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Core Specification v3.0 + HS

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アーキテクチャ - ベースバンド

Bluetooth ベースバンド (Bluetooth Baseband)

概要

クイックリファレンス

Bluetooth ベースバンドは、Bluetooth システムの一部であり、Bluetooth デバイス間のメディアアクセスと物理レイヤの手順を規定または実装します。

2 台以上のデバイスが、1 つのピコネットの同じ物理チャネルを共有しています。一方の Bluetooth デバイスがピコネットのマスターとして動作し、それ以外のデバイスがスレーブとして動作します。ピコネットで動作できるスレーブは、7 台までです。この他、さらに多くのスレーブがパークモードで接続を維持できます。

スレーブ 1 台 (a)、スレーブ複数台 (b)、スキャッタネット (c) のピコネット

パケット

データはパケットで無線伝送されます。シンボルレートはどの変調スキームでも 1 Msps です。無線の総計データレートは、基本レートで 1 Mbps です。

標準基本レートのパケット形式

拡張データレートには、無線の総計データレートが 2 Mbps のプライマリ変調モードと 3 Mbps のセカンダリ変調モードがあります。

標準拡張データレートのパケット形式

Bluetooth クロック

すべての Bluetooth デバイスには、フリーランニングシステムクロックから派生するネイティブクロックが備わっています。他のデバイスと同期するためにオフセットが使用されます。このオフセットをネイティブクロックに加算して、相互に同期する一時的な Bluetooth クロックが提供されます。

Bluetooth デバイスのアドレス指定

各 Bluetooth デバイスには、IEEE Registration Authority から取得した固有の 48 ビット Bluetooth デバイスアドレス (BD_ADDR) が割り当てられます。

アクセスコード

Bluetooth システムでは、物理チャネルを介するすべての伝送がアクセスコードで開始されます。次の 3 種類のアクセスコードが定義されています。

デバイスアクセスコード (DAC)
チャネルアクセスコード (CAC)
照会アクセスコード (IAC)

物理チャネル

物理チャネルの定義

物理チャネルは、擬似ランダム RF チャネルホッピングシーケンス、パケット (スロット) タイミング、およびアクセスコードで定義されます。ホッピングシーケンスは、Bluetooth デバイスアドレスと、選択されたホッピングシーケンスによって決まります。ホッピングシーケンスのフェーズは、Bluetooth クロックによって決まります。すべての物理チャネルは、複数のタイムスロットに再分割されます。その長さは、物理チャネルによって異なります。

基本ピコネット物理チャネル

基本ピコネット物理チャネルは、ピコネットのマスターによって定義されます。マスターは、ポーリングスキームを利用してピコネット物理チャネルのトラフィックを制御します。

定義により、ページングで接続を開始するデバイスがマスターになります。ピコネットが確立された後は、マスターとスレーブの役割を交換できます。

基本ピコネット物理チャネルは、長さが 625 μs のタイムスロットに分割されます。

適合ピコネット物理チャネル

適合ピコネット物理チャネルは、適応型周波数ホッピング (AFH) が有効なデバイスの接続に使用できます。基本ピコネット物理チャネルと適合ピコネット物理チャネルの間には 2 つの特徴があります。1 つは、スレーブの周波数を、先行するマスター伝送と同じにする同一のチャネルメカニズムを備えていることです。もう 1 つは、適合ピコネット物理チャネルが、基本ピコネット物理チャネルの完全な 79 周波数帯よりも少ない周波数帯に基づくことができる点です。

ページスキャン物理チャネル

マスターとスレーブの役割が接続前に定義されることはありませんが、マスターという用語はページングデバイス (接続状態でマスターになる) に対して使用され、スレーブはページングスキャンデバイス (接続状態でスレーブになる) に対して使用されます。

ページスキャン物理チャネルは、基本ピコネット物理チャネルよりも低速なホッピングパターンに従い、RF チャネル間の擬似ランダムホッピングシーケンスが短くなります。

照会スキャン物理チャネル

マスターとスレーブの役割は接続前に定義されることはありませんが、マスターという用語は照会側デバイスに対して使用され、スレーブは照会スキャンを実行するデバイスに対して使用されます。

照会スキャンチャネルは、ピコネット物理チャネルよりも低速なホッピングパターンに従い、RF チャネル間の擬似ランダムホッピングシーケンスが短くなります。

ホップ選択

合計 6 種類のホッピングシーケンスが定義されます。そのうち 5 種類が基本ホップシステム用で、残りの 1 種類が適応型周波数ホッピング (AFH) で使用される、ホップ位置の適合セット用です。これら 6 種類のシーケンスは次のとおりです。

79 MHz 全体にわたり期間長 32 で均等に分配される 32 個のウェイクアップ周波数を持つページホッピングシーケンス。
現在のページホッピングシーケンスに対して 1 対 1 の対応関係にある 32 個の応答周波数を対象とした、ページ応答ホッピングシーケンス。マスターとスレーブは異なる規則に従って同じシーケンスを取得します。
79 MHz 全体にわたり期間長 32 で均等に分配される 32 個のウェイクアップ周波数を持つ照会ホッピングシーケンス。
現在の照会ホッピングシーケンスに対して 1 対 1 の対応関係にある 32 個の応答周波数を対象とした、照会応答ホッピングシーケンス。
非常に長い期間長を持つ基本チャネルホッピングシーケンス。短時間間隔内に繰り返しパターンがなく、79 MHz 全体にわたり短時間間隔中にホップ周波数を均等に分配します。
基本チャネルホッピングシーケンスから派生する適合チャネルホッピングシーケンス。同じチャネルメカニズムを使用し 79 周波数帯よりも少ない周波数帯を使用できます。適合チャネルホッピングシーケンスは基本チャネルホッピングシーケンスの代わりとしてのみ使用されます。その他すべてのホッピングシーケンスはホップシーケンスの適合の影響を受けません。

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物理リンク

物理リンクとは、デバイス間のベースバンド接続のことです。物理リンクは、正確に 1 つの物理チャネルと関連付けられます。物理リンクには、リンク上のすべての論理トランスポートに適用される共通のプロパティがあります。一般的なプロパティは次のとおりです。

電力制御 (Power control)
リンク監視 (Link supervision)
暗号化 (Encryption)
チャネル品質駆動型データレート変更 (Channel quality-driven data rate change)
マルチスロットパケット制御 (Multi-slot packet control)

論理トランスポート

マスターとスレーブ間で、異なる種類の論理トランスポートを確立できます。次の 5 種類の論理トランスポートが定義されています。

同期接続指向 (SCO) 論理トランスポート
拡張同期接続指向 (eSCO) 論理トランスポート
非同期接続指向 (ACL) 論理トランスポート
アクティブスレーブブロードキャスト (ASB) 論理トランスポート
パークスレーブブロードキャスト (PSB) 論理トランスポート

論理リンク

次の 5 種類の論理リンクが定義されています。

リンク制御 (LC)
ACL 制御 (ACL-C)
ユーザー非同期/アイソクロナス (ACL-U)
ユーザー同期 (SCO-S)
ユーザー拡張同期 (eSCO-S)

制御論理リンクの LC と ACL-C は、それぞれリンク制御レベルとリンクマネージャレベルで使用されます。ACL-U 論理リンクは、非同期またはアイソクロナスのユーザー情報を伝送するために使用されます。SCO-S および eSCO-S 論理リンクは、同期ユーザーの情報を伝送するために使用されます。LC 論理リンクはパケットヘッダーで伝送され、その他すべての論理リンクはパケットのペイロードで伝送されます。ACL-C および ACL-U 論理リンクは、ペイロードヘッダーの論理リンク ID、LLID、フィールドで示されます。SCO-S および eSCO-S 論理リンクは同期論理トランスポートのみで伝送され、ACL-U リンクは一般的に ACL 論理トランスポートで伝送されます。ただし、SCO 論理トランスポートの DV パケットのデータで伝送されることもあります。ACL-C リンクは、SCO または ACL の論理トランスポートで伝送されることもあります。

パケット

汎用基本レートパケットは、アクセスコード、ヘッダー、およびペイロードの 3 つのエンティティで構成されます。

汎用拡張データレートパケットは、アクセスコード、ヘッダー、保護期間、同期シーケンス、拡張データレートペイロード、トレーラーの 6 つのエンティティで構成されます。アクセスコードとヘッダーは基本レートパケットと同じ変調スキームを使用するのに対し、同期シーケンス、拡張データレートペイロード、およびトレーラーは拡張データレート変調スキームを使用します。保護期間により、変調スキーム間での移行が可能になります。

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ピットストリーム処理

無線インタフェースを介してペイロードが送信される前に、信頼性と安全性を向上させるため、複数のビット操作がトランスミッタで実行されます。HEC がパケットヘッダーに追加され、ヘッダービットがホワイトニング用ワードでスクランブル処理されて、FEC コーディングが適用されます。受信側では、これと逆の処理が実行されます。

リンクコントローラの動作

左図は、リンク制御で使用されるさまざまな状態を示しています。主な状態は、待機 (STANDBY)、接続 (CONNECTION)、パーク (PARK) の 3 種類で、他に下位の状態としてページ (page)、ページスキャン (page scan)、照会スキャン (inquiry scan)、マスター応答 (master response)、スレーブ応答 (slave response)、および照会応答 (inquiry response) の 7 種類があります。下位の状態は、接続の確立やデバイス検索の有効化に使用される中間状態です。1 つの状態または下位の状態から別の状態に移動するには、リンクマネージャからコマンドが使用されるか、リンクコントローラの内部信号が使用されます (相関器からのトリガー信号やタイムアウト信号など)。

オーディオ

無線インタフェースでは、64 kb/s の log PCM (Pulse Code Modulation) 形式 (A-law または μ-law) が使用されるか、または 64 kb/s の CVSD (Continuous Variable Slope Delta Modulation) が使用されます。後者の形式では、音節圧伸を利用して適応デルタ変調アルゴリズムが適用されます。ラインインタフェースの音声コーディングは、64 kb/s の log PCM の品質と同等以上の品質を確保するよう設計されています。以下の表は、無線インタフェースでサポートされている音声コーディングスキームをまとめたものです。