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Interfaz de radio Bluetooth, modulación y canales de amplificación

Interfaz de radio Bluetooth, modulación y canales de amplificación

La interfaz de radio Bluetooth proporciona una forma sencilla pero muy eficaz de conectividad inalámbrica.

La interfaz inalámbrica Bluetooth fue diseñada para proporcionar un rendimiento confiable incluso frente a interferencias de otros dispositivos que utilizan las mismas frecuencias.

Como otras tecnologías, como Wi-Fi y muchos otros dispositivos que usan las mismas frecuencias, se requiere un funcionamiento confiable y la interfaz de radio Bluetooth se ha diseñado para proporcionar esto.

Conceptos básicos de la interfaz de radio Bluetooth

La interfaz de radio Bluetooth utiliza una serie de técnicas y formatos de señal para permitirle funcionar de manera confiable. Utiliza frecuencias en la banda ISM de 2,4 GHz y utiliza una técnica llamada salto de frecuencia en la que la señal se mueve de una frecuencia a la siguiente a intervalos regulares.

Con muchos otros usuarios en la banda ISM desde hornos microondas hasta Wi-Fi, el operador de salto permite que los dispositivos Bluetooth eviten la interferencia. Una transmisión Bluetooth solo permanece en una frecuencia determinada durante un breve período de tiempo, y si hay alguna interferencia, los datos se volverán a enviar más tarde cuando la señal haya cambiado a un canal diferente que probablemente no tenga otras señales interferentes.

El estándar utiliza una velocidad de salto de 1600 saltos por segundo, y el sistema salta sobre todas las frecuencias disponibles utilizando una secuencia de salto pseudoaleatoria predeterminada basada en la dirección de Bluetooth del nodo maestro en la red.

Durante el desarrollo del estándar Bluetooth, se decidió adoptar el uso de un sistema de salto de frecuencia en lugar de un enfoque de espectro ensanchado de secuencia directa porque es capaz de operar en un rango dinámico mayor. Si se utilizaran técnicas de espectro ensanchado de secuencia directa, otros transmisores más cercanos al receptor bloquearían la transmisión requerida si está más lejos y es más débil

La interfaz de radio Bluetooth también utiliza una técnica de modulación denominada Gaussian Frequency Shift Keying, GFSK. Esta forma de modulación es espectralmente eficiente y también permite el uso de amplificadores de potencia de radio eficientes, ahorrando así la vida útil de la batería.

Modulación bluetooth

El formato elegido originalmente para Bluetooth en la versión 1 fue la codificación por desplazamiento de frecuencia gaussiana, GFSK, sin embargo, con el requisito de velocidades de datos más altas, se introdujeron dos formas de codificación por desplazamiento de fase para Bluetooth 2 para proporcionar la capacidad EDR de velocidad de datos mejorada.

Modulación por desplazamiento de frecuencia gaussiana: Cuando se usa GFSK para la forma elegida de modulación Bluetooth, la frecuencia de la portadora se desplaza para transportar la modulación. Un uno binario está representado por una desviación de frecuencia positiva y un cero binario está representado por una desviación de frecuencia negativa. Luego, la señal modulada se filtra utilizando un filtro con una curva de respuesta gaussiana para garantizar que las bandas laterales no se extiendan demasiado a ambos lados de la portadora principal. Al hacer esto, la modulación de Bluetooth logra un ancho de banda de 1 MHz con estrictos requisitos de filtro para evitar interferencias en otros canales. Para un funcionamiento correcto, el nivel de BT se establece en 0,5 y el índice de modulación debe estar entre 0,28 y 0,35.

Modulación por desplazamiento de fase: La codificación por desplazamiento de fase es la forma de modulación de Bluetooth que se utiliza para permitir velocidades de datos más altas que se pueden lograr con Bluetooth 2 EDR (Velocidad de datos mejorada). Se utilizan dos formas de PSK:

  • π / 4 DQPSK: Esta es una forma de modulación por desplazamiento de fase conocida como modulación por desplazamiento de fase diferencial π / 4. Permite alcanzar la velocidad de datos sin procesar de 2 Mbps.
  • 8DPSK: Esta forma de modulación Bluetooth es una codificación por desplazamiento de fase de ocho puntos o 8 arios. Se utiliza cuando las condiciones del enlace son buenas y permite alcanzar velocidades de datos sin procesar de hasta 3 Mbps.

La capacidad de velocidad de datos mejorada para la modulación de Bluetooth se implementa como una capacidad adicional para que el sistema siga siendo compatible con versiones anteriores.

Los esquemas de modulación Bluetooth y el formato general no se prestan a transportar velocidades de datos más altas. Para Bluetooth 3, las velocidades de datos más altas no se logran cambiando el formato de la modulación de Bluetooth, sino trabajando de manera cooperativa con una capa física IEEE 802.11g. De esta manera, se pueden lograr velocidades de datos de hasta alrededor de 25 Mbps.

Niveles de potencia de Bluetooth

Las potencias del transmisor para Bluetooth son bastante bajas, aunque hay tres clases diferentes de salida que dependen del uso anticipado y el rango requerido.

La clase de potencia 1 está diseñada para comunicaciones de largo alcance hasta dispositivos de 100 m, y tiene una potencia de salida máxima de 20 dBm.

La siguiente es la clase de potencia 2, que se utiliza para lo que se denominan dispositivos de rango ordinario con un rango de hasta aproximadamente 10 m, con una potencia de salida máxima de 6 dBm.

Por último, existe la clase de potencia 3 para dispositivos de corto alcance. La clase 3 de Bluetooth admite la comunicación solo hasta distancias de unos 10 cm y tiene una potencia de salida máxima de 0 dBm.

El control de energía es obligatorio para Bluetooth Clase 1, pero opcional para los demás, aunque es recomendable su uso para conservar energía de la batería. El nivel de potencia apropiado se puede elegir de acuerdo con la lectura del indicador de señal de fuerza recibida RSSI.


Resumen de clases de energía de Bluetooth
ClasePoder maximo
dBm
Capacidad de control de potencia
120Obligatorio
24Opcional
30Opcional

Elección del nivel de potencia de Bluetooth y RSSI

Para conservar la energía de la batería, se debe elegir el nivel de energía de transmisión más bajo compatible con un enlace confiable. Suponiendo que el control de nivel de potencia está disponible, el nivel de potencia se elige de acuerdo con una lectura RSSI. Si la indicación de RSSI cae por debajo de un nivel determinado, el nivel de potencia de Bluetooth se puede aumentar para llevar el nivel de RSSI a un nivel aceptado.

El valor de cualquier cifra de RSSI es arbitrario, ya que simplemente se utiliza para proporcionar una indicación de cuándo es necesario aumentar o disminuir el nivel de la señal y, por lo tanto, el nivel de potencia transmitida.

La especificación de Bluetooth define una tasa máxima de error de bits del 0,1% y esto equivale a un requisito mínimo para la sensibilidad de recepción de -70dBm. Estas cifras de sensibilidad conducen a las distancias alcanzables para los diferentes niveles de potencia, aunque los receptores actuales son generalmente más sensibles que los que se utilizaron para establecer la base de la especificación en su lanzamiento.

La interfaz de radio Bluetooth se desarrolló para proporcionar una interfaz resistente que pudiera funcionar de una manera espectralmente eficiente junto con otras aplicaciones dentro de la banda ISM de 2,4 GHz o sin licencia. La interfaz de radio también ha sido diseñada para permitir que los circuitos que transmiten las señales funcionen de manera eficiente, permitiendo así una larga duración de la batería.

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