Sistemul Bluetooth operează în banda industrială, ştiinţifică şi medicală (ISM – Industrial,Scientific and Medical) de 2,4 GHz. Benzile ISM poartă acest nume întru-cât sunt benzi de frecvenţă cu un statut special, în care lucrează wireless echipamentele din domeniile: industrial, ştiinţific şi medical, fără să necesite licenţă de utilizare. Conform reglementărilor din aproape întreaga lume, aceste benzi sunt disponibile sistemelor care necesită pentru funcţionare nivele scăzute de putere. Spun din aproape întreaga lume pentru că în unele ţări există anumite limitări în ceea ce priveşte lărgimea acestei benzi de frecvenţă. În SUA şi majoritatea ţărilor europene banda de frecvenţe în care se desfăşoară comunicaţiile Bluetooth este cuprinsă între 2400 şi 2483,5 MHz, iar canalele de radiofrecvenţă sunt: f = 2402 + k MHz, k = 0,…..,78. Se observă că s-au păstrat nişte intervale de gardă de 2 MHz în partea inferioară a benzii (LGB – Lower guard band) şi respectiv 3,5 MHz în partea superioară (UGB – Upper guard band) pentru a satisface reglementările din fiecare ţară, referitoare la frecvenţele din afara acestei benzi şi utilizate în alte scopuri. Sunt aşadar 79 canale de radiofrecvenţă de 1 MHz lărgime fiecare. Una dintre ţările în care s-au impus limitări este Franţa, care foloseşte doar banda 2446,5 – 2483,5 MHz iar canalele RF corespunzătoare sunt f = 2454 + k MHz, k = 0,…22, deci 23 canale de 1 MHz fiecare. De notat este faptul că produsele care lucrează în banda de frecvenţe redusă nu vor putea conlucra cu cele din banda întreagă. Primele sunt considerate versiuni locale, pentru o anumită piaţă. Grupul SIG a lansat o campanie pentru depăşirea acestor dificultăţi.

Partea radio a specificaţiei constă în principal dintr-o serie de cerinţe, precizări pentru transceiverele Bluetooth (acestea fiind dispozitivele în dublul lor rol de transmiţătoare şi receptoare) ca:
Specificaţia prezintă un model radio dictat de necesitatea construirii de transceivere cu cost redus şi de calitate superioară, în concordanţă cu varietatea reglementărilor din întreaga lume, referitoare la banda de 2,4 GHz. Transceiverul Bluetooth este un sistem radio care foloseşte împrăştierea spectrală în varianta cu salturi de frecvenţă FHSS, (sistemele spread spectrum în secvenţă directă,DSSS – direct sequence spread spectrum, cărora de asemenea le este permisă funcţionarea în banda de 2,4 GHz ISM pot fi extrem de scumpe şi de aceea nu se potrivesc cerinţelor pentru sistemele radio Bluetooth). Sunt specificaţi doi algoritmi distincţi de salt de frecvenţă, pentru funcţionarea cu 79 de canale RF, respectiv 23 în alte ţări. Cel puţin 75 din cele 79 de canale de frecvenţă trebuie utilizate pseudo-aleator, cu un timp total maxim de reţinere a fiecărei frecvenţe de 0,4 secunde, într-o perioadă de 30 de secunde.

Nivelul radio comunică pe de o parte cu restul sistemului Bluetooth, mai precis cu link controller-ul, aşa cum se poate vedea şi în Figura 5, şi pe de altă parte cu nivelul radio dintr-un alt dispozitiv prin două interfeţe, dintre care pentru ultimul caz interfaţa este aerul. Spre link controller există de fapt o dublă interfaţă logică pentru transportul datelor şi informaţiei de control între cele două părţi ale modulului Bluetooth. La nivelul radio datele se referă la toate informaţiile transmise sau recepţionate pe calea aerului, iar informaţiile de control controlează comportamentul echipamentului radio. Pe partea de transmisie acestea din urmă includ frecvenţa purtătoare pe care se acordează transmiţătorul înainte de a emite orice şir de biţi de informaţie prin aer (adică se ocupă cu generarea purtătorului şi modulaţia semnalului cu acest purtător) şi nivelul de putere la care se va face transmisiunea. Pe partea de recepţie informaţiile de control se referă la frecvenţa pe care trebuie să se acordeze receptorul pentru a recepţiona fluxul de biţi informaţionali (generarea purtătorului şi demodularea semnalului) şi, opţional, puterea semnalului recepţionat. Pe lângă cele două legături logice mai apar liniile de alimentare (de la baterii) şi cea de time signalling. Specificaţia nu oferă un set de interfeţe standardizate pentru date şi informaţia de control. În acest fel rămâne la latitudinea proiectanţilor de cip-uri şi fabricanţilor acestora în ce mod vor integra componenta radio în restul modulului Bluetooth astfel încât să obţină un produs ieftin şi eficient.

Caracteristici sau parametri cheie ai funcţionării dispozitivelor radio Bluetooth

Modulaţia
Este de tipul GFSK (Gaussian frequency shift keying). Aceasta este o modulaţie cu deplasare de frecvenţă, pentru care filtrul FTJ folosit pentru limitarea spectrului de frecvenţă, este un filtru Gaussian. Parametrul modulat, în acest caz frecvenţa, ia M valori distincte, unde M este numărul de niveluri ale semnalului de date în banda de bază, M = 2m, iar după limitarea benzii cu FTJ gaussian frecvenţa va avea valori continue.
Produsul bandă-timp BT este un parametru care descrie calitatea formelor de undă transmise, exprimată ca produs între banda filtrului de modulaţie (FTJ gaussian) şi perioada unui bit şi este egal cu 0,5. Indicele de modulaţie este între 0,28 şi 0,35. Un “1” binar este reprezentat printr-o deviaţie (deplasare) pozitivă de frecvenţă, iar un “0”binar printr-o deviaţie negativă. Deviaţia minimă este 115 KHz, iar eroarea la trecerile prin zero (diferenţa între perioada de simbol ideală şi momentul măsurat al trecerii pri zero) va fi mai mică decât ± 118 din perioada de simbol.
Transmisiunea datelor se face la o viteză de semnalizare de 1 Msimbol/s, ceea ce înseamnă în condiţiile utilizării modulaţiei binare GFSK un debit de 1 Mb/s pe un link; perioada de bit este de 1s. Acestă modulaţie binară de frecvenţă este folosită pentru minimizarea complexităţii transceiverului. Este utilizat un transceiver care efectuează salturi de frecvenţă pentru combaterea interferenţei şi a fadingului. Tipic efectuează 1600 de salturi pe secundă, cu un timp de menţinere pentru fiecare frecvenţă de 625s. Aşadar fiecare canal este împărţit în sloturi (intervale) temporale care au fiecare o lungime de 625s şi care corespunde unei anumite frecvenţe de salt; salturile consecutive corespund unor astfel de frecvenţe distincte. Secvenţa de salt este unică pentru fiecare picoreţea şi este determinată de adresa de dispozitiv Bluetooth a masterului. Faza în secvenţa de salt este determinată de ceasul Bluetooth al masterului. Potrivit aceluiaşi ceas se face şi numerotarea intervalelor temporale. Numerele intervalelor pot lua valori între 0 şi 227-1 şi se repetă ciclic, lungimea unui ciclu fiind deci 227.
Pentru mesajele de interogare (inquiries) şi paging se practică o rată de frequency hopping de 3200 salturi/s, cu un timp de menţinere de 312,5s.

Puterea la emisie
Conform acestui parametru echipamentele se împart în 3 clase aşa cum se poate vedea în tabelul următor:



Pentru toate cele trei categorii se sugerează fără să fie obligatoriu un control al puterii până la –30 dBm. Stabilirea limitei inferioare de –30 dBm este deci opţională, ea alegându-se de fapt conform cerinţelor (necesităţilor) fiecărei aplicaţii.
 

Figura 6. Dispozitive Blutooth de diverse clase de putere, grupate înpicoreţele.

Sensibilitatea receptorului
Nivelul de sensibilitate al unui receptor Bluetooth este definit ca nivelul unui semnal de intrare pentru care se atinge o rată a erorilor pe bit (BER) de 0,1%. Cerinţa este ca această rată să fie atinsă pentru un nivel de –70dBm sau chiar mai scăzut. Un receptor trebuie să atingă acest nivel de sensibilitate pentru semnale de intrare generate de orice transmiţător care este în conformitate cu specificaţia.
Puterea transmiţătorului şi sensibilitatea receptorului au valori stabilite special pentru reducerea costului şi a necesarului de putere pentru dispozitivele Bluetooth. În comparaţie cu aceste valori, într-o reţea locală wireless (WLAN) de tipul IEEE 802.11 se fac transmisiuni la puteri cuprinse între 1 mW (0 dBm) şi 1000 mW (30 dBm), în SUA. Pentru limita superioară se practică valori mai scăzute în alte părţi ale lumii. Din această cauză soluţia 802.11 nu este potrivită pentru unele dispozitive portabile cu constrângeri legate de puterea emiţătorului. De asemenea, sensibilitatea receptorului pentru această tehnologie este mai scăzută decât pentru receptorul Bluetooth, şi anume, pentru un receptor IEEE 802.11b cu împrăştiere spectrală în secvenţă directă (DSSS), acest nivel este de –80 dBm pentru o rată a erorii de cadru de 8%.

Toleranţele pentru frecvenţele radio
Se remarcă aici două probleme:
• acurateţea frecvenţei iniţiale (frecvenţa centrală, stabilită înaintea transmiterii oricărei informaţii) – abaterea admisă în acest caz este de ± 75 KHz.
• abaterea admisă pentru frecvenţele centrale la care se transmit efectiv pachetele de informaţie.

Intervin două tipuri de interferenţă:
• Interferenţa co-chanel este interferenţa datorată utilizării în comun a aceluiaşi canal radio, atunci când două sau mai multe canale de comunicaţie sunt alocate aceleiaşi frecvenţe, în scopul creşterii eficienţei de utilizare a spectrului de frecvenţe, şi este fixată la valoarea raportului Nivel purtător/Nivel interferenţă de maximum 18 dBm.
• Interferenţa între canalele adiacente situate unele faţă de altele la distanţa de 1 MHz sau 2 MHz, pentru care raportul C/I este 0 dB, respectiv –30 dB.
Măsurătorile sunt făcute la o putere dorită a semnalului de 10 dBm peste nivelul de sensibilitate de referinţă, cu o rată BER  0,1%.

Un alt parametru cuprins în specificaţia radio este blocajul (mai precis interferenţa) în afara benzii. Sunt specificate nivele de putere ale semnalelor ale semnalelor interferente pe anumite intervale din afara benzii considerate de tehnologia Bluetooth.
 

Măsurătorile sunt făcute pentru un semnal la 3 dB peste nivelul de sensibilitate de referinţă, cu o rată BER  0,1%.
O cerinţă suplimentară se impune în cazul transceiverelor care doresc să controleze puterea pe link-uri (este aşadar opţional acest parametru) şi anume să fie capabile să măsoare puterea semnalului recepţionat şi să decidă dacă transmiţătorul de la celălalt capăt al comunicaţiei ar trebui să crească sau să micşoreze puterea sa la emisie. Acest lucru este posibil printrţun parametru numit indicatorul de putere al semnalului la receptor (RSSI – Receiver Signal Srength Indicator). Măsurătoarea presupune compararea nivelului semnalului recepţionat cu două praguri. Pragul inferior corespunde unei puteri recepţionate situată în intervalul [-56 dBm ; 6 dB + nivelul curent (real) de sensibilitate a receptorului], iar pragul superior este cu 20 dB mai sus decât primul, cu o toleranţă de ± 6 dB.