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藍牙為什么采用跳頻通信

藍牙(Bluetooth)工作在2.4G頻段的,藍牙的頻段是從2401MHz 到2479MHz,每個channel占1MHz,共79個channel。藍牙工作的時候會以每秒1600 次的速率進行跳頻,藍牙數據包的長度也都不長,通過藍牙來傳數據時間方面基 本上是確定的。 因為WiFi和藍牙基本上工作在同一頻段,如果兩者同時工作,必然會或多或少會 有互相干擾的現象。當然,如果WiFi和藍牙在物理上已經能夠達到30dB或者以上 的隔離的話,它們之間的相互干擾基本可以忽略不計了。咱們今天討論的是WiFi 和藍牙物理隔離度不好的情況下怎樣來消除或者減弱這種干擾。

1. 藍牙的AFH(自適應調頻)技術

所謂AFH,是說藍牙在工作的時候自動避開某些頻段,如果WiFi工作在某個頻段, 那么藍牙就會避開WiFi所占用的22MHz的頻段。FCC直到藍牙v1.2的時候才允許使 用AFH技術。

AFH在下面兩種情況下基本上是能正常工作的。

a) WiFi在發送數據,藍牙也在發送數據。兩者的有效數據都沒有被對方的噪聲淹沒。對于手持設備來說,發射功率基本上在10dBm左右。

b) WiFi在接收數據,藍牙也在接收數據。兩者的有效數據也都沒被對方的噪聲淹沒。 信號強度會小很多,基本上在-40dBm左右。

但是在下面兩種情況下,AFH基本無效。

a) WiFi在發送數據,藍牙在接收數據。因為WiFi的發射功率遠比藍牙收到的信號強度 要強,所以藍牙的有效數據就被淹沒在WiFi的噪聲里面。

b) WiFi在接收數據,藍牙在發送數據。同理,WiFi的有效數據會被淹沒在藍牙的噪聲 里。

AFH 的實現過程為設備識別、信道分類、分類信息交換、自適應跳頻。1,設備識別:藍牙設備之間進行互聯之前,首先根據鏈路管理協議(LMP:Link Manager Protocol)交換雙方之間的信息,確定雙方是否均支持AFH模式,LMP信息中包含了雙方應使用的最小信道數。此步驟由主機進行詢問,從機回答。2,信道分類:首先按照PLRs(Packet Loss Ratios)的門限制、有效載荷的CRC,HEC,FEC誤差參數對每一個信道進行評估。從設備測量CRC時,也會自動檢測此包的CRC,已決定此包的正誤。然后主從設備分別按照LMP的格式形成一份分類表,之后主從設備的跳頻會根據此分類表進行。3,信道信息交換:主從設備會通過LMP命令通知網絡中的所有成員,交換AFH的信息,信道被分為好信道,壞信道,未用信道。主從設備之間聯系以確定那些信道可用,那些不可用。4,執行AFH:先進性調頻編輯,以選擇合適的調頻頻率。由于環境中會存在突發干擾,所以調頻的分類表需要進行周期性跟新,并且及時進行相互交流。

藍牙為什么采用跳頻通信:

與定頻通信相比,跳頻通信比較隱蔽也難以被截獲。只要對方不清楚載頻跳變的規律,就很難截獲我方的通信內容。同時,跳頻通信也具有良好的抗干擾能力,即使有部分頻點被干擾,仍能在其他未被干擾的頻點上進行正常的通信。由于跳頻通信系統是瞬時窄帶系統,它易于與其他的窄帶通信系統兼容,也就是說,跳頻電臺可以與常規的窄帶電臺互通,有利于設備的更新。

藍牙跳頻技術,是實現藍牙擴譜的關鍵技術。由于2.4GHz ISM頻段是對所有無線電系統都開放的頻段,而藍牙系統不是工作在該頻段的第一個系統,大多數無線局域網、某些無繩電話以及某些軍用或民用通信都在使用該頻段,微波爐、高壓鈉燈的無線電波也在此頻率范圍之內,所以ISM頻譜已變得相當擁擠而嘈雜,使用ISM頻段的任何系統都會遇到干擾。藍牙技術通過使用擴頻的方式,使得系統所傳輸的信號工作在一個很寬的頻帶上,傳統的窄帶干擾只能影響到擴頻信號的一小部分,這就使得信號不容易受到電磁噪聲和其他干擾信號的影響,從而更加穩定。同時,藍牙以跳頻技術作為頻率調制手段,如果在一個頻道上遇到干擾,就可以迅速跳到可能沒有干擾的另一個頻道上工作;如果在一個頻道傳送的信號因受到干擾而出現了差錯,就可以跳到另一個頻道上重發,從而加強了信號的可靠性和安全性。

由于擴頻降低了信號的功率譜密度,所以被監聽的可能也大大減小了,對其他窄帶通信系統的干擾也很小。藍牙采用跳頻技術進行擴頻,上述的偽隨機擴頻碼序列在藍牙技術內被稱為跳頻序列。藍牙主設備決定跳頻序列,從設備依照該序列以每秒1600跳的頻率進行跳頻。雙方需要周期進行同步,以保證在可容許的誤差內同時跳到相同的頻率。