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第 12 屆 iThome 鐵人賽

DAY 6
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自我挑戰組

認識藍牙之技術、測試認證與未來應用系列 第 6

[Day06]藍牙技術怎麼傳資料?(3/3) 無線通訊技術-訊號調變

想要了解藍牙的運作方式
一定要認識藍牙演變到現在的這幾年中所出現的不同資料傳輸方式的差異。
在這邊會介紹BR (Basic Rate, 基本藍牙)
第二世代開始才有的EDR(Enhanced Data Rate, 速率增強)模式
第三世代的主角HS(High Speed, 高速)模式
與第四世代之後才有的LE(Low Energy, 低功率)模式。
目前最常被使用的為BR/EDR與LE兩種資料傳輸
通常我們會把BR/EDR統稱為傳統藍牙
而LE則會稱呼為低功耗藍牙。

為了了解資料傳輸的方式
我們需要先知道藍牙技術究竟是用什麼樣的機制去傳遞訊號的。
因此下面我們會來了解藍牙用來傳遞訊號的方式→〝訊號調變技術〞。
無線通訊利用電磁波上附載著資訊的方式來在裝置與裝置之間傳遞我們想要傳遞的資訊。
我們可以藉由調變電磁波的頻率、振幅等物理參數或使用手段
來做為數位資料0與1的判斷依據(類比資料也有類似做法)。
如下圖透過訊號調變的方式將0與1等數位資訊複合在稱為〝載波〞的原始波上。
https://ithelp.ithome.com.tw/upload/images/20200920/20129674AKX5XeYBMp.png
BR (Basic Rate),是由第一世代開始就一直保留並優化到現在的藍牙資料傳輸方式。
使用的訊號調變方式是頻率鍵移,也就是從訊號的頻率去做變動
讓藍牙裝置能分得出訊號的內容(資料通常為0與1的集合體)。

BR的資料傳遞方式是藉由高斯頻率鍵移(GFSK, Gaussian frequency-shift keying)的訊號調變方式進行訊號的調變。
GFSK簡單來說是一種
有一個中心頻率
並且前後微調一定量的頻率來當作訊號判斷的依據的調變方式。
第二世代開始誕生的EDR(Enhanced Data Rate)技術
則是藉由使用更複雜的訊號相位調變技術來做訊號的調變
實際上有兩種技術分別為π4-DQPS 與 8DPSK
這兩種技術分別能使藍牙的資料傳輸速率提升2倍與3倍。

下圖為相位調變的示意圖,此技術是透過波型相位的差異來做為資料判斷的依據。
https://ithelp.ithome.com.tw/upload/images/20200920/20129674QUyBNF4ZvJ.png

下方圖片為兩種調變技術的示意圖
上方為π4-DQPS調變技術
以象限圖來看,其相位調變的依據是藉由從訊號當下的起始點出發
共有4種相位差的結果可以選擇
透過判斷相位差變化量是四個中的哪一種來判斷00、01、10、11
此方式相較於傳統BR一次只能傳送0與1的情況
一次傳送兩個符號可使傳送速率變為兩
(藍色看起來很亂的圖是星座圖,可以用來觀測訊號調變時由點對點的遷移所形成的圖形)。

另外一個技術為8DPSK
此調變技術的原理與前者相同有8個點位
不同的是相位調變所依據的是在哪個點位就代表什麼樣的資料
因此可以用來表示000、001、010、011、100、101、110、111共八種
相較於傳統BR,此技術在單一時間內可傳送三倍的字符,因此速率快比BR快3倍。
https://ithelp.ithome.com.tw/upload/images/20200920/20129674l3Z6g8gcHg.png


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