藍(lán)牙中的自適應(yīng)跳頻技術(shù)

藍(lán)牙是工作在2．4 GHz（2．40～2．48 GHz）ISM頻段的短距離無線通信技術(shù)，能組成小型無線個人區(qū)域網(wǎng)（PAN），在辦公室和建筑物中代替有線電纜，低功耗、低成本及靈活組網(wǎng)的特點(diǎn)，有著廣泛的應(yīng)用前景。2．4 GHz頻段中還有802．11b，HomeRF及微波爐、無繩電話等電子設(shè)備，為了與這些設(shè)備兼容，藍(lán)牙采用了AFH（Adaptive Frequency Hopping），LBT（Listen Before Talk）、功率控制等一系列獨(dú)特的措施克服干擾，避免沖突。隨著 無線電通信技術(shù)的發(fā)展，頻率資源日益緊張，研究藍(lán)牙技術(shù)所采用的頻率兼容技術(shù)對有效利用頻譜、防止通信設(shè)備之間相互干擾，將有十分重要的作用。

1　自適應(yīng)跳頻技術(shù)

　　自適應(yīng)跳頻技術(shù)是建立在自動信道質(zhì)量分析基礎(chǔ)上的一種頻率自適應(yīng)和功率自適應(yīng)控制相結(jié)合的技術(shù)。他能使跳頻通信過程自動避開被干擾的跳頻頻點(diǎn)，并以最小的發(fā)射功率、最低的被截獲概率，達(dá)到在無干擾的跳頻信道上長時間保持優(yōu)質(zhì)通信的目的。所謂頻率自適應(yīng)控制是在跳頻通信過程中，拒絕使用那些曾經(jīng)用過但是傳輸不成功的跳頻頻率集中的頻點(diǎn)，即實(shí)時去除跳頻頻率集中被干擾的頻點(diǎn)，使跳頻通信在無干擾的可使用的頻點(diǎn)上進(jìn)行，從而大大提高跳頻通信中接收信號的質(zhì)量，如圖1所示。

　　藍(lán)牙和802．11b都工作在2．4 GHz的ISM頻段，藍(lán)牙SIG（SpecialInteresting Group）和IEEE802．15．2的Coexistence Task Group都在關(guān)注二者的共存問題。許多成員都提交了自適應(yīng)跳頻的提案。提案中建議采用AFH技術(shù)，以便能動態(tài)地改變跳頻序列，使系統(tǒng)干擾最小。藍(lán)牙采用AFH對干擾進(jìn)行檢測并分類，通過編輯跳頻算法來避免干擾，把分配變化告知網(wǎng)絡(luò)中的其他成員，并周期性地維護(hù)跳頻集。

　　其中，Bijan Treister［1］等人提出的AFH共存機(jī)制具有一定的普遍性。在這種自適應(yīng)跳頻中，在不增加發(fā)射功率的情況下，利用干擾躲避來提高系統(tǒng)的抗干擾能力。 2　藍(lán)牙AFH的步驟

　　由設(shè)備識別、信道分類、分類信息交換、自適應(yīng)跳頻4部分組成。其框圖如圖2所示。

　　 2．1　設(shè)備識別

　　當(dāng)一個從設(shè)備接入微微網(wǎng)時，在進(jìn)行通信之前，首先由鏈路管理協(xié)議（LMP）交換信息，以確定通信雙方的設(shè)備是否支持AFH模式。LMP信息中包含了二者通信應(yīng)使用的最小信道數(shù)。主機(jī)按LMP協(xié)議先詢問從設(shè)備是否支持AFH，當(dāng)從設(shè)備回答后，再進(jìn)行AFH通信。

2．2　信道分類

　　根據(jù)某一準(zhǔn)則，按傳輸質(zhì)量對信道進(jìn)行分類。按LMP的格式形成一個分類表，在主設(shè)備和從設(shè)備之間交換信息后，以此分類表為依據(jù)進(jìn)行自適應(yīng)跳頻。分類方法采用時分的形式，以保證抗瞬間的干擾。按信道的質(zhì)量，把信道分成“好”信道與“壞”信道。

　　可以用以下方法對信道的質(zhì)量進(jìn)行評估：首先接收設(shè)備對包損率PLRs（Packet Loss Ratios）、有效載荷的CRC，HEC，F(xiàn)EC誤差等參數(shù)進(jìn)行測量。在測量PLR時，如果PLR超過了系統(tǒng)定義的門限，則宣布此信道為壞信道。從設(shè)備測量CRC時，也會自動檢測此包的有效載荷的CRC，如果校驗(yàn)碼正確，則說明接收正確的包，否則宣布包丟失。

2．3　信道信息交換

　　通過LMP命令通知網(wǎng)絡(luò)中的成員，交換AFH的消息。主設(shè)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從設(shè)備。同時，從設(shè)備把自己的情況通知主設(shè)備。主從設(shè)備之間建立聯(lián)系，確定哪些信道可用，哪些不可用，為下一步自適應(yīng)頻率的產(chǎn)生做準(zhǔn)備。

2．4　執(zhí)行AFH

　　 先進(jìn)行跳頻編輯，以選擇合適的跳頻頻率。

　　由于微微網(wǎng)中經(jīng)常有新的通信建立或撤消，信道在不斷變化，所以必須進(jìn)行信道維護(hù)，周期性地重新對信道進(jìn)行估計，及時發(fā)現(xiàn)不能用的信道。當(dāng)微微網(wǎng)中工作設(shè)備較少時，還能自動調(diào)整功率，節(jié)省能量。

3　藍(lán)牙AFH的結(jié)構(gòu)

　　藍(lán)牙AFH結(jié)構(gòu)如圖3所示，在頻率同步器和跳頻序列發(fā)生器中加入了一個分組映射器，此映射器實(shí)際上是一個自適應(yīng)頻率選擇器。

　　分組映射器結(jié)構(gòu)如圖4所示。他從所需分組中選擇一個信道，通過PN映射設(shè)備，從原始跳頻序列中選擇信道映射到分組序列中。每個信道表按升序列舉分 組信道的內(nèi)容。

　　在分組映射后，平均移位信號使信道的利用得到均衡。這些移位信號是一系列的計數(shù)器，每一個計數(shù)器表示一個分組，第j個分組在｛0，1，2，…，Nj－1｝范圍內(nèi)周期計數(shù)，Nj是第j個分組中的信道數(shù)。被選擇分組的計數(shù)器對下一個值進(jìn)行計數(shù)，并把他作為移位信號的值輸出。

　　藍(lán)牙中，信道被動態(tài)地分成2類信道：好信道NG和壞信道NB＝79－NG，定義Nmin為藍(lán)牙設(shè)備通信所需的最少頻率數(shù)。根據(jù)Nmin，NG和NB的關(guān)系，可以分為H，L兩種模式： 3．1　L模式

　　適用于Nmin小于NG的情形，此時跳頻頻點(diǎn)全部在好的信道中選擇，如圖5所示。當(dāng)跳頻發(fā)生器產(chǎn)生的是好信道，則不重新映射。當(dāng)跳頻序列中信道不好時，則重新從好信道庫中選擇一個好的信道。L模式主要工作在FCC規(guī)定的低功率狀態(tài)。 3．2　H模式

　　適用于Nmin大于NG的情形，此時如果頻率選擇器輸出為壞信道，重新選擇代替壞信道的頻點(diǎn)中，有可能在曾經(jīng)被判斷為壞信道的序列中選擇跳頻序列。H模式在有壞跳的情況下，最大限度地支持通信要求?？梢酝瑫r支持SCO（面向同步的連接）和ACL（異步連接）連接模式。

　　通過這2種模式，在藍(lán)牙頻率選擇器中，如果輸出的是好信道則直接使用；如果是壞信道，則在好的信道分組中重新選擇頻率。這樣頻率選擇就避免了輸出的頻率與其他有干擾的頻率相碰撞。

　　

4　結(jié)　語

　　藍(lán)牙采用一系列的技術(shù)來避免干擾，如LBT（Listen Before Transmission），AFH和功率控制等。其中AFH機(jī)制能保持微微網(wǎng)中良好的QoS，保證網(wǎng)絡(luò)正常的吞吐率和可靠性，減少重發(fā)，降低延時，同時減輕了對相同頻段其他無線設(shè)備的干擾，從而提高了頻率的利用率。