藍牙協議提供了多種不同長度的數據包類型，以提高在不同的信道條件下的數據傳輸性能。針對這一特性，該文建立了噪聲環境下藍牙數據傳輸系統的數學模型，分析了藍牙高斯頻移鍵控(GFSK)調制方式和2.0+EDR規范新增加的π/4-DQPSK與8DPSK調制方式，根據在加性高斯白噪聲信道(AWGN)下的比特錯誤率(BER)與平均接收信噪比的關系，推導了ACL數據分組的重傳概率與平均接收信噪比的函數表達式，進而分析了在不同的信噪比條件下載荷長度對藍牙數據傳輸吞吐量的影響。仿真分析結果對如何提高藍牙數據傳輸性能的研究提供了有益的參考。
關 鍵 詞 藍牙; 信噪比; 載荷長度; 數據傳輸吞吐量

There are several kinds of packet types in Bluetooth specification to enhance the data transmission performance in different noisy channels. In this paper, a Bluetooth data transmission mathematical model in noisy environments is presented. The relations between bit error rate and average received signal-to-noise ratio(SNR)in additional white gaussian noise (AWGN) channel are derived for gaussian frequency shift keying (GFSK) modulation and newπ/4-DQPSK and 8DPSK modulations adopted in Bluetooth 2.0+EDR specification. The function expressions of packet retransmission probability and average received SNR of asynchronous connection-oriented (ACL) data packets are put forward. The impact of payload length on Bluetooth data transmission throughput is obtained at last. Simulation results contained in this paper can be severed as a good benchmark against researches on how to enhance Bluetooth data transmission throughput.
Key words Bluetooth; signal-to-noise ratio; payload length; data transmission throughput

藍牙技術作為無線個域網(wirelee person area network，WPAN)的典型代表，由于其低成本、低功耗、抗干擾能力強等優點，在近年來得到了越來越廣泛的應用。藍牙工作在2.4 GHz的ISM頻段，當同一區域有別的藍牙散射網(scatternet)或者無線局域網(802.11b)同時工作時，會對藍牙數據傳輸產生干擾，導致有的數據分組不能正確接收，產生一定的丟包率，進而影響藍牙數據傳輸性能。影響丟包率的因素有：產生干擾的設備數量和其傳輸載荷量、干擾源的距離、藍牙收發系統的功率、藍牙數據分組的長度等[1-2]。
文獻[3-7]對噪聲環境下藍牙數據傳輸性能進行了分析和研究。對藍牙數據傳輸性能的研究都是對藍牙數據分組作為一個整體來進行研究的，忽略了載荷長度對數據傳輸吞吐量的影響。針對這一方面的不足，本文研究了在噪聲環境下藍牙數據分組長度與數據傳輸吞吐量之間的關系，以加性高斯白噪聲(additional white gaussian noise，AWGN)信道為信道模型，分析了在不同信噪比的干擾狀態下，藍牙數據載荷長度對數據傳輸吞吐量的影響。
1 藍牙2.0+EDR不同調制方式下的位錯誤率分析
藍牙新規范Bluetooth2.0+EDR(增強數據速率)提高了數據傳輸速率并降低了功耗。新規范增加了六種新的ACL分組格式：2-DH1、2-DH3、2-DH5、3-DH1、3-DH3、3-DH5。其中，2-DH與3-DH類型分組與DH類型分組格式基本相似，但載荷部分分別使用π/4-DQPSK(相對四相相移鍵控)與8DPSK(八相差分相移鍵控)調制方式[2]，其接入碼和分組頭還是使用跟藍牙1.2協議相同的高斯頻移鍵控(gaussian frequency shift keying，GFSK)調制方式。其分組特性如表1所示。