從1999年藍(lán)牙的第一個版本1.0發(fā)布，至今已有二十年。期間歷經(jīng)V1.0，V1.1，V1.2，V2.0+EDR，V2.1+EDR，V3.0+HS，V4.0，V4.1，V4.2，V5.0，V5.1等十多個版本的演變。從1.0到3.0版本又稱為Classic Bluetooth；從4.0以后的版本又稱為Bluetooth Low Energy。在藍(lán)牙的核心協(xié)議最新版本卷2和卷6分別定義了兩大類藍(lán)牙版本的射頻特性。有經(jīng)典藍(lán)牙（Classic BT）的GFSK，basic rate也就是1Mbps速率，以及EDR定義的DPSK 2Mbps和3Mbps速率；BLE版本的低功耗藍(lán)牙，也定義了GFSK（Gaussian Frequency Shift Keying）的調(diào)制方式，但頻譜波形卻有不同。下面我們從兩道選擇題說起，答案可以通過回復(fù)消息來提交：

問題1：請按照黃色-藍(lán)色-粉色-綠色的順序排列出下面截圖中顯示的波形分別是藍(lán)牙哪個版本的頻譜？

A．BLE—2Mbps B．BT2.0+EDR—3Mbps

C．BT2.0—1Mbps D．BLE—1Mbps

如果第一問輕松過關(guān)，再來看問題2：請按照黃色-粉色-綠色的順序排列出下面截圖中顯示的波形分別是藍(lán)牙BLE哪種類型的頻譜？

A．BT5.0—LE 2Mbps B．BT5.0—LE 1Mbps C．BT5.0—LE Coded 125kbps

以上兩道問題如果都能說得清道得明，那么下述內(nèi)容可以跳過了。如果不是很確定，請繼續(xù)往下看：

經(jīng)典藍(lán)牙在2.0版本之后為提升數(shù)據(jù)速率，增加了PSK的調(diào)制，對2 Mb/s的速率定義了π/4旋轉(zhuǎn)的差分編碼QPSK (π/4-DQPSK)調(diào)制，對3 Mb/s的速率定義了差分編碼8PSK(8DPSK)的調(diào)制。此兩者由于采用了高階調(diào)制而不是1比1的2FSK，有效數(shù)據(jù)傳輸效率分別提升到2倍和3倍，但符號速率是一致的，仍為1M sym/s，所以這兩種波形頻譜帶寬和形狀都比較類似。下面針對不同版本的GFSK進(jìn)行對比分析。

首先，比較一下Classic BT Basic Rate和BLE版本GFSK的協(xié)議規(guī)定：以下是針對Basic Rate協(xié)議中給出的GFSK調(diào)制的規(guī)定：

? Bandwidthbit period productBT=0.5；

? Modulation index shall bebetween 0.28 and 0.35；

? The symbol timing shall beless than ±20 ppm；

? For each transmission, theminimum frequency deviation, Fmin = min{|Fmin+|,Fmin-}, which corresponds to1010 sequence shall be no smaller than ±80% of the frequency deviation (fd)with respect to the transmit frequency Ft, which corresponds to a 00001111sequence；

? The minimum frequencydeviation shall never be smaller than 115kHz. The data transmitted has a symbolrate of 1 Msym/s；

? The zero crossing error is thetime difference between the ideal symbol period and the measured crossing time.This shall be less than ± 1/8 of a symbol period

以下是針對BLE版本，協(xié)議中給出的GFSK的規(guī)定：

? Bandwidthbit period productBT=0.5；

? The modulation index shallbe between 0.45 and 0.55；

? The symbol timing accuracyshall be better than ±50 ppm；

? For each transmission theminimum frequency deviation, Fmin = min { |Fmin+ | , Fmin- } which correspondsto a 1010 sequence, shall be no smaller than ±80% of the frequency deviationwith respect to the transmit frequency, which corresponds to a 00001111sequence；

? The minimum frequencydeviation shall never be less than 185 kHz when transmitting at 1 megasymbolper second (Msym/s) symbol rate and never be less than 370 kHz when transmittingat 2 Msym/s symbol rate；

? The zero crossing error is thetime difference between the ideal symbol period and the measured crossing time.This shall be less than ±1/8 of a symbol period；

? An LE device with atransmitter that has a stable modulation index may inform the receiving LEdevice of this fact through the feature support mechanism. The modulation indexfor these transmitters shall be between 0.495 and 0.505. A device shall onlystate that it has a stable modulation index if that applies to all LEtransmitter PHYs it supports

對以上協(xié)議中規(guī)定的不同點，已經(jīng)用下劃線標(biāo)注，可見最大的不同在于調(diào)制指數(shù)和調(diào)制頻偏。就是說同為GFSK調(diào)制，data rate同為1Mbps，調(diào)制符號速率同為1Msym/s，但由于調(diào)制指數(shù)不同，最大頻偏不同，頻譜的形狀就有差別，下面兩圖分別是最大頻偏為115kHz和185kHz的GFSK頻譜圖。所以對于BT2.0和BLE的1Mbps頻譜圖我們可以區(qū)別出來。

圖1 GFSK最大頻偏115kHz（上）和最大頻

第二道問題中的5.0不同波形，頻譜最寬的一定是2Mbps的頻譜，而黃色和粉色都是同樣的帶寬，要如何區(qū)分呢？協(xié)議中定義了以下四種物理層調(diào)制編碼類型，1Mbps和2Mbps是uncoded，125kbps和500kbps是coded類型，即支持糾錯編碼。編碼又分為兩種，一種是S=2，即2個symbol代表1個bit因此支持500kbps速率，另一種是S=8，即8個symbol代表1個bit，所以支持125kbps速率。很顯然coded類型是為了增加信道的抗干擾能力，有效提升傳輸距離，改善接收靈敏度。這與5.0要支持更大覆蓋范圍的需求是相對應(yīng)的。

而125kbps頻譜和1Mbps頻譜的本質(zhì)區(qū)別就在于payload的數(shù)據(jù)類型不同。我們可以先舉個例子，來對比一下當(dāng)payload分別為PN9和11110000重復(fù)兩種情況下的GFSK頻譜，如下圖所示

可知，payload對FSK頻譜形狀的影響也很明顯，根據(jù)協(xié)議的規(guī)定，對于編碼之后的payload正是產(chǎn)生了多個連續(xù)1和連續(xù)0的情況，下圖舉例說明了在S=2和S=8編碼之后數(shù)據(jù)的實際輸出，會有很多重復(fù)的1和0出現(xiàn)。

綜上，可以很容易區(qū)分不同版本藍(lán)牙的GFSK頻譜。

?以上信息由英利檢測（Teslab）整理發(fā)布，歡迎一起討論，我們一直在關(guān)注這方面的發(fā)展，如有引用也請注明出處。

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