الجوانب التقنية لضمادات الترددات الزرقاء ومضيقها

مقدمة إلى فرق الترددات الزرقاء

إن تكنولوجيا البلوت تشكل حجر الزاوية في الاتصالات اللاسلكية القصيرة المدى، مما يتيح تبادل البيانات دون هوادة بين بلايين الأجهزة في جميع أنحاء العالم، ومن سماعات لاسلكية وأجهزة صرف الذكية إلى أجهزة الاستشعار الصناعية والمعدات الطبية، وقدرة بلوتوث على العمل بشكل موثوق في إطار التصميم الصناعي والعلمي والطبي المزدحم، مما يجعله متوافقاً مع الترددات، ومع ذلك فإن القيود التقنية التي تحكم استخدامه في إطار " بلو " .

لمحة عامة عن فرق الترددات الزرقاء

ويشغل بلو توث أساساً نطاق الترددات ISM المتاحة عالمياً، وهو 2.4 غيغاهيرتز، الذي يتراوح بين 2.4000 غرتز و24835 غيغاهيرتز، وهذا النطاق غير مرخص به، أي أي جهاز يفي بالمتطلبات التنظيمية يمكن أن ينقله دون ترخيص فردي، غير أن " غير مرخص به " لا يعني وجوداً غير مُنظم؛ كما أن القواعد الصارمة تحكم قوة النقل والانبعاثات البورة، والشعارات الطيفية، والشعارات الطيفية، والرقمة.

The 2.4 GHz ISM Band

وتنقسم مجموعة المواد الكيميائية الثابتة التي تبلغ ٢,٤ غيغاهيرتز إلى ٧٩ قناة، كل منها على نطاق ميغاهيرتز، بالنسبة للطرق الأساسية ومعدل البيانات المعزز، وفي بلوتون منخفض الطاقة، تبلغ أسلاك القناة ٢ ميغاهرتز، وتنتج ٤٠ قناة )٣٧ قناة بيانات و ٣ قنوات إعلانية( ويمكن أن يختلف العدد الدقيق للقنوات اختلافا طفيفا حسب المنطقة نظرا للوائح المحلية، على سبيل المثال، فإن اليابان وإسبانيا قد نسقا القنوات الحديثة.

ويستخدم بلوتون أسلوباً من نوع " التنقيب عن الترددات " (Frequency Hopping Spectrum) (FHSS). ويضم جهاز BR/EDR 79 قناة بمعدل 600 1 هوب في الثانية، وينفق 625 ميكروغرام في كل قناة، ويقلل هذا التخريب السريع من التدخل ويجعل النسيج أكثر صعوبة.

The 5 GHz Band

وفي حين أن نطاق التردد 2-4 من طراز GHz لا يزال هو البيت الرئيسي لبلوتووث، فإن شركة بلو توث سيغي قد أدخلت مواصفات تسمح باستخدام النطاق الترددي 5 GHz لبيانات محددة عالية الجودة، وعلى سبيل المثال، فإن هذه الصيغتين الأخيرتين تدعمان High Speed) أما الوصلات اللاسلكية البديلة للشبكة GAC/PHY(802)

التفاصيل التقنية لفرقة 2-4 غيغاهيرتز

توزيع القنوات والمباعدة بين الدورات

وفي نطاق التردد ٢-٤ غيهرتز، تباع قنوات BR/EDR ١ ميغاهيرتز، ابتداء من ٢,٤٠٢ جيهرتز وتنتهي ب ٠٨٤ ٢ جيهرتز )الفرقتان صفر-٧٨(، أما القنوات الإعلانية ٢,٤٠٠ غيهرتز إلى ٢,٤٢ غيهرتز و٤,٠ غيهرتز فتحول إلى ٢,٤٣٥ جيهرتز فتستخدم كع حراسة للتقليل من التدخل في الخدمات المتاخمة.

Sectrum (FHSS)

ويختار خوارزمية محطة الفضاء الدولية في برو/إدراة النقل الجوي المتطورة سلسلة من التسلسلات المضغوطة من ساعة جهاز بلوتون وعنوانه الفريد، ويتحكم الجهاز الرئيسي في سلسلة التوابل، ويستبعد جميع العبيد المتزامنة مع ذلك، وتكفل آلية التنظيف هذه أن يكون متوسط وقت الدفن على أي قناة قصيرا جدا (625 ميكروغرام)، مما يجعل من الصعب تكييف قنوات الفاسدة الضيقة مع الاختراق.

شعبة الوقت

(ب) أن يقسم الزرق الوقت إلى أماكن 625 ميكروات، ويمكن أن تشغل عبوة BR/EDR 1 أو 3 أو 5 فتحات، وينقل الرئيسي في بعض الأماكن، ويستخدم العبيد في فتحات غريبة، وينشئ نظاماً صارماً للتشعب، وهذا الهيكل الأساسي هو كيفية مشاركة بلوتووث في الهيكل المتوسط ويتجنب الاصطدامات في نطاق الوصل نفسه.

مضيق السفن والأنظمة

حدود السلطة

وأهم قيود على أجهزة بلوتون هي قوة النقل التي تقتصر تماما على منع التدخل في استخدامات أخرى لفرقة الرصد الدولي، وتحدد مواصفات بلوتون ثلاثة فئات من الطاقة:

• Clas 1:] Maximum output power of 100 mW (20 dBm). Devices in this class can achieve ranges up to 100 meters but require more power and are less common in consumer products. They must implement power control to reduce power when near the receiver.
• Clas 2:] Maximum output power of 2.5 mW (4 dBm). This is the most common class used in consumer devices such as headphones and intelligencephones, with a typical range of 10 meters.
• Clas 3:] Maximum output power of 1 mW (0 dBm). Used in very short-range applications, with a range of about 1 meter.

كما أن الهيئات التنظيمية مثل لجنة الاتصالات الاتحادية بالولايات المتحدة، والمعهد الأوروبي لمعايير الاتصالات السلكية واللاسلكية، ووزارة الشؤون الداخلية والاتصالات اليابانية، تقوم بإنفاذ حدود الطاقة هذه، كما تحدد قواعد الأقنعة المستنقعة، والانبعاثات الخارجية، والتسامح في الترددات، وعلى سبيل المثال، فإن لجنة الاتصالات تطلب من أجهزة بلوتون التي تعمل في نطاق الترددات ٢,٤ جيهرتز التي لا تمتثل لولاياتها البالغ عددها ٨,٤٢٧ كثافة.

شغل الوظائف وشغل القنوات

وفي حين أن آلية " بلو توث " للمحطة تُحد بطبيعة الحال من الوقت الذي يمكث فيه جهاز على أي قناة، فإن بعض الأنظمة تفرض فترات أقصى من الطول لضمان التقاسم العادل للفرقة، ففي أوروبا، يشترط نظام " إي تي تي إس آي " 300 328 " ألا تشغل الأجهزة التي تستخدم قفزات الترددات التكييفية أي قناة واحدة لأكثر من 5 في المائة من الوقت في فترة الثلاثين الثانية، مما يدفع أجهزة تنفيذية إلى تصميم قنوات التخية.

التدخل والتعايش

The 2.4 GHz ISM band is shared by many technologies, including Wi‐Fi (IEE 802.11 b/g/n/ac), Zigbee, Thread, and even microwave ovens. Bluetooth devices must contend with these sources of interference. The Bluetooth SIG has defined coexistence mechanisms:

• ]Adaptive Frequency Hopping (AFH):] First introduced in Bluetooth 1.2, AFH allows a tool to identify channels with excessive interference and mark them as “bad.” The hopping sequence then avoids those channels. In BLE, the channel map can be updated by the master during a connection.
• Packet Retransmission:] The baseband layer automatically retransmitspackets that are negatively acknowledged (NACKed) due to interference, ensuring reliable data delivery at the cost of latency.
• Channel Coexistence with Wi‐Fi:] because Wi‐Fi uses wider channels (20, 40, 80, or 160 MHz), it can overlap many Bluetooth traffic channels concur and To mitigate this, many Wi-Fi adapters implement Bluetooth Coexistence

أثر مضيق الأوزج على تصميم الأجهزة

تصميم وتركيب الهوائيات

ويجب أن يحقق مصممو قوة النقل أقصى قدر من الكفاءة في استخدام الهوائي، كما أن جهازا نموذجيا من الفئة 2 له هوائي احتكاري ذي الموجة ربعية مكاسب تبلغ حوالي 2 دي بي للوفاء بالحد الأقصى للطاقة المشععة الفعالة، وينطوي على درجة حرجة: القرب من مساحات المعادن أو البطاريات أو الهوائيات الأخرى يمكن أن يزيلوا من الأنتينا أو الأداء المدمر.

إدارة الطاقة

إن الجمع بين حدود الطاقة وشرط القفز يؤثران بسرعة على حياة البطاريات، ويمكن أن تحقق أجهزة الجرعة، على وجه الخصوص، سنوات من التشغيل من بطارية مختلطة لأن هذه البطاريات لا تنقل إلا لطلقات قصيرة جدا، ولكن يجب أن يستمع الجهاز أيضا إلى مجموعات جديدة في فترات منتظمة، تستهلك الطاقة، ويستخدم المصممون تقنيات مثل تسوية الربط بين العملات، والتدوير في الخدمة، ووسيلة النوم العميقة للبقاء في حدود الميزانية.

التصديق والامتثال

وقبل أن يتم بيع منتج لبلوتون، يجب أن يمرر عدة طبقات من الشهادات، وعلى المستوى التنظيمي، يجب أن يثبت الجهاز الامتثال لمعايير الانبعاثات الإذاعية المحلية (مثلاً، الجزء 15 من اتفاقية المنافسة في الولايات المتحدة، واتفاقية خفض الانبعاثات في أوروبا)، وعلى مستوى أعلى درجة من درجة الحرارة، يجب أن يجتاز المنتج برنامج التكييف في بلوتون، الذي يختبر قابلية التشغيل المتبادل، وتطابق البروتوكولات، ومتطلبات التصديق ذات الصلة بالتواتر، مثل وسائل النقل.

بلوتون أرميتوري ودور نموذج ماستر - سلوف

Piconets and Scatternets

ويتكون موقع بلوتون من أحد العبيد النشطين، ويزيد عدد العبيد النشطين عن سبعة أشخاص، ويحدد المعلم تسلسل الترددات وتوقيت جميع عمليات النقل، ويتزامن استخدام الرقبة مع ساعة الماجستير ونمط القفز، ويركّز هذا الهيكل على المعلم، ويبسط البروتوكول، ولكنه يستحدث نقطة فشل واحدة، أما بالنسبة للشبكات الأكبر، فإن شبكة البعث يمكن أن تشكل عن طريق ربط شبكات الوصل الرئيسية عبر أجهزة التصويب.

Bluetooth Low Energy (BLE) vs. Classic Bluetooth

ويختلف المستوى (المكتب 4 - صفر) اختلافاً جوهرياً عن المستوى الكلاسيكي (BR/EDR) في كيفية إدارة نطاق الترددات، ويستخدم البرنامج جهازاً لاسلكياً أبسط به 40 قناة (37 بيانات، 3 إعلانات) وجهازاً هاتفياً متنقلاً، كما أن القفزة التكييفية و328 ميكروغراماً من الإعلانات تجعله أكثر اتساماً بالتدخل.

الهيئات التنظيمية ومتطلباتها

لجنة المنافسة النزيهة (الولايات المتحدة)

وتشترط لجنة المنافسة النزيهة أن تتقيد أجهزة بلوتوث العاملة في نطاق التردد 2-4 جيهرتز بالباب 15-247 وتشمل المتطلبات الرئيسية ما يلي:

• أقصى قدر من الذروة في الإنتاج بلغ 1 واط (30 ميغاغرام) لنظم التلقيح الترددي مع 15 قناة على الأقل.
• لا يزيد على 8 د.ب.م لكل 3 كيلوهرتز
• فصل القناة عن 25 كيلوهرتز على الأقل (يقابله في وقت قريب بلوتوث 1 ميغاهرتز).
• ويجب أن تستخدم جميع الأجهزة آلية لضبط الترددات مع ما لا يقل عن 15 قناة (تستخدم البلوتوث 79).

ETSI (Europe)

ويغطي الرقم 328 300 شبكة نقل النطاقات الواسعة في نطاق الترددات 2-4 GHz.

• ويجب تنفيذ عملية القفز بالترددات التناسبية لتجنب القنوات المزدحمة.
• ويبلغ الحد الأقصى لطاقة إنتاج إطار النتائج 20 درناً (100 ميغاواط) لأجهزة التكرار.
• ويجب التقيد بالحدود المفروضة على دورة العمل (مثلاً، نسبة شغل الوظائف بنسبة 5 في المائة على أي قناة واحدة).
• يجب على الأجهزة أن تمر باختبارات لحجب أجهزة الاستقبال لضمان أن تعمل بالقرب من متدخلين قويين

سلطات إقليمية أخرى

وفي حين أن لدى كل من لجنة التنسيق الإدارية في اليابان، ولجنة التنسيق الإقليمية الصينية، ولجنة كوريا الجنوبية للكيمياء الكيميائية، متطلبات تصديقها الخاصة، ففي حين أن الكثيرين ينسقون مع حدود لجنة المنافسة الحرة أو المبادرة الخاصة، فإن الاختلافات في حدود الطاقة، وإحصاءات القنوات، وإجراءات الاختبار يمكن أن تؤثر على عمليات إطلاق المنتجات العالمية، ويجب على مطوري أجهزة بلوتوث أن يكفلوا منتجاتهم استيفاء أقل قاسم مشترك أو أن تشمل تشكيلات حاسوبية خاصة بكل منطقة.

الاتجاهات والتطورات المستقبلية

بلوتون 5 وما بعده

(ب) أدخل Blutooth 5.0 تصنيفاً مدوَّناً من نوع PHY، يمتد نطاقه باستخدام الترميز الكوني (S=2 أو S=8) بتكلفة معدل البيانات.

استكشاف سبلكتروم الجديدة: 6 جيهرتز وما بعدها

ويدرس فريق بلوتون بنشاط إمكانية العمل في فرقة العمل المعنية بقطاع الترددات العامة )٥٩٥-٧٥٢١ غيغاهيرتز( التي توفر قنوات أوسع نطاقاً وأقل منازعة من وي - في، غير أن العديد من الهيئات التنظيمية لا تزال تخصص هذه الفرقة للاستخدام غير المرخص به، وقد تكون هذه الفرقة قبل عدة سنوات من تشغيل أجهزة بلوتوث هناك، وفي الوقت نفسه، فإن نطاق التردد ٥ غيهرتز يدعم بالفعل في شركة بيزو المحدودة - إيه - إيه - إيه - إيه - إيه - إيه - إيه - إيه - إيه - إيه - إيه - إيه - إيه - إيه - إيه -

LE Audio and Channel Sounding

(L Audio) (Bluetooth 5.2+) introduces the Isochronous Channel, which is critical for multifold audio and broadcast audio. The channel mapping and scheduling for isochronous channels must handle interference carefully to maintain low latency. In Bluetooth 5.4, the Channel Sounding bandas known as Highzurat

خاتمة

والقاعدة التقنية لبلو توث في إطار نظام الإدارة المتكاملة الذي يضم ٢,٤ غيهرتز هي توازن دقيق بين الوصول المفتوح والقيود المفروضة، كما أن نطاق الترددات، وفئات الطاقة، والتقنيات التكييفية، والأطر التنظيمية تعمل جميعها معاً للسماح لمليارات الأجهزة بالتعايش، حيث أن بلوتوث يتطور إلى مسار جديد، وخدمات تحديد المواقع، والجوانب التقنية العالية السرعة لمجموعات تصميمات الترددات التي لا تكتسب أهمية أكبر.

وللحصول على مزيد من القراءة، يرجى الرجوع إلى المواصفات الأساسية الرسمية لبلوتون من Bluetooth SIG، و[FCC] ]Part 15.247]]]، ومعايير ETSI في 300 328