藍牙射頻技術淺析

標簽：合成器 藍牙無線技術

藍牙作為一種新的短距離無線通信技術標準，具有廣泛的應用前景，正受到全球各界的廣泛關注。新興的藍牙技術已從萌芽期進入了發(fā)展期，盡管和其他短距離無線技術相比(如：IEEE802.11b、HomeRF、IrDA)，藍牙技術的優(yōu)勢還存在很大的爭議。但是，趨于成熟的藍牙產(chǎn)品進入市場仍是必然的趨勢。

藍牙技術有以下特點：支持用戶在許多設備之間進行無線數(shù)據(jù)交換及文件同步，使移動電話、便攜式計算機以及各種便攜式通信設備之間在近距離內(nèi)資源共享;支持非可視范圍內(nèi)的通信與連接，且能在移動中進行無線連接和通信;支持無線設備到有線網(wǎng)絡之間的無線連接，只要連接到局域網(wǎng)的藍牙接入點，就可以實現(xiàn)有線局域網(wǎng)的無線數(shù)據(jù)連接;支持電路交換與分組交換，支持語音、數(shù)據(jù)和視頻信號傳輸。

藍牙無線技術采用的是一種擴展窄帶信號頻譜的數(shù)字編碼技術，通過編碼運算增加了發(fā)送比特的數(shù)量，擴大了使用的帶寬。藍牙使用跳頻方式來擴展頻譜。跳頻擴頻使得帶寬上信號的功率譜密度降低，從而大大提高了系統(tǒng)抗電磁干擾、抗串話干擾的能力，使得藍牙的無線數(shù)據(jù)傳輸更加可靠。

在頻帶和信道分配方面，藍牙系統(tǒng)一般工作在2.4GHz的ISM頻段。起始頻率為2.402GHz，終止頻率為2.480GHz，還在低端設置了2MHz的保護頻段，高端設置了3.5MHz的保護頻段。共享一個公共信道的所有藍牙單元形成一個微網(wǎng)，每個微網(wǎng)最多可以有8個藍牙單元。在微網(wǎng)中，同一信道的各單元的時鐘和跳頻均保持同步。

藍牙具有以下的射頻收發(fā)特性。藍牙采用時分雙工傳輸方案，使用一個天線利用不同的時間間隔發(fā)送和接收信號，且在發(fā)送和接收信息中通過不斷改變傳輸方向來共用一個信道，實現(xiàn)全雙工傳輸;藍牙發(fā)射功率可分為3個級別：100mW、2.5mW和1mW。一般采用的發(fā)送功率為1mW，無線通信距離為10m，數(shù)據(jù)傳輸速率達1Mb/s。若采用新的藍牙2.0標準，發(fā)送功率為100mW，可使藍牙的通信距離達 100m，數(shù)據(jù)傳輸速率也達到10Mb/s。除此之外，藍牙標準還對收發(fā)過程的寄生輻射、射頻容限、干擾和帶外抑制等做了詳盡的規(guī)定，以保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?/p>

藍牙無線設備實現(xiàn)串行通信是通過無線射頻鏈接，利用藍牙模塊實現(xiàn)。藍牙模塊主要由無線收發(fā)單元、鏈路控制單元和鏈路管理及主機I/O這3個單元組成。就藍牙射頻模塊來說，為了在提高收發(fā)性能的同時減小器件的體積和成本，各公司都采用了自己特有的一些技術，從而使藍牙射頻模塊的結構都不盡相同。但就其基本原理來說，藍牙射頻模塊一般由接收模塊、發(fā)送模塊和合成器這三個模塊組成。

當射頻模塊在接收模式下時，信號由天線接收，經(jīng)過濾波器和收發(fā)控制開關進入接收模塊。接收模塊首先通過巴倫將從收發(fā)控制模塊傳來的不平衡信號轉(zhuǎn)為平衡信號(這樣可以得到較高的共模抑制比);然后通過一個低噪放大器將接收的微弱信號放大，最后在解調(diào)電路中與從合成器提供的本振信號作用，將載波信號解調(diào)輸出。

當射頻模塊在發(fā)送模式下，數(shù)據(jù)由基帶模塊輸入，在合成器中進行載波調(diào)制，調(diào)制后的信號進入發(fā)送模塊。在發(fā)送模塊中，收發(fā)控制線選通低噪放大器，將調(diào)制信號放大，并由巴倫轉(zhuǎn)為非平衡信號輸出至收發(fā)控制開關。再由收發(fā)控制線選通至濾波器，通過天線向外發(fā)送。

合成器是收發(fā)模塊中最關鍵的部分。合成器在頻道選擇和接收模式時采用鎖相環(huán)技術。在接收模式下，鎖相環(huán)路閉合，用于提供接收模塊解調(diào)信號所需穩(wěn)定的本振。在發(fā)送模式下，鎖相環(huán)路開路，調(diào)制信號直接加載到VCO上對載波進行調(diào)制。此時載波頻率由環(huán)路濾波器輸出電壓保持。通常合成器的工作頻率僅為發(fā)射頻率的一半，以減少與射頻放大器的耦合。