蓝牙射频技术浅析

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蓝牙作为一种新的短距离无线通信技术标准,具有广泛的应用前景,正受到全球各界的广泛关注。新兴的蓝牙技术已从萌芽期进入了发展期,尽管和其他短距离无线技术相比(如:IEEE802.11b、HomeRF、IrDA),蓝牙技术的优势还存在很大的争议。但是,趋于成熟的蓝牙产品进入市场仍是必然的趋势。

蓝牙技术有以下特点:支持用户在许多设备之间进行无线数据交换及文件同步,使移动电话、便携式计算机以及各种便携式通信设备之间在近距离内资源共享;支持非可视范围内的通信与连接,且能在移动中进行无线连接和通信;支持无线设备到有线网络之间的无线连接,只要连接到局域网的蓝牙接入点,就可以实现有线局域网的无线数据连接;支持电路交换与分组交换,支持语音、数据和视频信号传输。

蓝牙无线技术采用的是一种扩展窄带信号频谱的数字编码技术,通过编码运算增加了发送比特的数量,扩大了使用的带宽。蓝牙使用跳频方式来扩展频谱。跳频扩频使得带宽上信号的功率谱密度降低,从而大大提高了系统抗电磁干扰、抗串话干扰的能力,使得蓝牙的无线数据传输更加可靠。

在频带和信道分配方面,蓝牙系统一般工作在2.4GHz的ISM频段。起始频率为2.402GHz,终止频率为2.480GHz,还在低端设置了2MHz的保护频段,高端设置了3.5MHz的保护频段。共享一个公共信道的所有蓝牙单元形成一个微网,每个微网最多可以有8个蓝牙单元。在微网中,同一信道的各单元的时钟和跳频均保持同步。

蓝牙具有以下的射频收发特性。蓝牙采用时分双工传输方案,使用一个天线利用不同的时间间隔发送和接收信号,且在发送和接收信息中通过不断改变传输方向来共用一个信道,实现全双工传输;蓝牙发射功率可分为3个级别:100mW、2.5mW和1mW。一般采用的发送功率为1mW,无线通信距离为10m,数据传输速率达1Mb/s。若采用新的蓝牙2.0标准,发送功率为100mW,可使蓝牙的通信距离达 100m,数据传输速率也达到10Mb/s。除此之外,蓝牙标准还对收发过程的寄生辐射、射频容限、干扰和带外抑制等做了详尽的规定,以保证数据传输的安全。

蓝牙无线设备实现串行通信是通过无线射频链接,利用蓝牙模块实现。蓝牙模块主要由无线收发单元、链路控制单元和链路管理及主机I/O这3个单元组成。就蓝牙射频模块来说,为了在提高收发性能的同时减小器件的体积和成本,各公司都采用了自己特有的一些技术,从而使蓝牙射频模块的结构都不尽相同。但就其基本原理来说,蓝牙射频模块一般由接收模块、发送模块和合成器这三个模块组成。

当射频模块在接收模式下时,信号由天线接收,经过滤波器和收发控制开关进入接收模块。接收模块首先通过巴伦将从收发控制模块传来的不平衡信号转为平衡信号(这样可以得到较高的共模抑制比);然后通过一个低噪放大器将接收的微弱信号放大,最后在解调电路中与从合成器提供的本振信号作用,将载波信号解调输出。

当射频模块在发送模式下,数据由基带模块输入,在合成器中进行载波调制,调制后的信号进入发送模块。在发送模块中,收发控制线选通低噪放大器,将调制信号放大,并由巴伦转为非平衡信号输出至收发控制开关。再由收发控制线选通至滤波器,通过天线向外发送。

合成器是收发模块中最关键的部分。合成器在频道选择和接收模式时采用锁相环技术。在接收模式下,锁相环路闭合,用于提供接收模块解调信号所需稳定的本振。在发送模式下,锁相环路开路,调制信号直接加载到VCO上对载波进行调制。此时载波频率由环路滤波器输出电压保持。通常合成器的工作频率仅为发射频率的一半,以减少与射频放大器的耦合。

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