为什么要使用跳频技术？跳频序列类型有哪些？

经典蓝牙为工作于2400~2480MHz ISM 频段的无线连接技术。与有线通信不同的是，无线通信技术无法避免来自空中的串扰和冲突从而具有相对的不可靠性，这是任何无线技术都不可避免的课题。为了减少同频、空中干扰并提高无线通信的健壮性和稳定性,，经典蓝牙跳频技术应运而生，本文主要介绍经典蓝牙跳频技术相关内容。

1为什么要使用跳频技术

2400~2480MHz ISM 频段作为众多短距无线通信技术使用的公共资源，因此常规空中环境内可能同时存在较多的无线通信设备，例如WiFi、ZigBee、BLE等。此外，经典蓝牙协议可以同时允许8个蓝牙设备相互连接组成一个微型无线网络。此时，处理在有效传输范围内多个无线通信设备之间的相互干扰成为重大问题，而该问题的解决推动了跳频技术方案的产生。经典蓝牙跳频技术定义了79个独立且可随机选择的有效通信频率，每个蓝牙设备都能使用其中任何一个频率，且能有规律地随时跳往另一个频率。由于其跳频时间短速度快的特性，极大降低了出现两个发射器使用相同频率的概率，且即使在特定频率下有某些干扰，跳频技术会使其持续影响时间变得相对较小，进而将外界信道干扰对蓝牙设备间通讯的影响降低。所以，经典蓝牙跳频技术具有一定的独创性和安全性，为多种经典蓝牙设备提供了超强的抗干扰、抗衰落能力。

2跳频序列类型有哪些

经典蓝牙跳频技术的频率选择方案由两个部分组成：跳频序列与信道选择；

2.1跳频序列的选择

在经典蓝牙协议中总共定义了六种跳频序列，其中有5种属于基本跳频系统，一种为自适应跳频（adaptive frequency hopping简称AFH）系统。

page hopping sequence：该序列覆盖32个频率是一个定义明确的周期序列，其各个频点均匀分布在2.4G的79个频率信道上。

page response hopping sequence：所覆盖32个频率周期序列，与page hopping sequence一一对应。Central 和Peripheral使用不同的规则来获得相同的序列。

inquiry hopping sequence：其覆盖32个频率是一个定义明确的周期序列，均匀分布在2.4G的79个频率信道上。

inquiry response hopping sequence：该序列覆盖32个频率且与inquiry hopping sequence一一对应。

basic channel hopping sequence：其周期长度较长，在短时间间隔内不重复使用同一信道，跳变频率平均分布在79 MHz上。

adapted channel hopping sequence：adapted channel hopping sequence是一种源自basic channel hopping sequence的自适应信道跳变序列，它使用与之相同的信道选择机制，允许最大使用79个频率，最小使用20个频率。adapted channel hopping sequence被用来代替basic channel hopping sequence，为信道筛选之后的结果。

2.2频道的选择

如下图2.1 ,RF 信道的选择依赖于跳频序列、UAP/LAP、时钟等作为输入参数，输出伪随机序列，然后映射到对应的跳频序列，从而完成频率信道的选取。跳频序列包括上述的所有序列。

图2.1

在page, Central page response, Peripheral page response, page scan, inquiry, inquiry response and inquiry scan等过程的跳频序列选择时，经典蓝牙跳频技术方案会选择相同的32个跳频频道，其跨越64MHz，并以伪随机的方式使用这些频率信道。当选择basic channel hopping sequence时，会通过79个跳频频道构成一个伪随机序列，进行频道跳变。

图2.2

在同一包的发送过程中，其使用的频率信道保持不变，如下图。

图2.3

3AFH

AFH为adaptive frequency hopping的缩写，是原用于军事和情报领域中的跳频技术，后被广泛用于蓝牙通信等领域，用以保证通信的抗干扰性和保密性。

AFH功能的前提是可以实时识别并筛选有效频率信道，此过程通常称为“信道评估”。信道评估的方式主要分为两种：一种是通过RSSI检测方法，即利用空闲时间RF扫描测试各个信道的占用情况，并给各个信道分类；一种是PER 检测方法：根据信道上通信时PER 高低确定信道的好坏。

然后通过LMP命令通知网络中的成员交换AFH相关的信息。Central设备通过分类，把信道分为好信道、坏信道、未用信道，然后把信道分类情况通知Peripheral设备。同时，Peripheral设备把自己的扫描的环境情况通知Central设备。Central和Peripheral设备之间收集彼此的环境信息，以便确定哪些信道可用，哪些不可用，为下一步自适应跳频序列的产生做准备。

AFH所对应AFH channel map的更新由Central设备所决定，当任一设备检测到空中环境有所变化，例如空中环境2440M的信道环境干扰突然变大以至于在此信道内的PER较高，到达某一范围后，会将该信道设置为不可用信道。此时Central设备会结合本地与对端设备提供的可用信道更新AFH channel map；同时，Central设备会发送LMP_SET_AFH的命令给Peripheral设备来同步最新的AFH channel map，并约定在同一时刻开始使用新的跳频序列。

图3.1

图3.2

如图是一块泰凌微TLSR9518开发板，由于该芯片使用的Bluetooth stack已经包含了AFH的跳频功能，可以通过与耳机连接来验证当前的AFH功能筛选后使用的信道；

图3. 3 TLSR9518开发板

下图为与耳机连接作为Central设备时，频谱仪以为2440MHz中心点抓取到的AFH功能筛选后的使用信道，此时模拟干扰源工作在2466MHz，从图中可以看到AFH机制识别出这一干扰源，并避免使用干扰源同频频点。

图3.4 当前正在使用的信道

4跳频技术的应用

当前经典蓝牙跳频技术应用场景广泛，特别是针对数据量大，包长较长的音乐、电话等媒体场景效果显著，为蓝牙发现、配对、连接、传输等多个状态提供了稳定健壮的技术基础。基于目前泰凌微电子所支持经典蓝牙技术的TLSR951x和TLSR952x两个系列的SoC芯片，泰凌微致力于软硬件两方面进行跳频技术的研究与拓展。目前所量产的经典蓝牙设备开发方案，包括无线耳机、TWS耳机、智能手表、办公设备、汽车钥匙等等均得益于经典蓝牙跳频技术在可靠性、健壮性及多方面性能的保障与提升。