Arquitectura - Banda base

Banda base Bluetooth

Descripción general

La banda base Bluetooth es la parte del sistema Bluetooth que especifica o introduce los procedimientos de acceso de medios y capa física entre dispositivos Bluetooth

Dos o más dispositivos que comparten el mismo canal físico forman una piconet. Un dispositivo Bluetooth actúa como maestro de la piconet, y los demás dispositivos actúan como esclavos. Una piconet puede constar de hasta siete dispositivos activos. Además de estos dispositivos activos, la piconet puede contar con muchos más esclavos en estado de espera.



Piconets con un único esclavo (a), varios esclavos (b) y funcionamiento disperso (c).

Paquetes

Los datos se transmiten por radio en paquetes. La tasa de transferencia de símbolos de todas las secuencias de modulación es de 1 Ms/s. La velocidad de transmisión aérea bruta es de 1 Mbps en el modo de transferencia básica.


Formato estándar de paquetes del modo de transferencia básica.

La tasa de transferencia de datos mejorada cuenta con una modalidad de modulación primaria que proporciona una velocidad de transmisión aérea bruta de 2 Mbps, y una modalidad de modulación secundaria que proporciona una velocidad de transmisión aérea bruta de 3 Mbps.


Formato estándar de paquetes para la transferencia de datos mejorada.

Reloj Bluetooth

Todos los dispositivos Bluetooth cuentan con un reloj nativo que debe derivarse de un reloj del sistema de libre funcionamiento. Para la sincronización con otros dispositivos se utilizan compensaciones (offsets) que, cuando se suman al reloj nativo, proporcionan relojes Bluetooth temporales sincronizados entre sí.

Dirección de dispositivos Bluetooth

A cada dispositivo Bluetooth se le asigna una dirección de dispositivo Bluetooth única de 48-bit (BD_ADDR) proporcionada por la autoridad reguladora de IEEE.

Códigos de acceso

En el sistema Bluetooth, todas las transmisiones que se realizan a través del canal físico se inician con un código de acceso. Se definen tres códigos diferentes:

• código de acceso del dispositivo (DAC)
• código de acceso del canal (CAC)
• código de acceso de consulta (IAC)

Canales físicos

Definición de canales físicos

Los canales físicos se definen mediante una secuencia de saltos pseudo aleatorios en los canales RF, la sincronización de los paquetes (ranuras) y un código de acceso. La secuencia de saltos se determina a partir de la dirección del dispositivo Bluetooth y de la secuencia de saltos seleccionada. La fase de la secuencia de saltos se determina mediante el reloj Bluetooth. Todos los canales físicos se subdividen en ranuras de tiempo cuya longitud depende del canal físico.

Canal físico básico de la piconet

La definición del canal físico básico de la piconet corresponde al maestro de la piconet. El maestro controla el tráfico del canal físico de la piconet mediante una secuencia de consultas.

Por definición, el dispositivo que inicia una conexión mediante una búsqueda de terminales hace las veces de maestro. Una vez establecida la piconet, es posible intercambiar las funciones de maestro y esclavo.

El canal físico básico de la piconet se divide en ranuras de tiempo de 625 μs de duración cada una.

Canal físico adaptado de la piconet

Los canales físicos adaptados de la piconet pueden usarse para dispositivos conectados con la función de salto adaptable de frecuencia (AFH) activada. Hay dos diferencias entre los canales físicos básicos y adaptados de la piconet. La primera es el mismo mecanismo del canal que hace que la frecuencia esclava sea la misma que la de la transmisión maestra precedente. La segunda diferencia es que el canal físico adaptado de la piconet puede no basarse en la totalidad de las 79 frecuencias del canal físico básico de la piconet.

Canal físico de detección de paginación

Si bien las funciones de maestro y esclavo no se definen antes de la conexión, se denomina "maestro" al dispositivo de paginación (que se convierte en maestro en el estado de CONEXIÓN) y esclavo al dispositivo que realiza la detección de la paginación (que actúa como esclavo en el estado CONEXIÓN).

El canal físico de detección de paginación sigue una secuencia de saltos más lenta que el canal físico básico de la piconet, y adopta una secuencia corta de saltos pseudo aleatorios entre los canales RF.

Canal físico de detección de búsqueda

Si bien las funciones de maestro y esclavo no se definen antes de la conexión, se denomina "maestro" al dispositivo de búsqueda y esclavo al dispositivo que realiza la detección de la búsqueda.

El canal físico de detección de búsqueda usa una secuencia de saltos más lenta que el canal físico de la piconet, y adopta una secuencia corta de saltos pseudo aleatorios entre los canales RF.

Selección de salto

En total, se definen seis tipos de secuencia de saltos: cinco para el sistema básico de saltos y uno para un grupo adaptado de puntos de salto utilizado por la función de salto adaptable de frecuencia (AFH). Estas secuencias son:

• Una secuencia de salto de paginación con 32 frecuencias de despertar distribuidas por igual entre los 79 MHz, con una longitud periódica de 32.
• Una secuencia de salto de respuesta a la paginación que cubre 32 frecuencias de respuesta en correspondencia con la secuencia de salto de paginación. El maestro y el esclavo usan distintas reglas para obtener la misma secuencia.
• Una secuencia de salto de búsqueda con 32 frecuencias de despertar distribuidas por igual entre los 79 MHz, con una longitud periódica de 32.
• Una secuencia de respuesta a la búsqueda que cubre 32 frecuencias de respuesta en correspondencia con la secuencia de salto de respuesta a la búsqueda.
• Una secuencia básica de saltos de canal con una longitud periódica muy larga, que no muestra patrones repetitivos durante un periodo de tiempo breve y que distribuye las frecuencias de salto por igual entre los 79 MHz durante un breve intervalo de tiempo.
• Una secuencia de saltos de canal adaptada derivada de la secuencia de saltos de canal básica que usa el mismo mecanismo de canales y que puede usar menos de 79 frecuencias. La secuencia de saltos de canal adaptada solo se usa en lugar de la secuencia de saltos de canal básica. La secuencia de saltos adaptada no afecta a las demás secuencias de saltos.

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Enlaces físicos

Un enlace físico representa una conexión de banda base entre dispositivos. Este tipo de enlace se asocia a tan sólo un canal físico. Los enlaces físicos tienen propiedades comunes que se aplican a todas las comunicaciones lógicas del enlace físico. Las propiedades comunes de los enlaces físicos son:

• Control de energía
• Supervisión de enlaces
• Cifrado
• Cambio de velocidad de transmisión dictado por la calidad del canal
• Control de paquetes en múltiples ranuras

Comunicaciones lógicas

Pueden establecerse diferentes tipos de comunicaciones lógicas entre el dispositivo maestro y los dispositivos esclavos. Se han definido cinco comunicaciones lógicas:

• Comunicación lógica por conexión síncrona (SCO)
• Comunicación lógica por conexión síncrona ampliada (eSCO)
• Comunicación lógica por conexión asíncrona (ACL)
• Comunicación lógica por difusión del dispositivo esclavo activo (ASB)
• Comunicación lógica por difusión del dispositivo esclavo en espera (PSB)

Enlaces lógicos

Se definen cinco enlaces lógicos:

• Control del enlace (LC)
• Control ACL (ACL-C)
• Isócrono o asíncrono del usuario (ACL-U)
• Síncrono del usuario (SCO-S)
• Síncrono ampliado del usuario (eSCO-S)

Los enlaces lógicos de control LC y ACL-C se usan al nivel del control de enlaces y del gestor de enlaces, respectivamente. El enlace lógico ACL-U se utiliza para transmitir información síncrona o asíncrona del usuario. Los enlaces lógicos SCO-S y eSCO-S se usan para transmitir información síncrona del usuario. El enlace lógico LC se transmite en la cabecera del paquete, todos los demás enlaces lógicos se transmiten en la carga útil del paquete. Los enlaces lógicos ACL-C y ACL-U están indicados en el campo de la ID del enlace lógico (LLID) en la cabecera de la carga útil. Los enlaces lógicos SCO-S y eSCO-S son transmitidos exclusivamente por las comunicaciones lógicas síncronas; el enlace ACL-U se transmite normalmente por la comunicación lógica ACL; sin embargo, también puede ser transmitido por los datos del paquete DV de la comunicación lógica SCO. El enlace ACL-C puede transmitirse por cualquiera de las dos comunicaciones lógicas SCO o ACL.

Paquetes

El paquete general del modo de transferencia básica consta de tres entidades: el código de acceso, la cabecera, y la carga útil.

El paquete de transferencia de datos mejorada general consta de seis entidades: el código de acceso, la cabecera, el periodo de guarda, la secuencia de sincronización, la carga útil de la transferencia de datos mejorada, y la cola, o tráiler. El código de acceso y el encabezamiento usan la misma secuencia de modulación que los paquetes del modo de transferencia básico, en tanto que la secuencia de sincronización, la carga útil de la transferencia de datos mejorada y la cola usan la secuencia de modulación de la transferencia de datos mejorada. El periodo de guarda permite la transición entre las secuencias de modulación.

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Procesamiento de flujo de bits

Antes de que la carga útil se envíe a través de la interfaz aérea, se llevan a cabo diversas manipulaciones de bits en el transmisor, con el fin de mejorar la fiabilidad y la seguridad. Estas manipulaciones consisten en la adición de una HEC al encabezamiento del paquete, los bits de la cabecera se codifican con una palabra de código, y se aplica codificación FEC. En el receptor se llevan a cabo los procesos inversos.

Funcionamiento del controlador de enlaces

La figura de la izquierda muestra un diagrama de estado que contiene los distintos estados que se usan en el controlador de enlaces. Hay tres estados principales: STANDBY (Espera), CONNECTION (Conexión) y PARK (espera); además, hay siete subestados: paginación, detección de paginación, búsqueda, detección de búsqueda, respuesta del maestro, respuesta del esclavo y respuesta a la búsqueda. Los subestados son estados transitorios que se usan para establecer conexiones y permitir el descubrimiento de dispositivos. Para pasar de un estado o subestado a otro, se usan comandos del gestor de enlaces o bien señales internas del controlador de enlaces (como la señal desencadenante del correlator y las señales de expiración del tiempo de espera).

Audio

En la interfaz aérea puede usarse un formato PCM (Modulación de impulsos codificados) logarítmico de 64 kb/s (ley A o ley μ), o un formato CVSD (Modulación delta de pendiente continuamente variable) de 64 kb/s. Este último formato aplica un algoritmo adaptable de modulación delta con compresión-expansión silábica. La codificación de la voz en la interfaz de línea se ha diseñado para ofrecer una calidad igual o superior que la de la PCM logarítmica de 64 kb/s. La tabla que sigue presenta un resumen de las modalidades de codificación de voz compatibles con la interfaz aérea.

Codecs de voz

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