藍牙技術(shù)
藍牙抗電磁干擾性能
關(guān)于藍牙技術(shù)的抗電磁干擾性能的測試分析
藍牙技術(shù)在全球通用的頻段為2.4GHz，由于其頻帶范圍具有較強的公開性，使得其在使用過程中不可避免的要受到外部的電磁干擾，影響了數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性和安全性，不利于藍牙技術(shù)的廣泛應(yīng)用。因此，探宄藍牙技術(shù)的抗電磁干擾性能并提出改進對策，具有重要的意義。
一、藍牙技術(shù)概述
藍牙是一種適用于設(shè)備短距離通信的無線電技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的實時傳遞和共享。例如在移動電話、PDA、無線耳機、筆記本電腦及新興的隨身佩戴設(shè)備中應(yīng)用藍牙技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)信息的實時傳遞和共享。通過對藍牙技術(shù)的充分運用，能夠有效提升數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣龋喕苿釉O(shè)備間的通信流程，為無線通信的研究奠定了良好的基礎(chǔ)。藍牙采用分散式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)以及跳頻擴頻技術(shù)，支持點對點及點對多點通信，其數(shù)據(jù)速率可達24Mbit/s。同時，藍牙技術(shù)采用時分雙工傳輸方案，能夠充分實現(xiàn)全雙工傳輸，與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸方式相比，具有較高的優(yōu)越性。
1.1藍牙技術(shù)特性
藍牙技術(shù)是一種集低功耗、短距離數(shù)據(jù)傳輸和開放性特征為一體的無線通信技術(shù)，由英特爾愛立信、諾基亞、東芝、國際商用機器公司聯(lián)合發(fā)布。藍牙技術(shù)在對近距離、低成本無線傳輸技術(shù)進行充分利用的基礎(chǔ)上，在固定設(shè)備和無線通信設(shè)備間建立了完整的短程無線連接站，能夠在特定范圍內(nèi)實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時傳輸，實際上，藍牙技術(shù)就是通過建立無線電和無線電空中接口，實現(xiàn)對軟件的有效控制，也就是說，藍牙技術(shù)就是計算機技術(shù)和通信技術(shù)的有機結(jié)合體。藍牙技術(shù)特性主要有以下幾點：1)低功耗；2)低成本；3)近距離；4)高安全性：5)實時性；6)高速跳頻。藍牙技術(shù)能夠在近距離內(nèi)以最低的成本將各種移動設(shè)備、固定通信設(shè)備、計算機及其它隨身佩戴設(shè)備以網(wǎng)狀鏈接起來，形成數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐鈬涌凇?br/>
1.2藍牙技術(shù)的主要特點
第一，藍牙技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域、醫(yī)學(xué)領(lǐng)域和科學(xué)領(lǐng)域的工作過程中采用開放的ISM頻段，工作范圍為2.4GHz~2.4835GHz，用戶在應(yīng)用藍牙技術(shù)的過程中無需向相關(guān)部門申請，為用戶提供了方便。第二，藍牙技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的短距離傳輸，其工作距離一般不超過10m，最大可增加至100m。通過拓展藍牙的工作范圍，能夠在確保數(shù)據(jù)傳輸速率的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)對電磁干擾的有效抗擾，具有較高的安全性。第三，藍牙技術(shù)通過加大對跳頻和擴頻技術(shù)的應(yīng)用力度，在2.4GHz~2.4835GHz頻段范圍內(nèi)通常劃分出79個頻點，采用快速跳率，數(shù)據(jù)傳遞的速度較之前顯著提升，抗干擾性能也更高。第四，藍牙技術(shù)采用時分復(fù)用多路訪問技術(shù)：將數(shù)據(jù)打包成數(shù)據(jù)包，以時隙為單位進行傳送，通過這種方式，解決了無線通信中“碰撞”和“隱藏終端”的問題。
二、藍牙技術(shù)的抗電磁干擾類型
藍牙技術(shù)的電磁干擾類型主要包括抑制電磁干擾和避免電磁干擾兩種類型。避免電磁干擾是指通過降低各個單元之間的發(fā)射信號電平，實現(xiàn)對電磁干擾的有效避免，而抑制電磁干擾則需要通過擴頻技術(shù)和重新編碼來實現(xiàn)。例如，在功率大于50dB和環(huán)境不同的情況下，為了確保藍牙技術(shù)的速率達24Mb/s，僅僅依靠編碼技術(shù)難以實現(xiàn)，由于電磁信號在較低功率的環(huán)境下干擾較為容易，因此，應(yīng)選擇功率較高的情況下發(fā)送。如果采用時間避免干擾法，一旦出現(xiàn)功率較強的電磁干擾，會導(dǎo)致數(shù)據(jù)的傳輸中斷，同時，由于部分無線通信設(shè)備受帶寬的影響較大，在2.4GHz到2.4835GHz之間，無線通信設(shè)備的帶寬為80MHZ，能夠找到無電磁干擾的頻譜，并采用濾波器對其進行過濾，實現(xiàn)對電磁干擾的有效抑制。據(jù)此認為，加強頻域避免干擾法在藍牙技術(shù)數(shù)據(jù)傳輸過程中的應(yīng)用，數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩愿摺?br/>
三、藍牙技術(shù)的抗電磁干擾性能測試分析
實現(xiàn)數(shù)據(jù)的短距離無線傳輸是藍牙技術(shù)應(yīng)用的根本目標?，F(xiàn)階段，藍牙技術(shù)已經(jīng)憑借其傳輸速度高和簡單方便的優(yōu)勢，在短程通信過程中得到了大量應(yīng)用，在家庭和辦公領(lǐng)域具有較好的應(yīng)用前景。但現(xiàn)階段，藍牙技術(shù)的數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定性還有待進一步提升，抗噪聲和電磁干擾性能還有待改進。本次研究選擇家庭中常用的微波爐作為研究對象，其工作范圍為2.4GHZ，對藍牙通信技術(shù)抗干擾性能的影響因素進行探究，報告如下。
3.1藍牙抗干擾實驗儀器和設(shè)備
本次研究以微波爐作為主要干擾源，該微波爐的工作頻率為2450MHZ。秒表作為時間測量工具，傳輸文件的大小主要為100K和18O0K。
3.2藍牙抗干擾實驗原理
本次研究選用兩個大小不同的測試文件，分別為1800K和1OOK，在實驗過程中，將藍牙收發(fā)之間的距離設(shè)為dl，干擾源和藍牙收發(fā)之間的距離為d2。研究干擾源與藍牙開放系統(tǒng)間距離不同情況下數(shù)據(jù)的傳輸速率。在測試干擾源對語音傳輸影響的過程中，主要依靠感官對語音失真情況進行測試。
3.3藍牙抗干擾實驗結(jié)果
通過對本次研究結(jié)果進行深入分析可知，該藍牙通信系統(tǒng)的設(shè)計較為科學(xué)和合理。在傳輸較小文件的過程中，干擾源對文件傳輸?shù)挠绊憥缀醪淮嬖冢谳^大文獻的傳輸過程中，藍牙系統(tǒng)在距離干擾源最近的情況下，僅僅對傳輸速度和時間造成微小影響。在各種條件的正常情況下對語音傳輸進行測試，結(jié)果顯示未出現(xiàn)語音失真現(xiàn)象。
同時，經(jīng)過本次測試分析也可得知，本次研究所選擇的干擾源一～微波爐發(fā)射功率較小，這也是導(dǎo)致噪聲干擾對藍牙系統(tǒng)傳輸時間和速率影響不明顯的主要原，但同時也證明了藍牙系統(tǒng)在家庭中的應(yīng)用具有較高的可行性，其抗干擾性能已經(jīng)足以滿足家庭對藍牙抗干擾性能的需求。但在工業(yè)領(lǐng)域、醫(yī)學(xué)領(lǐng)域和科學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用藍牙系統(tǒng)的過程中，干擾源的發(fā)射功率遠遠高于電磁爐，這對藍牙系統(tǒng)的抗干擾能力形成巨大挑戰(zhàn)。因此，為了實現(xiàn)高質(zhì)量的通信，還需要進一步提高藍牙系統(tǒng)的抗電磁干擾性能。
四、提升藍牙技術(shù)抗電磁干擾性能的有效對策
4.1藍牙工作頻段的干擾問題分析
藍牙系統(tǒng)在2.4GHZT作頻段的電磁干擾問題主要有以下兩點：第一，源于藍牙系統(tǒng)內(nèi)部的電磁干擾。在設(shè)計藍牙內(nèi)部電路和接口的過程中，如果存在設(shè)計不合理的現(xiàn)象，會導(dǎo)致藍牙系統(tǒng)內(nèi)部的高頻電磁向外輻射，降低了藍牙系統(tǒng)內(nèi)部電路工作的穩(wěn)定性，不利于提升藍牙系統(tǒng)的傳輸速度。第二，來自現(xiàn)有業(yè)務(wù)的電磁干擾?，F(xiàn)階段，盡管高頻藍牙設(shè)備間的通信～般依靠跳頻和直接序列擴譜實現(xiàn)，其發(fā)射功率也在國家允許的范圍內(nèi)，但受藍牙系統(tǒng)天線形式、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和增益指標的影響，藍牙通信設(shè)備的調(diào)制方式、頻率和保護帶均具有顯著的差異。加上2.4GI-IZ頻段具有較強的開放性，頻段的使用情況較為復(fù)雜，增加了電磁干擾的來源。
4.2藍牙抗干擾解決方案
第一，針對藍牙系統(tǒng)內(nèi)部干擾，設(shè)計人員在改進藍牙系統(tǒng)的過程中，應(yīng)注重提升藍牙系統(tǒng)電路設(shè)計的合理性，將電磁干擾最大化的降低。第二，針對來自現(xiàn)有業(yè)務(wù)的電磁干擾，設(shè)計人員需要基于安排無線業(yè)務(wù)進行電臺頻率指揮的基礎(chǔ)上，著重對統(tǒng)一頻率藍牙系統(tǒng)之問的電磁干擾問題進行研究，依靠跳頻技術(shù)實現(xiàn)對電磁干擾的有效抵抗。例如，某設(shè)計人員針對電磁干擾問題，加強了自適應(yīng)跳頻技術(shù)在藍牙系統(tǒng)中的運用，促使藍牙系統(tǒng)能夠在不同的情境下對自身的頻率范圍進行自動調(diào)節(jié)，實現(xiàn)對當前電磁干擾的有效規(guī)避，提升跳頻的針對性，實現(xiàn)對電磁干擾的有效抵抗。通過應(yīng)用自適應(yīng)跳頻技術(shù)，能夠促使藍牙系統(tǒng)環(huán)境適用性的充分提升，在確保數(shù)據(jù)傳輸時間和速率的基礎(chǔ)上，有效抵抗電磁干擾，具有較高的應(yīng)用價值。綜上，通過對藍牙技術(shù)的抗電磁干擾性能進行測試分析發(fā)現(xiàn)，干擾源的發(fā)射功率、藍牙系統(tǒng)內(nèi)部干擾以及現(xiàn)有業(yè)務(wù)會對藍牙系統(tǒng)的抗干擾能力產(chǎn)生一定影響。
總結(jié)
通過研究發(fā)現(xiàn)，干擾源的發(fā)射功率是影響藍牙技術(shù)傳輸速度的重要因素。因此，為了充分提升藍牙技術(shù)的抗干擾性能，應(yīng)不斷完善藍牙系統(tǒng)內(nèi)部和外部電路設(shè)計，加大自適應(yīng)跳頻技術(shù)的應(yīng)用力度，全面提升藍牙系統(tǒng)的抗電磁干擾能力。
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