經(jīng)典藍牙為工作于2400~2480MHz ISM 頻段的無線連接技術。與有線通信不同的是，無線通信技術無法避免來自空中的串擾和沖突從而具有相對的不可靠性，這是任何無線技術都不可避免的課題。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)典藍牙跳頻技術應運而生，本文主要介紹經(jīng)典藍牙跳頻技術相關內(nèi)容。

1為什么要使用跳頻技術

2400~2480MHz ISM 頻段作為眾多短距無線通信技術使用的公共資源，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個藍牙設備相互連接組成一個微型無線網(wǎng)絡。此時，處理在有效傳輸范圍內(nèi)多個無線通信設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方案的產(chǎn)生。經(jīng)典藍牙跳頻技術定義了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備間通訊的影響降低。所以，經(jīng)典藍牙跳頻技術具有一定的獨創(chuàng)性和安全性，為多種經(jīng)典藍牙設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。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。

basic channel hopping sequence：其周期長度較長，在短時間間隔內(nèi)不重復使用同一信道，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。當選擇basic channel hopping sequence時，會通過79個跳頻頻道構成一個偽隨機序列，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域中的跳頻技術，后被廣泛用于藍牙通信等領域，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)絡中的成員交換AFH相關的信息。Central設備通過分類，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設備。同時，Peripheral設備把自己的掃描的環(huán)境情況通知Central設備。Central和Peripheral設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，為下一步自適應跳頻序列的產(chǎn)生做準備。

AFH所對應AFH channel map的更新由Central設備所決定，當任一設備檢測到空中環(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，會將該信道設置為不可用信道。此時Central設備會結(jié)合本地與對端設備提供的可用信道更新AFH channel map；同時，Central設備會發(fā)送LMP_SET_AFH的命令給Peripheral設備來同步最新的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 當前正在使用的信道

4跳頻技術的應用

當前經(jīng)典藍牙跳頻技術應用場景廣泛，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)定健壯的技術基礎。基于目前泰凌微電子所支持經(jīng)典藍牙技術的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的研究與拓展。目前所量產(chǎn)的經(jīng)典藍牙設備開發(fā)方案，包括無線耳機、TWS耳機、智能手表、辦公設備、汽車鑰匙等等均得益于經(jīng)典藍牙跳頻技術在可靠性、健壯性及多方面性能的保障與提升。