蘭牙系統(tǒng)無線電收發(fā)信機(jī)的技術(shù)指標(biāo)及其容限

小袤 2011-08-19

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蘭牙系統(tǒng)無線電收發(fā)信機(jī)的技術(shù)指標(biāo)及其容限

王樹甲

一、作頻段和頻道按排

蘭牙系統(tǒng)工作在⒉4GHz 工業(yè)科學(xué)醫(yī)療（ISM）頻段。全世界大多國家使用的頻段為2400 - 2483.5 MHz ，但有些國家的頻率范圍受到限制。這些國家已規(guī)定了特殊的調(diào)頻算法，以便符合各自國家的頻段。應(yīng)當(dāng)指出，實施縮減頻段的各產(chǎn)品將不能與實施全頻段的各產(chǎn)品兼容工作。因此，必須認(rèn)識到，將實施縮減頻段的各產(chǎn)品作為單一市場的地區(qū)款式。蘭牙SIG已提出一項計劃來克服這些困難，并答成頻段的總協(xié)調(diào)調(diào)。

表1-1 可用的頻道

國家	頻率范圍	RF信道
美國和歐洲及大多數(shù)其它國家	2400-248⒊5MHz	f=(2400+k)MHz	k=0,1,…,78
日本¹	2471-2497MHz	f=(2473+k)MHz	k=0,1,…,22
西班牙²	2445-2475MHz	f=(2473=k)MHz	k=0,1,…,22
法國³	244⒍5-248⒊5MHz	f=(2454+k)MHz	k=0,1,…,22

注1 日本郵政?。?span lang=EN-US>MPT）于1999年10月初宣布，日本的頻段擴(kuò)充到2400-2483.5 MHz ，立即生效。然而，TELEC的測試設(shè)備可能需要時間進(jìn)行更改。以前規(guī)定的覆蓋2400-2483.5 MHz 頻段的特定跳頻算法仍是可選的。

注2 西班牙有一項擴(kuò)充國家頻段到2400-2483.5 MHz范圍的建議。蘭牙SIG已與西班牙各主管部門進(jìn)入全面協(xié)調(diào)，預(yù)期2000年初可以解決。

注3 蘭牙SIG已與法國各主管布門接觸，并接近于協(xié)調(diào)的發(fā)展。

信到間隔為 1 MHz ，為了符合每個國家的帶外規(guī)則，在頻段高、下低邊緣采用了保護(hù)頻帶。

表1-2 保護(hù)頻帶

國家	低端保護(hù)頻帶	高端保護(hù)頻帶
美國	2 MHz	3.5 MHz
歐洲（除西班牙和法國）	2 MHz	3.5 MHz
西班牙	4 MHz	26 MHz
法國	7.5 MHz	7.5 MH
日本	2 MHz	2 MHz

二、發(fā)射機(jī)特性

本節(jié)所述的各要求是在設(shè)備的天線接頭上的功率點平。如果設(shè)備沒有天線接頭，則假設(shè)是一個具有0dBi增益的參考天線。

由于在輻射測量條件下很難測量準(zhǔn)確，在型號認(rèn)證中最好為具有整體天線的各系統(tǒng)提供一個臨時的接頭。

如果使用方向性增益高于0dBi的發(fā)射天線，則必須對ETSI 300 328和FCC15部分的的可適用條款進(jìn)行補(bǔ)償。

設(shè)備功率等級分為三類。

表2.1 功率等級和功率控制

功率等級類別	最大輸出功率（Pmax）	標(biāo)稱輸出功率	最小輸出功率¹	功率控制
1	100Mw（20dBm）	N/A	1Mw（0dBm）	Pmin<+4 dBm 至 Pmax 可選：Pmin²至 Pmax
2	2.5 mW (4 dBm)	1 mW (0 dBm)	0.25 mW (-6 dBm)	可選：Pmin 至 Pmax
3	1 mW (0 dBm)	N/A	N/A	可選：Pmin 至 Pmax

注1 最小輸出功率是指最大功率設(shè)置下的最小輸出功率

注2 建議低功率容限Pmin<-30dBm<-30dBm，但不是強(qiáng)制性的，并可以按照應(yīng)用需要選擇。

對于功率等級1的設(shè)備要求進(jìn)行功率控制，使用功率控制來限制超過0dBm的發(fā)射功率，0dBm以下的功率控制能力是可選的，并能用來優(yōu)化功率消耗和總干擾電平。各功率步長應(yīng)形成單調(diào)序列，最大步長為8dB，最小步長為2dB。具有最大發(fā)射功率20dBm的1類設(shè)備必須能夠?qū)⑵涔β士刂频?span lang=EN-US>4dBm或更低。

具有功率控制能力的設(shè)備可以用鏈路管理協(xié)議（LMP）優(yōu)化一條鏈路的輸出功率，這是通過測量接收信號強(qiáng)度指示（RSSI）實現(xiàn)的，如果應(yīng)增加或減小功率，則向?qū)Χ藞蟾妗?span lang=EN-US>

3.1 調(diào)制特性

調(diào)制方式為BT*=0.5的高斯濾波器最小頻移鍵控（0.5GMSK）調(diào)制。調(diào)制指數(shù)必須在0.28 與0.35之間。二進(jìn)制1用一個正頻偏表示，二進(jìn)制0用一個負(fù)頻偏表示。符號定時應(yīng)優(yōu)于±20ppm。

圖（2-1）實際的發(fā)送調(diào)制

對于每一發(fā)送信道，相應(yīng)于1010序列的最小頻偏（Fmin=Min{Fmin+，Fmin-}）應(yīng)不小于相應(yīng)于00001111序列的頻偏(fd)的80﹪。

此外，最小頻偏決不應(yīng)小于115 kHz。

過零誤差是指理想符號周期與測量的過零時間之間的時間差值，它應(yīng)小于±1/8符號周期。

2.2 雜散發(fā)射

設(shè)備的帶內(nèi)和帶外雜散發(fā)射是在調(diào)頻發(fā)射機(jī)調(diào)頻到單一頻率時進(jìn)行測量的，這意味著頻率合成器必須在接收時隙與發(fā)射時隙之間改變頻率，但總是返回到同一發(fā)射頻率。

在美國，FCC 15.247, 15.249, 15.205 and 15.209各部分是適用的規(guī)則。在日本，RCR STD-33適用，在歐洲，ETSI 300 328適用。

3.2.1 帶內(nèi)雜散發(fā)射

在ISM頻段內(nèi)，發(fā)射機(jī)應(yīng)通過一個如表2.1給定的頻譜模板。頻譜必須符合下述FCC的20-dB帶寬定義，并應(yīng)據(jù)此進(jìn)行測量。除FCC的要求外，還規(guī)定了在具有兩個或更多不同信道號碼的各信道上的鄰信道功率，該鄰信道功率定義為在一個1MHz信道中測量功率的總和。發(fā)送功率應(yīng)在100kHz帶寬內(nèi)采用最大功率保持方法進(jìn)行測量。發(fā)射機(jī)在M號信道上進(jìn)行發(fā)送，而在N號信道上進(jìn)行鄰信道功率測量。在整個測試中，發(fā)射機(jī)發(fā)送偽隨機(jī)數(shù)據(jù)樣本。

表2.1 發(fā)射頻譜模板

頻率偏移	發(fā)送功率
± 550 kHz	-20 dBc
\|M-N\| = 2	-20 dBm
\|M-N\| = 3	-40 dBm

注如果輸出功率小于0dBm，則以FCC的20dB相對要求代替上表所述的絕對鄰信道功率要求是適當(dāng)?shù)摹?span style="COLOR: black" lang=EN-US>

FCC Part 15.247c：

“基于RF傳導(dǎo)性測量或輻射性測量，在擴(kuò)散頻譜的有意輻射器正在工作且由該輻射器產(chǎn)生射頻功率的頻帶的帶外，任何100kHz帶寬內(nèi)的散射功率應(yīng)至少比含有有用功率電平的頻帶內(nèi)的100kHz帶寬內(nèi)功率低20dB。不要求低于§ 15.209(a) 中所規(guī)定的一般容限的衰減。此外，落入§ 15.205(a) 所定義的各限制頻帶的輻射性散射也必須符合§ 15.209(a) 中所規(guī)定的輻射性散射的容限（見§ 15.205(c)）”

允許有三個例外，它們是各以一個1MHz整數(shù)倍頻率為中心的三個1MHz帶寬的頻帶，但它們必須符合–20 dBm 的絕對值。

3.2.2 帶外散射

所測量的功率應(yīng)在100kHz帶寬內(nèi)進(jìn)行測量。

表 2.3 帶外散射要求

頻段	工作模式	空閑模式
30MHz-1GHz	-36 dBm	-57 dBm
1 GHz – 12.75 GHz	-30 dBm	-47 dBm
1.8 GHz – 1.9 GHz	-47 dBm	-47 dBm
5.15 GHz – 5.3 GHz	-47 dBm	-47 dBm

3.3 無線電頻率容限

發(fā)送初始中心頻率準(zhǔn)確度必須在Fc ±75 kHz 范圍內(nèi)。初始頻率準(zhǔn)確度定義為在發(fā)送任何信息之前的頻率準(zhǔn)確度。應(yīng)當(dāng)注意，頻率漂移的要求并不包括在±75 kHz范圍內(nèi)。

在一個數(shù)據(jù)分組內(nèi)的中心頻率漂移在表2.4中做了規(guī)定，不同的分組在基帶規(guī)范中做了定義。

表 2.4 不同分組類型的頻率漂移

分組類型	頻率漂移
1-時隙分組	±25 kHz
3-時隙分組	±40 kHz
5-時隙分組	±40 kHz
最大漂移率¹	400 Hz/µs

注1 最大漂移率是在分組中的任何位置都允許的。

三、接收機(jī)特性

為了測量接收機(jī)比特差錯率性能，設(shè)備必須具有環(huán)回機(jī)能，設(shè)備送回已譯碼的信息，這種機(jī)能在測試模式規(guī)范中做了規(guī)定。

本章引用的參考靈敏度等于-70 dBm 。

4.1 實用靈敏度

實用靈敏度定義為在滿足比特差錯率（BER）0.1%時的輸入電平。對于蘭牙接收機(jī)的要求是，實際靈敏度電平為–70 dBm 或更低。對于滿足發(fā)射機(jī)規(guī)范的任何蘭牙發(fā)射機(jī)，接收機(jī)必須達(dá)到–70 dBm 電平的靈敏度。

3.2 干擾性能

干擾信號頻率	干擾信號功率電平
30 MHz - 2000 MHz	-10 dBm
2000 - 2399 MHz	-27 dBm
2498 - 3000 MHz	-27 dBm
3000 MHz - 12.75 GHz	-10 dBm

3.3 帶外阻塞

帶外阻塞是在有用信號電平比參考靈敏度高3dB的條件下進(jìn)行測量的，干擾信號應(yīng)為連續(xù)波信號，BER應(yīng)小于或等于0.1%。帶外阻塞應(yīng)滿足下列要求：

表3.2 帶外阻塞要求

允許有24個雜散響應(yīng)頻率除外，即超出表3.2所列的要求，這些頻率取決于給定的接收信道頻率，并以一個1 MHz整數(shù)倍的頻率為中心。這些雜散響應(yīng)頻率中的19個，可以使用放寬為-50dBm的干擾信號功率電平達(dá)到0.1%的BER要求，其余5個雜散響應(yīng)頻率，干擾信號電平可以是任意值。

4.4 互調(diào)特性

在下列條件下，應(yīng)滿足參考靈敏度性能，即BER = 0.1%：

l 頻率為f 0 的有用信號功率電平比參考靈敏度高6dB。

l 頻率f 1的靜態(tài)正弦波信號的功率電平為 -39dBm。

l 頻率f 2 的蘭牙已調(diào)信號（見3.8節(jié)）的功率電平為 -39 dBm。

使 f 0 =2f 1 -f 2 ，︱f 2 -f 1︱= n*1 MHz, n 可以為3，4 或 5，則系統(tǒng)必須滿足這三種帶換之一。

3.5 最大可用電平

接收機(jī)可以工作的最大可用輸入電平應(yīng)優(yōu)于 -20dBm，在輸入功率電平為-20dB 時，BER應(yīng)小于或等于0,1%。

3.6 雜散發(fā)射

蘭牙接收機(jī)的散射應(yīng)不大于：

表3.3 帶外雜散發(fā)射

頻段	散射要求
30 MHz - 1 GHz	-57 dBm
1 GHz -12.75 GHz	-47 dBm

表3.3所示功率應(yīng)是以100 kHz 帶寬進(jìn)行測量所得到的功率。

3.7 接收機(jī)信號強(qiáng)度指示裝置（可選）

希望接入功率控制鏈路的收發(fā)信機(jī)必須能夠測量它自己的接收信號強(qiáng)度，并確定其鏈路對端的發(fā)射機(jī)是否應(yīng)當(dāng)增加或減低它的輸出功率電平。接收機(jī)信號強(qiáng)度指示裝置（RSSI）便可以實現(xiàn)這一功能。

規(guī)定功率控制功能為了得到最佳接收功率，最佳接收功率定義為一個具有高低容限的范圍，而RSSI必須具有與這一范圍相等的最小動態(tài)范圍。當(dāng)接收信號功率為-60 dBm時，RSSI必須具有±0.4 dB或更高的絕對準(zhǔn)確度。此外，從 -60dBm向上的動態(tài)范圍必須達(dá)到20.6dB（見圖3.1）。