Information

Interface radio Bluetooth, modulation et canaux d'amplification

Interface radio Bluetooth, modulation et canaux d'amplification

L'interface radio Bluetooth offre une forme simple mais très efficace de connectivité sans fil.

L'interface sans fil Bluetooth a été conçue pour offrir des performances fiables, même face aux interférences d'autres appareils utilisant les mêmes fréquences.

Comme d'autres technologies, y compris le Wi-Fi et de nombreux autres appareils utilisant les mêmes fréquences, un fonctionnement fiable est nécessaire, et l'interface radio Bluetooth a été conçue pour fournir cela.

Principes de base de l'interface radio Bluetooth

L'interface radio Bluetooth utilise un certain nombre de techniques et de formats de signaux pour lui permettre de fonctionner de manière fiable. Il utilise des fréquences dans la bande ISM 2,4 GHz, et il utilise une technique appelée saut de fréquence où le signal se déplace d'une fréquence à la suivante à intervalles réguliers.

Avec de nombreux autres utilisateurs sur la bande ISM, des fours à micro-ondes au Wi-Fi, le transporteur à sauts permet d'éviter les interférences des appareils Bluetooth. Une transmission Bluetooth ne reste sur une fréquence donnée que pendant un court laps de temps, et si des interférences sont présentes, les données seront renvoyées plus tard lorsque le signal aura changé sur un canal différent qui est susceptible d'être exempt d'autres signaux interférents.

La norme utilise un taux de sauts de 1600 sauts par seconde, et le système saute sur toutes les fréquences disponibles en utilisant une séquence de sauts pseudo-aléatoire prédéterminée basée sur l'adresse Bluetooth du nœud maître dans le réseau.

Lors du développement de la norme Bluetooth, il a été décidé d'adopter l'utilisation d'un système de sauts de fréquence plutôt qu'une approche à spectre étalé à séquence directe, car il est capable de fonctionner sur une plus grande plage dynamique. Si des techniques d'étalement de spectre à séquence directe étaient utilisées, d'autres émetteurs plus proches du récepteur bloqueraient la transmission requise s'il est plus éloigné et plus faible.

L'interface radio Bluetooth utilise également une technique de modulation appelée Gaussian Frequency Shift Keying, GFSK. Cette forme de modulation est spectralement efficace et permet également l'utilisation d'amplificateurs de puissance radio efficaces, économisant ainsi la durée de vie de la batterie.

Modulation Bluetooth

Le format initialement choisi pour Bluetooth dans la version 1 était la modulation par décalage de fréquence gaussienne, GFSK, mais avec l'exigence de débits de données plus élevés, deux formes de modulation par décalage de phase ont été introduites pour Bluetooth 2 afin de fournir la capacité Enhanced Data Rate, EDR.

Incrustation par décalage de fréquence gaussienne: Lorsque GFSK est utilisé pour la forme choisie de modulation Bluetooth, la fréquence de la porteuse est décalée pour transporter la modulation. Un binaire est représenté par un écart de fréquence positif et un zéro binaire est représenté par un écart de fréquence négatif. Le signal modulé est ensuite filtré à l'aide d'un filtre avec une courbe de réponse gaussienne pour s'assurer que les bandes latérales ne s'étendent pas trop loin de chaque côté de la porteuse principale. En faisant cela, la modulation Bluetooth atteint une bande passante de 1 MHz avec des exigences de filtre strictes pour éviter les interférences sur d'autres canaux. Pour un fonctionnement correct, le niveau de BT est réglé sur 0,5 et l'indice de modulation doit être compris entre 0,28 et 0,35.

Incrustation par décalage de phase: La modulation par décalage de phase est la forme de modulation Bluetooth utilisée pour activer les débits de données plus élevés réalisables avec Bluetooth 2 EDR (Enhanced Data Rate). Deux formes de PSK sont utilisées:

  • π / 4 DQPSK: Il s'agit d'une forme de modulation par décalage de phase connue sous le nom de modulation par décalage de phase différentielle π / 4. Il permet d'atteindre le débit de données brutes de 2 Mbps.
  • 8DPSK: Cette forme de modulation Bluetooth est une modulation par décalage de phase à huit points ou à 8 aires. Il est utilisé lorsque les conditions de liaison sont bonnes et permet d'atteindre des débits de données brutes allant jusqu'à 3 Mbps.

La capacité de débit de données améliorée pour la modulation Bluetooth est mise en œuvre comme une capacité supplémentaire afin que le système reste rétrocompatible.

Les schémas de modulation Bluetooth et le format général ne se prêtent pas à des débits de données plus élevés. Pour Bluetooth 3, les débits de données plus élevés ne sont pas obtenus en modifiant le format de la modulation Bluetooth, mais en travaillant en coopération avec une couche physique IEEE 802.11g. De cette manière, des débits de données allant jusqu'à environ 25 Mbps peuvent être atteints.

Niveaux de puissance Bluetooth

Les puissances de l'émetteur pour Bluetooth sont assez faibles, bien qu'il existe trois classes de sortie différentes en fonction de l'utilisation prévue et de la portée requise.

La classe de puissance 1 est conçue pour les communications longue portée jusqu'à environ 100 m de périphériques, et cela a une puissance de sortie maximale de 20 dBm.

Vient ensuite la classe de puissance 2 qui est utilisée pour ce que l'on appelle les appareils à portée ordinaire avec une portée jusqu'à environ 10 m, avec une puissance de sortie maximale de 6 dBm.

Enfin, il existe la classe de puissance 3 pour les appareils à courte portée. La classe Bluetooth 3 ne prend en charge la communication que jusqu'à des distances d'environ 10 cm et sa puissance de sortie maximale est de 0 dBm.

Le contrôle de l'alimentation est obligatoire pour Bluetooth Classe 1, mais facultatif pour les autres, bien que son utilisation soit conseillée pour économiser l'énergie de la batterie. Le niveau de puissance approprié peut être choisi en fonction du RSSI, lecture de l'indicateur de signal de force reçue.


Résumé des classes de puissance Bluetooth
ClassePuissance maximum
dBm
Capacité de contrôle de puissance
120Obligatoire
24Optionnel
30Optionnel

Choix du niveau de puissance Bluetooth et RSSI

Afin d'économiser l'énergie de la batterie, le niveau de puissance transmise le plus bas compatible avec une liaison fiable doit être choisi. En supposant que le contrôle du niveau de puissance est disponible, le niveau de puissance est choisi en fonction d'une lecture RSSI. Si l'indication RSSI tombe en dessous d'un niveau donné, le niveau de puissance Bluetooth peut être augmenté pour amener le niveau RSSI à un niveau accepté.

La valeur de tout chiffre RSSI est arbitraire car elle est simplement utilisée pour fournir une indication du moment où le niveau du signal et donc le niveau de puissance transmis doit être augmenté ou diminué.

La spécification Bluetooth définit un taux d'erreur binaire maximal de 0,1%, ce qui équivaut à une exigence minimale pour la sensibilité de réception de -70 dBm. Ces chiffres de sensibilité conduisent alors aux distances réalisables pour les différents niveaux de puissance, bien que les récepteurs actuels soient généralement plus sensibles que ceux qui ont servi à la base de la spécification lors de son lancement.

L'interface radio Bluetooth a été développée pour fournir une interface résiliente capable de fonctionner de manière spectrale efficace aux côtés d'autres applications dans la bande ISM 2,4 GHz ou sans licence. L'interface radio a également été conçue pour permettre aux circuits transmettant les signaux de fonctionner de manière efficace, permettant ainsi une longue durée de vie de la batterie.

Sujets sur la connectivité sans fil et filaire:
Bases des communications mobiles2G GSM3G UMTS4G LTE5GWiFiIEEE 802.15.4Téléphones sans fil DECTNFC- Communication en champ procheFondamentaux du réseauQu'est-ce que CloudEthernetDonnées sérieUSBSigFoxLoRaVoIPSDNNFVSD-WAN
Revenir à Connectivité sans fil et filaire

Voir la vidéo: Bluetooth Audio Radio Interface (Novembre 2020).