關于藍牙技術的抗電磁干擾性能的測試分析

廣東省電子電器研究所 袁妙玲

前言

藍牙技術在全球通用的頻段為2.4GHZISM，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，影響了數據傳輸的穩定性和安全性，不利于藍牙技術的廣泛應用。因此，探究藍牙技術的抗電磁干擾性能并提出改進對策，具有重要的意義。

1 藍牙技術概述

藍牙是一種適用于設備短距離通信的無線電技術，能夠實現數據的實時傳遞和共享。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備中應用藍牙技術，能夠實現信息的實時傳遞和共享。通過對藍牙技術的充分運用，能夠有效提升數據傳輸的速度，簡化移動設備間的通信流程，為無線通信的研究奠定了良好的基礎。藍牙采用分散式網絡結構以及跳頻擴頻技術，支持點對點及點對多點通信，其數據速率可達24Mbit/s。同時，藍牙技術采用時分雙工傳輸方案，能夠充分實現全雙工傳輸，與傳統數據傳輸方式相比，具有較高的優越性。

1.1 藍牙技術特性

藍牙技術是一種集低功耗、短距離數據傳輸和開放性特征為一體的無線通信技術，由英特爾愛立信、諾基亞、東芝、國際商用機器公司聯合發布。藍牙技術在對近距離、低成本無線傳輸技術進行充分利用的基礎上，在固定設備和無線通信設備間建立了完整的短程無線連接站，能夠在特定范圍內實現數據的實時傳輸，實際上，藍牙技術就是通過建立無線電和無線電空中接口，實現對軟件的有效控制，也就是說，藍牙技術就是計算機技術和通信技術的有機結合體。藍牙技術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。藍牙技術能夠在近距離內以最低的成本將各種移動設備、固定通信設備、計算機及其它隨身佩戴設備以網狀鏈接起來，形成數據傳輸的外圍接口。

1.2 藍牙技術的主要特點

第一，藍牙技術在工業領域、醫學領域和科學領域的工作過程中采用開放的ISM頻段，工作范圍為2.4GHz到2.4835GHz，用戶在應用藍牙技術的過程中無需向相關部門申請，為用戶提供了方便。第二，藍牙技術能夠實現數據的短距離傳輸，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，能夠在確保數據傳輸速率的基礎上，實現對電磁干擾的有效抗擾，具有較高的安全性。第三，藍牙技術通過加大對跳頻和擴頻技術的應用力度，在2.4GHz到2.4835GHz頻段范圍內通常劃分出79個頻點，采用快速跳率，數據傳遞的速度較之前顯著提升，抗干擾性能也更高。第四，藍牙技術采用時分復用多路訪問技術：將數據打包成數據包，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。

2 藍牙技術的抗電磁干擾類型

藍牙技術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射信號電平，實現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和重新編碼來實現。例如，在功率大于50dB和環境不同的情況下，為了確保藍牙技術的速率達到24Mb/s，僅僅依靠編碼技術難以實現，由于電磁信號在較低功率的環境下干擾較為容易，因此，應選擇功率較高的情況下發送。如果采用時間避免干擾法，一旦出現功率較強的電磁干擾，會導致數據的傳輸中斷，同時，由于部分無線通信設備受帶寬的影響較大，在2.4GHz到2.4835GHz之間，無線通信設備的帶寬為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，實現對電磁干擾的有效抑制。據此認為，加強頻域避免干擾法在藍牙技術數據傳輸過程中的應用，數據傳輸的安全性更高。

3 藍牙技術的抗電磁干擾性能測試分析

實現數據的短距離無線傳輸是藍牙技術應用的根本目標。現階段，藍牙技術已經憑借其傳輸速度高和簡單方便的優勢，在短程通信過程中得到了大量應用，在家庭和辦公領域具有較好的應用前景。但現階段，藍牙技術的數據傳輸穩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，對藍牙通信技術抗干擾性能的影響因素進行探究，報告如下。

3.1 實驗儀器和設備

本次研究以 LG公司生產的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1800K。

3.2 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100K，在實驗過程中，將藍牙收發之間的距離設為d1，干擾源和藍牙收發之間的距離為d2。研究干擾源與藍牙開放系統間距離不同情況下數據的傳輸速率。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，其實驗原理如圖1所示：

圖1 實驗原理圖

3.3 實驗結果

通過對本次研究結果進行深入分析可知，該藍牙通信系統的設計較為科學和合理。在傳輸較小文件的過程中，干擾源對文件傳輸的影響幾乎不存在，在較大文獻的傳輸過程中，藍牙系統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，結果顯示未出現語音失真現象。本次研究所獲得的實驗數據如表1所示。

表1 實驗數據表

同時，經過本次測試分析也可得知，本次研究所選擇的干擾源——微波爐發射功率較小，這也是導致噪聲干擾對藍牙系統傳輸時間和速率影響不明顯的主要原因，但同時也證明了藍牙系統在家庭中的應用具有較高的可行性，其抗干擾性能已經足以滿足家庭對藍牙抗干擾性能的需求。但在工業領域、醫學領域和科學領域應用藍牙系統的過程中，干擾源的發射功率遠遠高于電磁爐，這對藍牙系統的抗干擾能力形成巨大挑戰。因此，為了實現高質量的通信，還需要進一步提高藍牙系統的抗電磁干擾性能。

4 提升藍牙技術抗電磁干擾性能的有效對策

4.1 工作頻段的干擾問題分析

藍牙系統在2.4GHZ工作頻段的電磁干擾問題主要有以下兩點：第一，源于藍牙系統內部的電磁干擾。在設計藍牙內部電路和接口的過程中，如果存在設計不合理的現象，會導致藍牙系統內部的高頻電磁向外輻射，降低了藍牙系統內部電路工作的穩定性，不利于提升藍牙系統的傳輸速度。第二，來自現有業務的電磁干擾。現階段，盡管高頻藍牙設備間的通信一般依靠跳頻和直接序列擴譜實現，其發射功率也在國家允許的范圍內，但受藍牙系統天線形式、系統結構和增益指標的影響，藍牙通信設備的調制方式、頻率和保護帶均具有顯著的差異。加上2.4GHZ頻段具有較強的開放性，頻段的使用情況較為復雜，增加了電磁干擾的來源。

4.2 解決方案

第一，針對藍牙系統內部干擾，設計人員在改進藍牙系統的過程中，應注重提升藍牙系統電路設計的合理性，將電磁干擾最大化的降低。第二，針對來自現有業務的電磁干擾，設計人員需要基于安排無線業務進行電臺頻率指揮的基礎上，著重對統一頻率藍牙系統之間的電磁干擾問題進行研究，依靠跳頻技術實現對電磁干擾的有效抵抗。例如，某設計人員針對電磁干擾問題，加強了自適應跳頻技術在藍牙系統中的運用，促使藍牙系統能夠在不同的情境下對自身的頻率范圍進行自動調節，實現對當前電磁干擾的有效規避，提升跳頻的針對性，實現對電磁干擾的有效抵抗。通過應用自適應跳頻技術，能夠促使藍牙系統環境適用性的充分提升，在確保數據傳輸時間和速率的基礎上，有效抵抗電磁干擾，具有較高的應用價值。

綜上，通過對藍牙技術的抗電磁干擾性能進行測試分析發現，干擾源的發射功率、藍牙系統內部干擾以及現有業務會對藍牙系統的抗干擾能力產生一定影響。

5 結論

通過研究發現，干擾源的發射功率是影響藍牙技術傳輸速度的重要因素。因此，為了充分提升藍牙技術的抗干擾性能，應不斷完善藍牙系統內部和外部電路設計，加大自適應跳頻技術的應用力度，全面提升藍牙系統的抗電磁干擾能力。

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