蓝牙相关知识介绍

1.蓝牙的概念

蓝牙（Bluetooth）技术是一种无线通信的方式，利用特定的频率的波段（2.4GHz~2.4835GHz）,进行电磁波传输。蓝牙传输原理是主从关系，一个主设备可以与7个从设备配对。

2.蓝牙信道介绍

蓝牙（Bluetooth）工作在2.4G的ISM（Industrial, Science and Medicine）频段，具体为2400-2483.5MHz，信道带宽1MHz，有79个信道。第一个信道从2.402开始;信道频率为2402+K，K取0-78，共79个信道。大家可以发现在频段前面和后面均有一段的保护带宽，分别为2.4~2.4019G和2.481~2.4835M。
     

不同国家的信道
     地区                                            频率范围                   射频通道

美国、欧洲和世界其他地区        2.4至2.4835 GHz          f=2.402+n，MHz（n=0至78）

日本                                         2.471至2.497 GHz           f=2.473+n，MHz（n=0至22）

西班牙                                     2.445至2.475 GHz            f=2.449+n，MHz（n=0至22）

法国                                         2.4465至2.4835 GHz       f=2.454+n，MHz (n=0至22)

3.蓝牙功率介绍

蓝牙功率分3个级别：
      功率等级                 功率限制                    覆盖距离
     Class 1：            0dBm~20dBm；               100米
     Class2：            -6dBm~4dBm；                  10米
     Class3：               小于0dBm；                       1米
     我们常见的就是Class2，功率一般在0dBm附近。不过不是标准值，功率在Class1-2之间。

4.蓝牙发射模式

 vco 发射模式。让蓝牙在某个固定频点发射无调制的射频信号。
 continues 模式。让蓝牙在某个固定频点持续发射调制信号。
 burst 模式，让蓝牙在某个频点或者跳频发射相应的包类型的调制信号。

5.蓝牙发射的包类型

经典蓝牙发射包类型：
DH1、DH3、DH5、2DH1、2DH3、2DH5、3DH1、3DH3、3DH5。
按调制方式分类：
DH1、DH3、DH5        属于 BDR 的包类型，调制方式为 GFSK；  2DH1、2DH3、2DH5  属于 EDR 的包类型，调制方式为π /4-DQPSK；  3DH1、3DH3、3DH5  属于 EDR 的包类型，调制方式为 8DPSK。

BLE蓝牙发射包类型：一般是BLE_1M、 BLE_2M：
在做BQB认证时当做经典蓝牙定频测试时应该选择：DH1、DH3、DH5、2DH1、2DH3、2DH5、3DH1、3DH3、3DH5。
做BLE认证时定频测试应该选择： BLE_1M、 BLE_2M；

6.蓝牙版本

蓝牙版本             发布时间        最大传输速度

蓝牙1.0                 1998             723.1Kbps
蓝牙1.1                 2002              810Kbps
蓝牙1.2                 2003               1Mbps
蓝牙2.0+EDR        2004               2.1Mbps
蓝牙2.1+EDR        2007               3Mbps
蓝牙3.0+HS          2009               24Mbps
蓝牙4.0                 2010               24Mbps
蓝牙4.1                 2013               24Mbps
蓝牙4.2                 2014               24Mbps
蓝牙5.0                 2016               48Mbps
蓝牙5.1                 2019               48Mbps
蓝牙5.2                 2020                48Mbps

7.蓝牙传输原理

主设蓝牙备通过每秒发送100万次波长约为121~124mm的电磁波，121mm定义为1；124定义为0；以此来传达这些二进制的代码，我们手机会以每秒100万次的速度在蓝牙从设备（蓝牙耳机/音响）和自身来回切换，从而达到信息的传达。为了在复杂的环境中可以稳定高速传输，将蓝牙电磁波分为79个不同信道，在任何时间段我们的蓝牙主设备都能和从设备经行无线通信，而连接的频道就是这79个频道之一。如果在同一空间存在多个手机和耳机/音响，而且他们同时使用相同的频道，那么我们的设备是怎么做到只接收连接手机的发送的二进制信息呢？不会串台吗？为了避免这个问题，这一长串的二进制信息会打包一个数据包，在每个数据包里，前72位是同步手机和耳机的访问代码，这样就可以避免串台的发生。在这72位之后是54位信息，这些是提供正在发送信息的详细情况，成为标头；最后还有500位，表示发送信息的真实内容；在手机和蓝牙耳机/音响通信时他们不会只停留在一个频道上，而是在这79个频道上高速的切换，这种切换叫做跳频，扩频，切换速度在每秒1600次；每次跳频后，前面发送的二进制信息都会在手机和耳机/音响直接发送；如果所在的频道干扰很大，则会自动跳到其他频道，直到干扰消失；

1,前72位：代表同步手机和耳机访问代码：可以理解成发快递的地址；

2,中间54位：代表提供发送信息的详情，可以理解成快递的尺寸和颜色等消息

3,后500位：代表发送信息的具体内容，如一首歌，一张图片等；

8.蓝牙指标参数

无线传输的规格

1、sbc是通用的最基本的解码方式，蓝牙耳机都支持，支持44khz/16bit的音频，最高码率328kbps，延时>220ms，所以音质一般。
2、aac是苹果产品通用的解码方式，跟sbc差不多， 支持44khz/16bit的音频，最高码率512kbps，延时约120ms，音质略好于sbc。
3、aptx 支持48khz/16bit的音频，最高码率352kbps，延时约70ms，音质好于sbc，但相比sbc提升并不大。 4、aptx hd是aptx的加强高码率版， 支持48khz/24bit的音频，最高码率576kbps，延时>200ms。
5、aptx_LL是aptx的低延时版， 支持48khz/16bit的音频，最高码率352kbps，延时<40ms， 音质和aptx差不多。
6、ldac是真正的高音质解码，索尼出品， 支持96khz/24bit的音频，最高码率达990kbps，号称是无损解码。
7、lhac或HWA，已升级为L2HC。也是无损解码，华为主推， 支持96khz/24bit的音频，最高码率900kbps，可以媲美ldac，但目前支持的设备比较少，主要是华为手机支持。 AirPods虽然走的是AAC,但是他采用了一种类似双通道的模式，提高了50%的利用率，实际效果基本和大部分aptX耳机一致。

天线类型

PCB天线：成本极低，调试简单，频段单一。 陶瓷天线：可以分为块状陶瓷天线和片状陶瓷天线，特点是尺寸小，成本低、性能较好。 FPC：成本低，性能好，调试复杂，比较常见的一种天线。 LDS：算是FPC的进化版，成本高，空间利用率高，效果好，一般不少400元价位TWS耳机才会使用了LDS天线。

9.天线的RF参数

1.输出功率：以传导方式测试蓝牙输出功率，耳机/音响输出功率一般在6dBm左右，根据不同芯片输出的功率有所不一样，但是差别不大；

2.灵敏度：以传导方式测试蓝牙灵敏度，一般RF调试比较好的灵敏度一般在 -90dBm左右；

3.天线效率：测试天线效率装好整机，无源模式在暗室进行测试，一般天线效率50%是不错的效果了；

4.OTA数据：理论值OTA的TRP（dBm）和TIS（dBm）和传导方式测试出来的功率和灵敏度是一致的，他们越接近效果越好；

5.驻波比：全称为电压驻波比，又名VSWR和SWR，为英文Voltage Standing Wave Ratio的简写。指传输线波腹电压与波谷电压幅度之比， 又称为驻波系数、 驻波比。驻波比等于1时，表示馈线和天线的阻抗完全匹配，此时高频能量全部被天线辐射出去，没有能量的反射损耗；驻波比为无穷大时，表示全反射，能量完全没有辐射出去。

6.回波损耗（Return Loss）：
回波损耗是反射波与⼊射波功率之⽐值（Return Loss=-10lg [(反射功率)/(⼊射功率)]），这个比值的绝对值越大天线效果越好。阻抗匹配的⽬标⼀般是把回波损耗绝对值控制在大于10dB以上，当回波损耗等于10dB时候，意味着有90%的⼊射功率被加载到负载，只有10%的⼊射功率被反射；例如反射功率10%，和反射功率1%，分别带入公式中，可以得出其绝对值分别为10dB和20dB;决定值越高反射功率越小，回波损耗越小，天线效果也越好；

7.史密斯图（Smith chart）
史密斯图（Smith chart）是一款用于电子工程的图表，主要用于传输线的阻抗匹配上。一条传输线的阻抗会随其物理长度而改变，要设计一套阻抗匹配的电路，需要通过不少繁复的计算程序，史密斯图的特点便是省去一些计算程序。蓝牙天线的天线阻抗匹配为50Ω，所以我们需要将其调整到接近50Ω；例如下图三个点分别为蓝牙的中高低频段，当三个点接近中心点时就说明天线阻抗接近50Ω；