經(jīng)典藍牙為工作于2400~2480MHz ISM 頻段的無線連接技術(shù)。與有線通信不同的是，無線通信技術(shù)無法避免來自空中的串?dāng)_和沖突從而具有相對的不可靠性，這是任何無線技術(shù)都不可避免的課題。為了減少同頻、空中干擾并提高無線通信的健壯性和穩(wěn)定性,，經(jīng)典藍牙跳頻技術(shù)應(yīng)運而生，本文主要介紹經(jīng)典藍牙跳頻技術(shù)相關(guān)內(nèi)容。

1為什么要使用跳頻技術(shù)

2400~2480MHz ISM 頻段作為眾多短距無線通信技術(shù)使用的公共資源，因此常規(guī)空中環(huán)境內(nèi)可能同時存在較多的無線通信設(shè)備，例如WiFi、ZigBee、BLE等。此外，經(jīng)典藍牙協(xié)議可以同時允許8個藍牙設(shè)備相互連接組成一個微型無線網(wǎng)絡(luò)。此時，處理在有效傳輸范圍內(nèi)多個無線通信設(shè)備之間的相互干擾成為重大問題，而該問題的解決推動了跳頻技術(shù)方案的產(chǎn)生。經(jīng)典藍牙跳頻技術(shù)定義了79個獨立且可隨機選擇的有效通信頻率，每個藍牙設(shè)備都能使用其中任何一個頻率，且能有規(guī)律地隨時跳往另一個頻率。由于其跳頻時間短速度快的特性，極大降低了出現(xiàn)兩個發(fā)射器使用相同頻率的概率，且即使在特定頻率下有某些干擾，跳頻技術(shù)會使其持續(xù)影響時間變得相對較小，進而將外界信道干擾對藍牙設(shè)備間通訊的影響降低。所以，經(jīng)典藍牙跳頻技術(shù)具有一定的獨創(chuàng)性和安全性，為多種經(jīng)典藍牙設(shè)備提供了超強的抗干擾、抗衰落能力。

2跳頻序列類型有哪些

經(jīng)典藍牙跳頻技術(shù)的頻率選擇方案由兩個部分組成：跳頻序列與信道選擇；

2.1跳頻序列的選擇

在經(jīng)典藍牙協(xié)議中總共定義了六種跳頻序列，其中有5種屬于基本跳頻系統(tǒng)，一種為自適應(yīng)跳頻（adaptive frequency hopping簡稱AFH）系統(tǒng)。

page hopping sequence：該序列覆蓋32個頻率是一個定義明確的周期序列，其各個頻點均勻分布在2.4G的79個頻率信道上。

page response hopping sequence：所覆蓋32個頻率周期序列，與page hopping sequence一一對應(yīng)。Central 和Peripheral使用不同的規(guī)則來獲得相同的序列。

inquiry hopping sequence：其覆蓋32個頻率是一個定義明確的周期序列，均勻分布在2.4G的79個頻率信道上。

inquiry response hopping sequence：該序列覆蓋32個頻率且與inquiry hopping sequence一一對應(yīng)。

basic channel hopping sequence：其周期長度較長，在短時間間隔內(nèi)不重復(fù)使用同一信道，跳變頻率平均分布在79 MHz上。

adapted channel hopping sequence：adapted channel hopping sequence是一種源自basic channel hopping sequence的自適應(yīng)信道跳變序列，它使用與之相同的信道選擇機制，允許最大使用79個頻率，最小使用20個頻率。adapted channel hopping sequence被用來代替basic channel hopping sequence，為信道篩選之后的結(jié)果。

2.2頻道的選擇

如下圖2.1 ,RF 信道的選擇依賴于跳頻序列、UAP/LAP、時鐘等作為輸入?yún)?shù)，輸出偽隨機序列，然后映射到對應(yīng)的跳頻序列，從而完成頻率信道的選取。跳頻序列包括上述的所有序列。

圖2.1

在page, Central page response, Peripheral page response, page scan, inquiry, inquiry response and inquiry scan等過程的跳頻序列選擇時，經(jīng)典藍牙跳頻技術(shù)方案會選擇相同的32個跳頻頻道，其跨越64MHz，并以偽隨機的方式使用這些頻率信道。當(dāng)選擇basic channel hopping sequence時，會通過79個跳頻頻道構(gòu)成一個偽隨機序列，進行頻道跳變。

圖2.2

在同一包的發(fā)送過程中，其使用的頻率信道保持不變，如下圖。

圖2.3

3AFH

AFH為adaptive frequency hopping的縮寫，是原用于軍事和情報領(lǐng)域中的跳頻技術(shù)，后被廣泛用于藍牙通信等領(lǐng)域，用以保證通信的抗干擾性和保密性。

AFH功能的前提是可以實時識別并篩選有效頻率信道，此過程通常稱為“信道評估”。信道評估的方式主要分為兩種：一種是通過RSSI檢測方法，即利用空閑時間RF掃描測試各個信道的占用情況，并給各個信道分類；一種是PER 檢測方法：根據(jù)信道上通信時PER 高低確定信道的好壞。

然后通過LMP命令通知網(wǎng)絡(luò)中的成員交換AFH相關(guān)的信息。Central設(shè)備通過分類，把信道分為好信道、壞信道、未用信道，然后把信道分類情況通知Peripheral設(shè)備。同時，Peripheral設(shè)備把自己的掃描的環(huán)境情況通知Central設(shè)備。Central和Peripheral設(shè)備之間收集彼此的環(huán)境信息，以便確定哪些信道可用，哪些不可用，為下一步自適應(yīng)跳頻序列的產(chǎn)生做準備。

AFH所對應(yīng)AFH channel map的更新由Central設(shè)備所決定，當(dāng)任一設(shè)備檢測到空中環(huán)境有所變化，例如空中環(huán)境2440M的信道環(huán)境干擾突然變大以至于在此信道內(nèi)的PER較高，到達某一范圍后，會將該信道設(shè)置為不可用信道。此時Central設(shè)備會結(jié)合本地與對端設(shè)備提供的可用信道更新AFH channel map；同時，Central設(shè)備會發(fā)送LMP_SET_AFH的命令給Peripheral設(shè)備來同步最新的AFH channel map，并約定在同一時刻開始使用新的跳頻序列。

圖3.1

圖3.2

如圖是一塊泰凌微TLSR9518開發(fā)板，由于該芯片使用的Bluetooth stack已經(jīng)包含了AFH的跳頻功能，可以通過與耳機連接來驗證當(dāng)前的AFH功能篩選后使用的信道；

圖3. 3 TLSR9518開發(fā)板

下圖為與耳機連接作為Central設(shè)備時，頻譜儀以為2440MHz中心點抓取到的AFH功能篩選后的使用信道，此時模擬干擾源工作在2466MHz，從圖中可以看到AFH機制識別出這一干擾源，并避免使用干擾源同頻頻點。

圖3.4 當(dāng)前正在使用的信道

4跳頻技術(shù)的應(yīng)用

當(dāng)前經(jīng)典藍牙跳頻技術(shù)應(yīng)用場景廣泛，特別是針對數(shù)據(jù)量大，包長較長的音樂、電話等媒體場景效果顯著，為藍牙發(fā)現(xiàn)、配對、連接、傳輸?shù)榷鄠€狀態(tài)提供了穩(wěn)定健壯的技術(shù)基礎(chǔ)。基于目前泰凌微電子所支持經(jīng)典藍牙技術(shù)的TLSR951x和TLSR952x兩個系列的SoC芯片，泰凌微致力于軟硬件兩方面進行跳頻技術(shù)的研究與拓展。目前所量產(chǎn)的經(jīng)典藍牙設(shè)備開發(fā)方案，包括無線耳機、TWS耳機、智能手表、辦公設(shè)備、汽車鑰匙等等均得益于經(jīng)典藍牙跳頻技術(shù)在可靠性、健壯性及多方面性能的保障與提升。