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蓝牙为什么采用跳频通信

蓝牙(Bluetooth)工作在2.4G频段的,蓝牙的频段是从2401MHz 到2479MHz,每个channel占1MHz,共79个channel。蓝牙工作的时候会以每秒1600 次的速率进行跳频,蓝牙数据包的长度也都不长,通过蓝牙来传数据时间方面基 本上是确定的。 因为WiFi和蓝牙基本上工作在同一频段,如果两者同时工作,必然会或多或少会 有互相干扰的现象。当然,如果WiFi和蓝牙在物理上已经能够达到30dB或者以上 的隔离的话,它们之间的相互干扰基本可以忽略不计了。咱们今天讨论的是WiFi 和蓝牙物理隔离度不好的情况下怎样来消除或者减弱这种干扰。

1. 蓝牙的AFH(自适应调频)技术

所谓AFH,是说蓝牙在工作的时候自动避开某些频段,如果WiFi工作在某个频段, 那么蓝牙就会避开WiFi所占用的22MHz的频段。FCC直到蓝牙v1.2的时候才允许使 用AFH技术。

AFH在下面两种情况下基本上是能正常工作的。

a) WiFi在发送数据,蓝牙也在发送数据。两者的有效数据都没有被对方的噪声淹没。对于手持设备来说,发射功率基本上在10dBm左右。

b) WiFi在接收数据,蓝牙也在接收数据。两者的有效数据也都没被对方的噪声淹没。 信号强度会小很多,基本上在-40dBm左右。

但是在下面两种情况下,AFH基本无效。

a) WiFi在发送数据,蓝牙在接收数据。因为WiFi的发射功率远比蓝牙收到的信号强度 要强,所以蓝牙的有效数据就被淹没在WiFi的噪声里面。

b) WiFi在接收数据,蓝牙在发送数据。同理,WiFi的有效数据会被淹没在蓝牙的噪声 里。

AFH 的实现过程为设备识别、信道分类、分类信息交换、自适应跳频。1,设备识别:蓝牙设备之间进行互联之前,首先根据链路管理协议(LMP:Link Manager Protocol)交换双方之间的信息,确定双方是否均支持AFH模式,LMP信息中包含了双方应使用的最小信道数。此步骤由主机进行询问,从机回答。2,信道分类:首先按照PLRs(Packet Loss Ratios)的门限制、有效载荷的CRC,HEC,FEC误差参数对每一个信道进行评估。从设备测量CRC时,也会自动检测此包的CRC,已决定此包的正误。然后主从设备分别按照LMP的格式形成一份分类表,之后主从设备的跳频会根据此分类表进行。3,信道信息交换:主从设备会通过LMP命令通知网络中的所有成员,交换AFH的信息,信道被分为好信道,坏信道,未用信道。主从设备之间联系以确定那些信道可用,那些不可用。4,执行AFH:先进性调频编辑,以选择合适的调频频率。由于环境中会存在突发干扰,所以调频的分类表需要进行周期性跟新,并且及时进行相互交流。

蓝牙为什么采用跳频通信:

与定频通信相比,跳频通信比较隐蔽也难以被截获。只要对方不清楚载频跳变的规律,就很难截获我方的通信内容。同时,跳频通信也具有良好的抗干扰能力,即使有部分频点被干扰,仍能在其他未被干扰的频点上进行正常的通信。由于跳频通信系统是瞬时窄带系统,它易于与其他的窄带通信系统兼容,也就是说,跳频电台可以与常规的窄带电台互通,有利于设备的更新。

蓝牙跳频技术,是实现蓝牙扩谱的关键技术。由于2.4GHz ISM频段是对所有无线电系统都开放的频段,而蓝牙系统不是工作在该频段的第一个系统,大多数无线局域网、某些无绳电话以及某些军用或民用通信都在使用该频段,微波炉、高压钠灯的无线电波也在此频率范围之内,所以ISM频谱已变得相当拥挤而嘈杂,使用ISM频段的任何系统都会遇到干扰。蓝牙技术通过使用扩频的方式,使得系统所传输的信号工作在一个很宽的频带上,传统的窄带干扰只能影响到扩频信号的一小部分,这就使得信号不容易受到电磁噪声和其他干扰信号的影响,从而更加稳定。同时,蓝牙以跳频技术作为频率调制手段,如果在一个频道上遇到干扰,就可以迅速跳到可能没有干扰的另一个频道上工作;如果在一个频道传送的信号因受到干扰而出现了差错,就可以跳到另一个频道上重发,从而加强了信号的可靠性和安全性。

由于扩频降低了信号的功率谱密度,所以被监听的可能也大大减小了,对其他窄带通信系统的干扰也很小。蓝牙采用跳频技术进行扩频,上述的伪随机扩频码序列在蓝牙技术内被称为跳频序列。蓝牙主设备决定跳频序列,从设备依照该序列以每秒1600跳的频率进行跳频。双方需要周期进行同步,以保证在可容许的误差内同时跳到相同的频率。