蓝牙核心规范(V5.2)3.6-深入详解之共存和配置

简介: 蓝牙核心规范(V5.2)3.6-深入详解之共存和配置

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由于蓝牙设备运行在2.4GHz频段,这个频段有无线局域网,电话,微波炉等,因此蓝牙设备很可能收到其他设备的干扰。


本规范支持各种特性,有助于减轻对其他设备的干扰,并尽量减少来自其他设备的干扰。一般而言,解决方案的类型可分为以下类别:

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表1:缓解干扰的类型


1.自适应频率跳变(AFH)


自适应频跳(AFH)允许蓝牙设备提高其免受干扰,并避免对2.4GHz ISM频带内的其他设备造成干扰。基本原理是蓝牙通道分为使用和未使用两类,其中使用的通道是跳变序列的一部分,未使用的通道被伪随机通道取代。这种分类机制允许蓝牙设备使用少于可用的79个通道。蓝牙规范所允许的最小通道数为20个。


该规范定义了确保互操作性所需的AFH的各个方面,包括跳变内核、基带行为,连接管理器协议(LMP)命令、主机控制器接口(HCI)命令和事件。蓝牙规范还定义了一种机制,允许从服务器向主服务器报告通道分类信息。


AFH利用了通过许多来源获得的度量。分析这些度量,自适应跳频核使用得到通道映射。这些度量可能来自空中测量、主机(通过HCI_Set_AFH_Host_Channel_Classification命令)提供的数据,或从属服务器或其他硬件共存接口提供的报告。


2.蓝牙设备与无线局域网设备之间的共存


蓝牙和无线局域网之间的共存传统上是自适应频率跳跃(AFH)和专有技术的结合,以对两种协议之间的通信进行优先级。该规范没有指定蓝牙控制器和无线局域网设备之间的信令。


3. 移动式无线标准(MWS)共存


蓝牙无线电和在邻近2.4GHz ISM频段内工作的合并MWS无线电之间可能存在显著干扰。这种干扰可以阻止一个无线电在另一个无线电发射时接收。


与LTE和WiMAX共存的过滤器建议白皮书1描述了过滤器规范,在某些情况下,可以将易位干扰降低到可接受的水平。该规范包括对传统过滤的补充解决方案,包括蓝牙控制器和主机的功能,以及已配置的MWS和蓝牙无线电之间的信令和消息传递机制。图7.1说明了这些机制的一般体系结构模型。这种结构假设单独的天线隔离。


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图1:MWS共存体系结构

   


在第一个解决方案中,蓝牙传输(TX)和接收(RX)都受到合并后的MWS活动的限制。这种类型的解决方案称为PureTDM(时分复用)模式。


在第二种解决方案中,只有蓝牙接收会受到复位MWS传输的影响,而蓝牙传输不会影响复位MWS的操作。这种类型的解决方案称为混合模式,例如,通过对蓝牙收发器中的ISM频带使用陡峭滚带选择滤波器(BSFs)来实现。混合模式适用于蓝牙设备通过过滤充分减少了蓝牙传输对MWS的影响,使蓝牙设备可以在MWS下行期间进行传输。这就需要在蓝牙和MWS的操作频率范围之间设置一个防频带,以及对蓝牙BSF和MWSBSF的限制。对时域解决方案的需求仍然存在,但只是为了保护蓝牙接收。


3.1 MWS接收器会受到不受控制的蓝牙传输的干扰


MWS技术在获得许可的频带中运行,并使用集中式调度来支持广域网服务。MWS无线电与网络基站的时间和频率同时同步。基站决定哪个MWS无线电将传输或接收,以及什么时间。MWS无线电无法控制何时传输或接收。当蓝牙传输干扰MRT中的MWS接收时,如果蓝牙无线电自由传输,MWS无线电可能会显得不可用。


       标记为“M”的块是单槽主传输,


       标记为“S”的块是单槽从传输。


       MWS设备的接收可能被蓝牙传输损坏的时间用橙色阴影标记。


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图2:MWS接收器会受到不受控制的蓝牙传输的干扰

图2显示了蓝牙活动如何干扰每个MWS接收机会,MWS传输如何干扰蓝牙接收。
在图2所示的示例中,MRT中的蓝牙设备作为微型网络的主机运行。


3.2 蓝牙无线电减少了传输/接收的机会        


即使具有最佳的相对时间关系(当蓝牙插槽边界与MWS帧边界对齐时),MRT中的蓝牙无线电由于与配置的MWS无线电的时间多路复用,传输和接收机会减少。蓝牙无线电每一台MWS帧只有一个传输/接收机会,如图3所示。

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图3:蓝牙无线电减少了传输/接收的机会


3.3  蓝牙无线电可能会出现查询/页面故障


因此,四个中的三对(5msMWS帧)或八个中的七对(10msMWS帧)的蓝牙插槽对可以被MWS活动穿透。此外,由于蓝牙查询和寻呼一次使用16个通道的序列,当MRT中的蓝牙无线电执行查询或寻呼时,通道序列将每5ms重复一次,导致相同的通道被错位的MWS活动反复刺穿,见图4。因此,远程扫描设备在当前超时时间内无法接收到页面或查询标识的可能性很高。


当查询或寻页信道序列被反复刺穿时,可以使用传输推向时钟位添加额外的偏移,以便移动信道序列。

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图4:蓝牙无线电可能会出现查询/页面故障


3.4  蓝牙收音机可能会出现查询扫描/页面扫描故障


由于MWS传输干扰了MRT中的蓝牙接收,因此在执行扫描的MRT中,多达50%的来自远程查询/页面设备的传输id将不会被蓝牙无线电接收,如图7.5所示。


基于不可用于扫描的插槽的模式,可以使用通用交错扫描在背对背扫描期间调整第二次扫描的阶段。

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图5:蓝牙无线电可能会出现查询扫描/页面扫描故障


4.将蓝牙与外部定时源同步


本节提供了一个示例,以说明蓝牙CLK与MWS系统的同步,以便蓝牙插槽与MWS系统的下行和上行时间保持一致。本例中的外部框架是LTETDD框架配置#1和特殊子帧配置#1;但是,任何外部TDD/TDMA协议都可以使用相同的机制。该示例显示了10ms的时间跨度。


对于微型主机,FS最有用的位置是上行和以下下行之间的边界。这是因为主槽在上行期间需要在主槽中传输,然后在下行期间需要在以下从槽中接收。将FS放在这个边界上,使主机可以轻松地对齐其蓝牙时钟,从而将其放在这些插槽之间。从属服务器的情况相反:FS在下行链路和以下上行链路之间的边界上最有用。


HCI命令HCI_Set_External_Frame_Configuration用于描述MWS帧定时。这些知识,与FS一起,允许蓝牙控制器将蓝牙时钟与MWS帧定时对齐,以尽量减少相互干扰的影响。这一点如图6所示。红色椭圆显示MWS和蓝牙同时传输和接收的插槽对,因此不会相互干扰。MWS帧结构包括下行链路部分(“D”)、上行链路部分(“U”)和特殊部分(“S”),其中包括由保护周期(“GP”)分隔的下行链路部分(“GP”)。


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图6:MWS帧定时和蓝牙时钟的对齐


注:在LTE中,如果实现不能访问确切的LTE时间,它可以假设下行到上行的边界是特殊LTE子帧中GP的中间。


5. 微网时钟调整


如前一节所述,正确对齐MWS和蓝牙时钟极大地提高了这两种技术的吞吐量。主服务器有两种机制来减轻错位。


粗时钟调整可用于使用LMP_CLK_ADJPDU移动蓝牙CLK。clk_adj_us参数用于将插槽与FRAME_SYNC信号指示的MWS对齐点进行对齐。clk_adj_slots参数可用于及时向前移动CLK的几个插槽。这对于对齐可能很有用eSCO。粗时钟调整预计只很少使用,例如在MWS连接时或当MWS帧定时因漫游而变化时。粗时钟调整只能在图片的所有从属支持时使用。


主节点的另一个选项是使用时钟拖拽。这是一种缓慢调整时钟相位的方法槽分别更短或更长的µs,直到达到所需的CLK阶段。应该注意的是,这是一个非常缓慢的调整速率,因为它被设计为允许遗留设备跟踪变化,因此时钟拖曳不能以比设备之间的最大自然漂移更快的速度进行。因此,如果检测到与MWS系统的错位,它的主要用途是随着时间的推移促进小的修正。如果连接的任何设备不支持粗时钟调整,则使用时钟拖拽缓慢移动从机是唯一的选项。


如果可能的话,建议让配置的设备成为主设备,因为它可以更快地纠正错位。如果从属设备是配置的设备,做一个角色开关使其成为主机可能值得考虑。或者,从机可以向主服务器发送图像时钟调整请求LMP包。然后,主节点可以选择执行粗时钟调整、时钟拖延或拒绝该请求。


6. 插槽可用性掩码(SAM)


插槽可用性掩码(SAM)允许两个蓝牙设备互相指示可供传输和接收使用的时槽。SAM插槽映射指定了蓝牙插槽的可用性或其他方式。由于外部条件(例如,MWS共存)或内部条件(例如,散点网承诺),插槽可能不可用。SAM不会对BR/EDR时隙的调度实施新的强制性规则。相反,它只是提供信息,允许控制器改进其蓝牙插槽的调度,以提高性能。


SAM插槽映射由控制器本身根据其调度要求进行计算。没有专门为SAM定义的HCI命令,只有允许设备交换映射和指示正在使用的地图的LMP序列。HCI命令HCI_Set_External_Frame_Configuration和HCI_Set_MWS_PATTERN_Configuration(和共存逻辑接口提供的实时信号(例如MWS_PATTERN_Index或FRAME_SYNC)包含有关MWS共存的适当SAM_Index和SAM锚点的信息;因此可能触发这些LMP序列。


控制器可以选择在启动LMP_SAM_SWITCH序列之前执行视标时钟调整,以增加每个MWS帧可用的插槽对的数量。


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