应用指南| 蓝牙低功耗音频设备的射频特性

文摘   2024-12-10 09:00   北京  


蓝牙音频产品正在经历转型机遇。随着LE Audio标准的完成,蓝牙音频技术在近20年来首次得到了显著更新。蓝牙音频产品将继续发展,为人们提供更高的音质和新的体验,同时进一步提高蓝牙的低功耗优势。

LE Audio功能-优于传统技术

LE Audio相比传统蓝牙音频技术方面取得了重大进步,创造了当今用户所需的音频设备。

  •      标准编解码器(最高质量比较)

LC3被用作LE Audio的标准编解码器,提供比经典音频(Classic Audio)的SBC编解码器更好的音频质量和更高的压缩比,同时显著减少传输的数据量。由于LE的最大传输速率低于经典音频,启用LE音频流会有助于降低设备功耗。

  •      音频流的数量

虽然经典音频(A2DP, Advanced Audio Distribution Profile)是一对一异步通信,但LE Audio(TMAP, Telephony and Media Audio Profile)支持一对多同步通信。它有助于稳定的通信,并通过避免干扰通信的物体来降低功耗。同步多个音频流还可以防止左右音频通道之间的声音错位,并改善延迟。

LE Audio功能-新应用

LE Audio支持的技术也开辟了以前从未探索过的新领域。

  •      助听器

针对助听器的用例配置文件(use case profile)已经定义。到目前为止,使用蓝牙技术的助听器和音频设备的连接是由个别制造商完成的,兼容产品的多样性和兼容性存在问题。这个领域的标准化将促进与智能手机、电视和其他设备的连接。

  •      广播

针对广播的用例配置文件已经定义。源设备可以向无限数量的接收设备广播音频流,这些接收设备可用于在火车站、机场等地作为电视显示屏。

射频的要求

蓝牙使用的2.4 GHz频段是免许可的频段,这意味着在现实世界中,噪声信号会影响通信速度和稳定性。然而,如果在此之前设备的射频性能不足,就无法获得愉快的音频体验。

经典音频中使用的异步无连接(ACL)使用蓝牙基本速率(BR)和增强数据速率(EDR)作为物理层技术。SBC编码的音频数据用AVDTP和L2CAP封装,并在ACL数据包中的用户有效载荷上发送。有几种ACL数据包类型,分别具有不同的调制方案、时隙数量和纠错,以及不同的有效载荷大小。

  •      信号路径

  •      ACL数据包

  •      BR物理信道的数据包结构

  •      EDR物理信道的数据包结构

由于提高音频信号的质量会增加数据的大小,因此使用支持最大数据速率(2.2 Mbps)的EDR 3M似乎是最佳选择。然而,EDR 3M的接收器敏度性能不如EDR 2M,增加了丢包的风险。频繁的丢包会导致跳转和噪声,从而大大降低用户满意度。小的丢包的出现是可预见的,可提供冗余以通过重传处理来覆盖它们,但可以恢复的丢包量是有限的,重传处理的增加也会加速电池消耗。因此,EDR 2M具有卓越的数据速率和接收灵敏度性能,似乎是最常用的选项。

上图显示了BR/EDR 2M/EDR 3M之间接收灵敏度性能的差异,表明EDR 2M在保持无差错性能方面是最好的,即使在接收功率水平因障碍物的出现或距离的变化而降低时也是如此。在LE Audio支持的三种配置文件中,TMAP和HAP/HAS规定LE 2M PHY是强制性的。因此,除了现有的经典音频PHY外,未来的蓝牙音频产品还需要对LE 1M PHY和LE 2M PHY进行射频测试。

  •      LE Audio中的顶级配置文件

  •      蓝牙低功耗物理层

LC3编解码器使LE Audio能够以比经典音频更低的数据速率提供卓越的音频质量,在FORCE technology进行的测试中,LC3的评级等级为160 kbps,超过了SBC的345 kbps。SBC中的345 kbps比特率等于经典音频标准中推荐的联合立体声高质量参数集,这一结果表明,LE Audio可以为用户提供更高的音质,而数据量不到经典音频的50%。

  •      源设备中推荐的SBC参数集(仅关于联合立体声)

在低功耗蓝牙中,LE 2M PHY是提供最高数据速率的物理层技术,但它具有与Classic Audio的EDR 2M相同的性能水平,因此在数据速率上没有短板。此外,大大减少的音频数据量产生的额外能耗可以分配给提高冗余度、缩小电池尺寸或延长工作时间,从而在产品设计中具有更大的灵活性。

然而,LE 2M PHY由于其更宽的带宽也更容易受到噪声的影响。因此,提高蓝牙低功耗射频电路的接收灵敏度性能,并在大规模生产阶段确认足够的性能,被认为是实现高客户满意度的重要因素

射频特性的测量

安立公司为开发和批量生产新一代蓝牙音频设备提供了MT8852B蓝牙测试仪。

MT8852B蓝牙测试仪

  • 对应于最新的蓝牙核心规范v6.0

  • 按照蓝牙射频测试规范中的定义进行测量

  • 经蓝牙SIG认证,可进行射频测量

  • 在蓝牙测试模式下进行BR/EDR测量:支持环回或Tx模式

  • 使用蓝牙DTM模式完成BLE测量

  • 用于设计验证和生产测试

MT8852B是市场领先的射频测量仪器,用于集成蓝牙技术的各种产品的设计验证和生产测试。在生产中仅需一次按键就会启动待测设备的测试脚本。MT8852B的正面显示屏以数字方式显示射频特性的测量结果,安立公司还提供了基于PC的蓝牙低功耗测量软件,主要用于研发阶段的图形分析。在接收机的开发和灵敏度性能测试过程中,可以轻松地对发射机进行频率和发射功率表征,从而便于进行可视化分析。

  •      BLE测量软件:发射机测试窗口

  •      BLE测量软件:接收灵敏度搜索窗口

Bluetooth®文字标记和徽标是Bluetooth SIG, Inc.拥有的注册商标,安立公司对此类标记的任何使用均获得许可


关于安立



安立公司是一家拥有120多年历史的创新通信解决方案供应商。公司的测试和测量解决方案包括无线、光通信、微波/射频和数字仪器,支持了系统以及研发、制造、安装和维护的解决方案。安立还为通信产品和系统提供精密微波/射频元件、光器件和高速器件。安立通过增加用于网络监控和优化的多维服务保证解决方案为现有和下一代有线和无线通信系统以及服务供应商提供完整的解决方案。安立业务遍布 90 多个国家,拥有约4,000名员工。



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