwhenoperationLimitwheninstandbyOut-of-BandSpuiousEmissions30MHz-1GHz-36dBm-57dBmAbove1GHz-12.75GHz-30dBm-47dBm1.8-1.9GHz-47dBm-47dBm5.15-5.3GHz-47dBm-47dBm26蓝芽测试试—接收测试测试项目目及测试试条件测试项目跳频测试模式包类型有效载荷数据BER测量值Sensitivity-singleslotpacketsOff/onLoopbackDH1PRBS9<=0.1%Sensitivity-multi-slotpacketsOff/onLoopbackDH5/DH3PRBS9<=0.1%C/IperformanceOffLoopbackLongestsupportedPRBS9<=0.1%BlockingperformanceOffLoopbackDH1PRBS9<=0.1%IntermodulationperformanceOffLoopbackDH1PRBS9<=0.1%MaximumInputLevelOffLoopbackDH1PRBS9<=0.1%27测试结果果标准值值列表如下下：1、Sensitivity-single((multi--)slotpackets测试参数测试标准值备注Sensitivity-70dBm@0.1%BERSensitivityandNoiseFigureRequirementsSensitivityInputNoiseInputSNRRequiredC/NRequiredNF-70dBm-113.3dBm43.8dB11dB32.8dB282、C/Iperformace测试参数RatioWantedsignalLevelP[dB]>reference