Architecture - bande de base

Bande de base Bluetooth

Description générale

La bande de base Bluetooth désigne la section du système Bluetooth qui spécifie ou met en œuvre l'accès au support de communication ainsi que les procédures de couches physiques entre les périphériques Bluetooth.

Un pico-réseau est formé d'au minimum deux périphériques qui utilisent le même canal physique. Un des appareils Bluetooth représente le périphérique maître, tandis que les autres sont des périphériques esclaves. Jusqu'à sept périphériques esclaves peuvent être actifs sur un même pico-réseau. En outre, de nombreux autres périphériques esclaves peuvent rester connectés à l'état parqué.



Pico-réseaux comportant un seul périphérique esclave (a), une opération avec de multiples périphériques esclaves (b) et une opération en réseau éclaté (c).

Paquets

Les données sont transmises à distance par paquets. Le débit en symbole de tous les schémas de modulation est de 1 Ms/s. Le débit de donnés sans fil brut s'élève à 1 Mbit/s pour le débit de base.


Format de paquet du débit de base standard

Le débit de données rehaussé comporte un mode de modulation principale dont le débit de données sans fil brut est de 2 Mbits/s et un mode de modulation secondaire dont le débit de données sans fil brut atteint 3 Mbits/s.


Format de paquet du débit rehaussé standard

Horloge Bluetooth

Chaque périphérique Bluetooth est doté d'une horloge qui doit dériver d'une horloge au système de fonctionnement libre. Pour effectuer une synchronisation avec d'autres périphériques, les décalages sont utilisés et, lorsqu'ils sont ajoutés à l'horloge native, génèrent des horloges temporaires Bluetooth qui se synchronisent mutuellement entre elles.

Adressage de périphérique Bluetooth

Une adresse de périphérique Bluetooth unique de 48 bits (BD_ADDR) délivrée par la l'IEEE Registration Authority, est attribuée à chaque périphérique Bluetooth.

Codes d'accès

Dans le système Bluetooth, toutes les transmissions par canal physique débutent par un code d'accès. Trois codes d'accès différents sont définis :

• code d'accès au périphérique (DAC)
• code d'accès au canal (CAC)
• code d'accès de requête (IAC)

Canaux physiques

Définition du canal physique

Les canaux physiques sont définis par une séquence de saut d'un canal de radiofréquence pseudo aléatoire, la temporisation du paquet (slot) et un code d'accès. La séquence de saut est déterminée par l'adresse du périphérique Bluetooth et la séquence de saut sélectionnée. La phase dans cette séquence de saut est déterminée par l'horloge Bluetooth. Tous les canaux physiques sont divisés en slots temporels dont la longueur diffère selon le canal physique.

Canal physique de pico-réseau basique

Le canal physique de pico-réseau basique est défini par le périphérique maître du pico-réseau. Le périphérique maître contrôle le trafic du canal physique de pico-réseau par une procédure de scrutation.

Par définition, le périphérique qui initie une connexion par une requête est le maître. Une fois que le pico-réseau a été établi, les rôles de maître-esclave peuvent être intervertis.

Le canal physique de pico-réseau basique est divisé en slots de 625 μs de long.

Canal physique de pico-réseau sélectif

Les canaux physiques de pico-réseau sélectifs peuvent être utilisés pour des périphériques connectés dotés de la fonction de saut de fréquence. Il existe deux différences entre les canaux physiques de pico-réseau basiques et sélectifs. Premièrement, la fréquence du périphérique esclave, qui est identique à celle utilisée précédemment par le périphérique maître, est issue du même mécanisme de canal. Deuxièmement, contrairement au canal physique de pico-réseau basique qui utilise les 79 fréquences, le canal physique de pico-réseau sélectif requiert moins de fréquence.

Canal physique de traitement de requête de connexion

Bien que les rôles des périphériques maîtres et esclaves ne soient pas définis avant une connexion, le terme « maître » est utilisé pour qualifier le périphérique expéditeur (qui devient un périphérique maître lors d'une connexion) et le terme « esclave » désigne le périphérique de requête de connexion (qui devient un périphérique esclave lors d'une connexion).

Le canal physique de requête de connexion suit un modèle de saut de fréquence plus lent que le canal physique de pico-réseau basique, et représente une séquence de saut pseudo aléatoire courte à travers les canaux de radiofréquence.

Canal physique de traitement de requête d'informations

Bien que les rôles de périphérique maître et esclave ne soient pas définis avant une connexion, le terme « maître » est utilisé pour qualifier le périphérique initiateur et le terme « esclave » désigne le périphérique recevant la requête.

Le canal de traitement de requête d'informations suit un modèle de saut de fréquence plus lent que le canal physique de pico-réseau, et représente une séquence de saut pseudo aléatoire courte à travers les canaux de radiofréquence.

Sélection des sauts

Au total, six types de séquence de saut sont définis : cinq pour le système de saut basique et une série sélective d'emplacements de saut utilisée par la fonction de saut de fréquence. Ces séquences sont les suivantes :

• Une séquence de saut de requête de connexion avec 32 fréquences de veille réparties équitablement sur les 79 MHz, avec une période de 32.
• Une séquence de saut de réponse à la requête recouvrant 32 fréquences de réponse associées à une séquence de saut de requête de connexion existante qui leur est propre. Les périphériques maître et esclave utilisent des rôles différents pour obtenir la même fréquence.
• Une séquence de saut de requête d'informations avec 32 fréquences de veille réparties équitablement sur les 79 MHz, avec une période de 32.
• Une séquence de saut de réponse à la requête d'informations recouvrant 32 fréquences de réponse associées à une séquence de saut de requête d'informations existante qui leur est propre.
• Une séquence de saut d'un canal basique avec une longue période qui ne suit pas des modèles répétés sur un intervalle de temps court et qui répartit les fréquences de saut équitablement sur les 79 MHz dans un intervalle de temps court.
• Une séquence de saut d'un canal sélectif issue d'une séquence de saut d'un canal basique qui utilise le même mécanisme de canal est susceptible d'utiliser moins de 79 fréquences. La séquence de saut d'un canal sélectif n'est utilisée que pour remplacer une séquence de saut d'un canal basique. Toutes les autres séquences de saut ne sont pas affectées par cette adaptation de séquence.

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Liaisons physiques

Une liaison physique représente une connexion de bande de base entre des périphériques. Une liaison physique est toujours associée à un seul canal physique. Les liaisons physiques peuvent avoir des propriétés communes qui s'appliquent à tous les transports logiques d'une liaison physique. Les propriétés communes des liaisons physiques sont les suivantes :

• Contrôle de puissance
• Surveillance des liaisons
• Cryptage
• Modification de débit de données du canal pour améliorer la qualité
• Contrôle des paquets à multiples slots

Transports logiques

Entre les périphériques maître et esclave(s), différents types de transports logiques peuvent être établis. Cinq d'entre eux ont été définis :

• Transport logique synchrone orienté connexion (SCO)
• Transport logique synchrone orienté connexion étendu (eSCO)
• Transport logique asynchrone orienté connexion (ACL)
• Transport logique à diffusion générale de périphérique esclave actif (ASB)
• Transport logique à diffusion générale d'un périphérique esclave parqué (PSB)

Liaisons logiques

Cinq liaisons logiques ont été définies :

• Contrôle des liaisons (LC)
• Contrôle ACL (ACL-C)
• Asynchrone/isochrone utilisateur (ACL-U)
• Synchrone utilisateur (SCO-S)
• Synchrone étendue utilisateur (eSCO-S)

Les liaisons logiques de contrôle LC et ACL-C sont utilisées respectivement au niveau du contrôle de liaison et du gestionnaire des liaisons. La liaison logique ACL-U est utilisée pour transporter des informations utilisateur asynchrones ou synchrones. Les liaisons logiques SCO-S et eSCO-S sont utilisées pour transporter des informations utilisateur synchrones. Toutes les liaisons sont transportées dans les données utiles, à l'exception de la liaison logique LC qui est transportée via l'en-tête du paquet. Les liaisons logiques ACL-C et ACL-U sont indiquées dans le champ d'identifiant de la liaison logique (LLID) de l'en-tête de données utiles. Les liaisons logiques SCO-S et eSCO-S sont transmises uniquement par les transports logiques asynchrones. La liaison ACL-U est normalement transmise par le transport logique ACL. Cependant, elle peut être également transportée par les données du paquet DV sur le transport logique SCO. La liaison ACL-C peut être transmise par le transport logique SCO ou ACL.

Paquets

Le paquet général à débit basique comporte trois entités : le code d'accès, l'en-tête et les données utiles.

Le paquet général à débit de données rehaussé est composé de 6 entités : le code d'accès, l'en-tête, la période de garde, la séquence de synchronisation, les données utiles à débit de données rehaussé et la queue de bande. Le code d'accès et l'en-tête utilisent le même schéma de modulation des paquets à débit basique, tandis que la séquence de synchronisation, les données utiles à débit de données rehaussé et la queue de bande utilisent le schéma de modulation à débit de données rehaussé. Le temps de garde sert de transition entre les schémas de modulation.

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Traitement du train de bits

Avant que les données utiles soient envoyées à l'interface distante, plusieurs manipulations binaires sont réalisées dans l'émetteur afin d'augmenter la fiabilité et la sécurité. Un HEC est ajouté à l'en-tête du paquet, les bits de l'en-tête sont cryptés par blanchiment, et le codage de correction des erreurs sans voie de retour est appliqué. Le traitement inverse est réalisé du côté du récepteur.

Opération du contrôleur des liaisons

Le schéma de gauche représente un diagramme illustrant les différents états utilisés dans le contrôleur des liaisons. Il existe trois états principaux, à savoir STANDBY (veille), CONNECTION (connexion) et PARK (parcage), ainsi que sept sous-états : requête de connexion, traitement des requêtes de connexion, requête d'informations, traitement des requêtes d'informations, réponse du périphérique maître, réponse du périphérique esclave et réponse à requête. Les sous-états sont des états temporaires utilisés pour établir des connexions et faciliter la détection de périphériques. Pour passer d'un état (ou sous-état) à un autre, l'une ou l'autre commande du gestionnaire des liaisons est utilisée, ou alors des signaux internes issus du contrôleur des liaisons (telles que le signal de déclenchement émis par le corrélateur et les signaux d'expiration).

Audio

Sur l'interface sans fil, soit le format PCM (Pulse Code Modulation) logarithmique à 64 Kbits/s, soit le format CVSD (Continuous Variable Slope Delta Modulation) à 64 Kbits/s est utilisé. Ce dernier applique un algorithme adaptatif de modulation delta avec compression-extension syllabique. Le codage de la voix de l'interface de ligne est conçu pour atteindre une qualité supérieure ou égale à la qualité du format PCM logarithmique à 64 Kbits/s. Le tableau ci-dessous résume les schémas de codage de la voix pris en charge par l'interface radio.

Codecs de voix

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