发射机特性(TRANSMITTER CHARACTERISTICS)

功率水平位置及名称：低功耗蓝牙（LE）设备的发射机功率水平是在其天线连接器处进行测量的。该功率水平被称为设备的“辐射发射功率水平”，是评估设备发射性能的关键指标。
无连接器时的处理：对于没有天线连接器的设备，采用一个具有0dBi增益的参考天线进行功率水平的测量和评估。这种处理方式为无连接器设备提供了一个标准化的测量基准，确保了功率评估的一致性和准确性。
HCI相关及其他通信元素中的功率水平假设：
- 在HCI（Host Controller Interface，主机控制器接口）命令、HCI事件、广播物理信道协议数据单元（PDU）以及链路层控制PDU中，除非另有明确规定，所使用的功率水平值都应视为设备的辐射发射功率水平。
- 这一假设确保了蓝牙通信系统内部对于发射功率的理解和处理具有一致性，从而有助于系统的稳定性和可靠性。

发射机功率水平的定义和测量参考对于确保低功耗蓝牙设备的性能和兼容性至关重要。通过明确测量位置和参考天线，以及统一HCI相关通信元素中的功率水平假设，可以确保在不同设备和系统之间实现一致的功率评估和处理。

1.2. 集成天线系统的测试要求

临时天线连接器的提供：由于准确测量辐射发射功率存在困难，具有集成天线的系统在进行 LE PHY（Physical Layer，物理层）资格测试时应提供一个临时天线连接器。这是为了在测试过程中能够更准确地评估设备的发射机性能，克服集成天线难以直接进行精确功率测量的问题。

1.3. 发射机最大功率设置范围及影响

功率范围规定：对于发射机，在最大功率设置下，辐射发射功率水平应在 0.01mW（-20dBm）和 100mW（+20dBm）之间。这个范围的设定既考虑了设备的通信需求，又要避免功率过高对其他设备造成干扰或违反法规要求。
高功率在短距离场景的问题：在可能遇到短距离通信的使用场景中，如果使用高发射功率，会导致远程设备的接收器饱和，从而导致链路故障。这是因为过高的功率可能超出接收设备的处理能力，使其无法正常接收和解调信号。

1.4. LE 功率控制请求功能

功能作用及使用场景：LE 功率控制请求功能可以根据接收器的信号水平来调整连接的远程设备的发射功率水平。这在不同的通信环境中非常有用，例如当信号强度过高或过低时，可以动态地调整发射功率，以优化通信质量和降低功耗。
长连接间隔下的使用注意事项：当在具有长连接间隔的连接上使用 LE 功率控制请求功能时，设备应使用来自最近连接事件的可靠接收信号强度指示（RSSI）测量值来确定是否发送功率控制请求。这样可以确保功率调整是基于准确的信号状态信息，避免不必要的功率调整或错误的调整决策。
发射功率等级差异限制：当一个设备能够使用 LE 功率控制请求功能调整其发射功率水平时，其无线电设计所支持的任意两个相邻发射功率水平之间的差异不应大于 8dB。这个限制有助于确保功率调整的平滑性和稳定性，避免过大的功率跳跃对通信造成不良影响。
不支持功率控制请求功能时的处理：当本地设备或远程设备不支持 LE 功率控制请求功能时，实现者应避免在这种场景下使用高输出功率，或者采用一种在两个或更多发射功率水平之间切换的机制，以尝试建立、重新建立或维持连接。这是为了在没有功率控制请求功能的情况下，仍然能够通过其他方式来优化通信质量和可靠性。

1.5. 设备输出功率控制的灵活性及蓝牙设备的功率等级分类

本地输出功率控制的目的：设备的输出功率控制可以在本地进行更改，例如为了优化功率消耗或减少对其他设备的干扰。这使得设备能够根据实际的使用情况和环境需求，灵活地调整发射功率，以实现更好的性能和兼容性。

基于最大功率的设备分类：蓝牙设备根据在最大功率设置下 LE PHY 所支持的辐射发射功率水平（Pmax）被分类为不同的功率等级，如在表 3.1 中所定义。这种分类方式有助于开发者更好地了解设备的功率特性和适用场景，以便在不同的应用中选择合适的设备。

二、调制特性（Modulation characteristics ）

BLE采用高斯频移键控（GFSK）调制方式，带宽 - 比特周期乘积 BT = 0.5。这种调制方式在低功耗无线通信中具有高效性和可靠性，能够在有限的带宽内实现稳定的数据传输。

2.1. 调制特性概述

2.1.1. 调制指数要求

调制指数范围：0.45至0.55。
调制指数决定频率偏差与比特值关系，确保信号稳定性和可识别性。
二进制“1”由正频率偏差表示，二进制“0”由负频率偏差表示。这样的定义使得在接收端可以通过检测频率偏差的正负来确定传输的比特值。例如，当接收到一个正频率偏差的信号时，接收端可以判断为二进制 “1”。

2.1.2. 最小频率偏差要求

计算方式与对应序列：
- 最小频率偏差Fmin定义为正负方向最小频率偏差中的较小值，即
- ```
Fmin = min {|Fmin+|, Fmin-}
```
- Fmin对应于“1010”序列，该序列用于评估信号在不同比特组合下的强度和可识别性。
相对于发射频率的频率偏差：
- 最小频率偏差应不小于相对于发射频率的频率偏差的±80%。
- 该频率偏差对应于“00001111”序列，用于确保信号在不同比特组合下的稳定性和可预测性。
不同符号率下的具体数值要求：
- 当符号率为1 Msym/s时，最小频率偏差应不小于185 kHz。这意味着在1 Msym/s的符号率下，信号的频率变化范围至少为185 kHz，以确保接收端能够准确检测和解调信号。
- 当符号率为2 Msym/s时，最小频率偏差应不小于370 kHz。随着符号率的提高，信号变化速度加快，因此需要更大的频率偏差来保证信号的质量和可识别性。

这些要求共同确保了在不同符号率和比特组合下，信号能够保持足够的强度和可识别性，从而实现稳定、可靠的数据传输。

2.1.3. 符号定时精度要求

符号定时精度应优于 ±50 ppm（百万分之一）。符号定时精度是指发送端和接收端在符号时间上的同步精度。如果符号定时精度不高，可能会导致接收端在解码信号时出现错误。例如，符号定时偏差过大可能会使接收端将一个符号误判为相邻的符号，从而导致数据错误。

2.1.4. 零交叉误差要求

零交叉误差是理想符号周期与测量交叉时间之间的时间差，应小于 ±1/8 个符号周期。零交叉误差反映了信号在时间轴上的准确性。如果零交叉误差过大，可能会影响接收端对符号边界的判断，从而导致解码错误。例如，当零交叉误差超过 ±1/8 个符号周期时，接收端可能会将一个符号的起始或结束时间判断错误，影响数据的准确性。

2.1.5. 图示说明

说明：

高斯频移键控（GFSK）：一种调制技术，其中信号的频率根据数据的变化而偏移。在高斯频移键控中，信号的频率偏移是随机的，但遵循高斯分布。

带宽-比特周期乘积（BT）：是描述调制信号特性的一个重要参数，它反映了调制信号的带宽与符号速率的相对关系。

调制指数：是描述调制信号相对于载波幅度或频率变化的程度的参数。

符号速率：指每秒传输的符号数，是衡量通信速率的一个重要指标。

零交叉误差：在数字信号处理中，指的是信号实际穿越零点的时刻与理想时间点之间的差异。

参考图 3.1 可以更好地理解这些要求中的一些符号和术语的定义。图 3.1 展示调制信号的波形、频率偏差的表示、符号周期的测量方法等，可以更直观地理解上述调制特性的要求。

2.2. 稳定调制指数

2.2.1. 稳定调制指数的通知机制

具有稳定调制指数的BLE设备的发射机可以通过特性支持机制将这一事实告知接收 LE 设备。这意味着如果一个 LE 设备的发射机具有稳定的调制指数，它可以通过特定的通信协议方式向与之通信的其他设备传达这个信息，以便接收设备能够根据这个信息进行相应的处理和优化。
例如，接收设备在得知发送设备具有稳定调制指数后，可以调整自己的接收参数，以更好地适应发送设备的信号特性，从而提高通信的质量和可靠性。

2.2.2. 稳定调制指数的范围要求

对于具有稳定调制指数的发射机，其调制指数应在 0.495 和 0.505 之间。这个非常狭窄的范围确保了调制的高度稳定性和一致性。相比一般的调制指数要求（0.45 到 0.55 之间），这个范围更加严格，意味着具有稳定调制指数的发射机能够提供更加精确和可预测的信号调制。
例如，在通信过程中，稳定的调制指数可以减少因调制变化而引起的信号失真和误码率，提高数据传输的准确性。

2.2.3. 关于设备声明的限制

一个设备只有在其支持的所有 LE 发射机物理层（PHYs）都具有稳定调制指数时，才可以声明它具有稳定调制指数。这是为了确保设备在整个通信过程中的一致性和可靠性。如果一个设备只有部分 PHYs 具有稳定调制指数，而在其他 PHYs 下调制指数不稳定，那么它不能声明具有稳定调制指数，以避免给接收设备带来错误的期望和不适当的处理。

2.2.4. 标准调制指数的定义

没有稳定调制指数的发射机被称为具有标准调制指数。这意味着如果一个发射机的调制指数不在 0.495 到 0.505 之间，或者其不同的 PHYs 具有不同的调制稳定性，那么它就属于具有标准调制指数的情况。在这种情况下，设备在通信过程中可能需要采用更加通用的处理方式，接收设备也需要对信号的调制变化有更大的容忍度。

2.2.5. 信道探测步骤的调制特性

适用场景: 在信道探测（Channel Sounding）步骤中，当存在 CS_SYNC 数据包且使用 LE 2M 2BT 物理层（PHY）时，有特定的调制特性要求。
与普通情况的不同之处:
- 带宽 - 比特周期乘积及传输速率：使用 2 Msym/s 的传输速率，并且带宽 - 比特周期乘积 BT = 2.0。这与普通情况下（有所不同，普通情况下对于高斯频移键控（GFSK）调制，BT = 0.5。这种改变可能是为了适应信道探测过程中特定的通信需求，更高的带宽 - 比特周期乘积可能有助于提高数据传输的效率或抗干扰能力。
- 最小频率偏差要求：在符号中心处的最小频率偏差应不小于 420 千赫兹。而在普通情况下，以 2 Msym/s 符号率传输时，最小频率偏差应不小于 370 千赫兹。这表明在信道探测且使用 LE 2M 2BT PHY 时，对频率偏差的要求更高，可能是为了确保在这种特殊的通信场景下，信号具有更强的稳定性和可识别性。

2.2.6. 信道探测步骤的信噪比控制

低功耗（LE）设备可能配备有发射器，该发射器能够在给定范围内调整其调制传输的信噪比（SNR）输出。

表 3.2 中定义了五种不同的信噪比水平，每一种都由一个信噪比输出索引（SOI）来标识。

三、杂散发射（Spurious emissions ）

2.3.1. 调制频谱

对于传输调制数据包且同时符合美国联邦通信委员会（FCC）第15.247部分要求的产品，当使用100 kHz的分辨率带宽时，发射机频谱的最小6 dB带宽应至少为500 kHz。

2.3.2. 带内杂散发射

当以 1 兆符号每秒（Msym/s）调制进行传输时（适用于 LE 1M 和 LE Coded 物理层），规定距载波至少 2MHz 的邻道功率；当以 2 Msym/s 调制进行传输时（适用于 LE 2M 和 LE 2M 2BT 物理层），规定距载波至少 4MHz 的邻道功率。这个邻道功率被定义为在 1MHz 带宽内测量的功率总和。

频谱测量应使用 100kHz 分辨率带宽和平均值检测器进行。设备应在中心频率为 M 的射频信道上进行传输，而邻道功率应在 1MHz 射频频率 N 上进行测量。在整个测试过程中，发射机应在有效载荷中传输伪随机数据模式。

频率偏移杂散：在最多三个 1MHz 宽度的频带中允许有例外情况，这些频带以 1MHz 的整数倍频率为中心。这些例外情况的绝对值应不超过 - 20dBm。

2.3.3. 带外杂散发射

设备制造商负责在其预期销售的国家中满足工业、科学和医疗（ISM）频段外的杂散发射要求。

ISM频段：ISM频段通常用于无需许可的无线电通信，如Wi-Fi、蓝牙等。
杂散发射：指设备在其工作频段外产生的无意发射，这些发射可能会对其他无线电系统造成干扰。

制造商需要了解并遵守各个国家关于ISM频段外杂散发射的具体规定，以确保其设备在全球范围内都能合规销售和使用。这通常涉及对设备的发射特性进行精确测量和评估，以确保其符合相关标准和法规要求。

四、射频容限（Radio frequency tolerance）

数据包内发射机中心频率漂移的限制如表 3.5 所示。

中心频率偏差：数据包传输期间，中心频率的偏差不得超过±150 kHz。
频率漂移：任何数据包传输期间的频率漂移应小于50 kHz。
漂移率：漂移率应小于400 Hz/µs，表示频率随时间的变化率受到严格限制。

五、稳定相位（Stable phase ）

支持信道探测（CS）功能的设备应支持在 T_PM_MEAS 期间生成具有稳定相位的射频信号。使用以下各项允许的最大值：

相位测量周期；
天线切换周期；
下降沿周期；
中间时段；
天线路径数量。