蓝牙Channel Sounding信道探测 (四) — CS Steps

原创已于 2025-05-31 10:46:24 修改 · 868 阅读

23 ·

CC 4.0 BY-SA版权

文章标签：

#BLE #蓝牙

于 2025-05-24 22:21:13 首次发布

Channel Sounding 专栏收录该内容

5 篇文章

订阅专栏

上一篇：蓝牙Channel Sounding信道探测 (三) —— CS procedure

CS 定义了两个设备之间的一组互锁传输。发起 CS procedures的设备称为Initiator，响应这些procedures的设备称为Reflector。在 CS procedure中，CSStepCount应设置为 CS step 编号，该编号从零开始，并在该procedure中的每个后续step中递增 1，不管该step是否执行。CS step由调制数据包和调制 CS tone组合而成。

CS steps有四种不同的模式。每种模式都有不同的用途：测量设备间的频率偏移（mode-0）、测量往返时间（mode-1）、测量因距离引起的相位旋转（mode-2）以及同时测量往返时间和相位旋转（mode-3）。

CS steps要求参与事务的设备（即Initiator和Reflector）之间进行精确的时间同步。此时间同步将在第 4.5 节中描述。

CS steps之间以允许执行跳频的时间段分隔。其结构如图4.3所示。

允许跳频的时间称为T_FCS。T_FCS的允许值如表4.3所示。

在 CS procedures中，每次跳频都应使用相同的 T_FCS 值。除了执行频率切换之外，设备还可以使用 T_FCS 周期进行内部校准。设备还可以使用此时间段来稳定下一个发射的射频信号，以便在后续 CS steps开始时，信号已达到稳定状态。

在 T_FCS 期间，切换到的 RF 通道中Reflector的输出功率应比在下一个 CS step中Reflector用于传输的输出功率至少低 40 dB，该输出功率在Reflector的天线连接器处测量。

一、信道探测步骤模式-0

CS steps 模式 0 用于测量给定频率下Initiator和Reflector之间的频率偏移。支持 CS 功能的设备必须支持 CS steps 模式 0。表 4.4显示了 CS steps 模式 0 的结构。

CS Initiator在 CS steps 模式 0 期间测量从 CS Reflector发射的射频信号的频率偏移。CS Initiator应使用此信息来补偿 CS subevent中后续 CS steps内所有后续传输的频率和时序误差。对于每个 CS subevent，CS Initiator应向主机报告用于此补偿的频率值。此补偿的要求在[Vol 6] A 部分第 3.5 节中进行了描述。

Initiator方应首先发送 CS_SYNC (CS_SYNC_0_I)。CS_SYNC 的持续时间 (T_SY) 对应于第 2 节中所述的定义，并且取决于所使用的 CS_SYNC_PHY。模式 0 的 CS_SYNC 不应携带探测序列或随机序列作为 CS_SYNC 的一部分。

Initiator完成发射后，应预留一个 5 µs 的下降窗口 (T_RD)，以便Initiator从射频信道中移除发射能量。T_RD 之后，Initiator在射频信道中的输出功率应至少比 CS_SYNC 发射期间的输出功率低 40 dB（在Initiator天线连接器处测量）。

T_IP1 表示Initiator传输结束与Reflector传输开始之间的空闲时间。如有需要，设备可以使用此时间进行内部校准。如有必要，Reflector可以利用此时间在 CS_SYNC 信号（随后是 CS tone (CS_SYNC_0_R)）传输之前提升其传输信号，这将在第 2.6 节中进行描述。T_IP1 的允许值如表 4.5所示。

T_IP1 之后，Reflector应首先发送 CS_SYNC，然后发送其 CS_SYNC_0_R。CS_SYNC 的持续时间 (T_SY) 取决于所使用的 CS_SYNC_PHY。

接下来是T_GD 长度的保护时间，如第 2.6 节所述。

接下来是频率测量周期T_FM。CS阶跃模式0的T_FM持续时间应为80 µs。

Reflector的传输完成后，应使用与Initiator定义的相同要求来呈现 T_RD 的下降窗口。

即使Reflector未收到Initiator的 CS_SYNC，或者收到的 CS_SYNC 出现位错误，它也可以发送其 CS_SYNC_0_R。CS steps 模式 0 的持续时间可以表示为：

2 × T SY + 2 × T RD + T GD + T FM + T IP1

Initiator在subevent中发送的模式 0 数据包的出发时间值集在此表示为ToD I [ m ]，其中m = 1，..， M，M是子事件中模式 0 步骤的数量，因此ToD I [1] = 0。在任何子事件中，集合描述的值集范围

T oD I m − m − 1 × 2 × T SY + 2 × T RD + T GD + T FM + T IP1 + T FCS m = 1, .

. ,M

应小于或等于0.25 µs。

二、信道探测步骤模式-1

CS steps 模式 1 用于测量Initiator和Reflector之间的往返时间。支持 CS 功能的设备应实现 CS steps 模式 1。表 4.6显示了 CS steps 模式 1 定义的结构。

Initiator 首先发送 CS_SYNC（CS_SYNC_1）。CS 数据包的持续时间 (T_SY) 与Initiator 首先发送 CS_SYNC（CS_SYNC_1）。CS 数据包的持续时间 (T_SY) 与 Section 2 中的定义相对应，并且取决于所使用的 CS_SYNC_PHY。模式 1 的 CS_SYNC 可能包含探测序列或随机序列作为 CS_SYNC 的一部分。

在 CS_SYNC 传输期间，可以调整传输 SNR 输出级别。允许的 SNR 输出级别在[Vol 6] Part A, Section 3.1.3 中描述。

Initiator 完成发射后，应预留一个 5 µs 的下降窗口 (T_RD)，以便Initiator 从射频信道中移除发射能量。T_RD 之后，射频信道的输出功率应至少比在Initiator 天线连接器处测量的 CS_SYNC 发射期间的输出功率低 40 dB。

T_IP1 表示Initiator 发送信号和Reflector 发送信号之间的空闲时间。如有需要，设备可以利用这段时间进行内部校准。如有必要，Reflector 可以利用这段时间在 CS_SYNC 发送之前提升其发送信号。T_IP1 的时长定义见第 4.3.1 节。

T_IP1 之后，Reflector 发送其 CS_SYNC_1。在此 CS_SYNC 内，探测序列或随机序列的存在与否，以及序列的长度（如果存在）应与预期发起端的传输相匹配。

在 CS_SYNC 传输期间，可以调整传输 SNR 输出级别。允许的 SNR 输出级别Section 4.3.1.中描述。

Reflector的传输完成后，应使用与Initiator定义的相同要求来呈现 T_RD 的下降窗口。

即使Reflector未收到Initiator的 CS_SYNC，或者收到的 CS_SYNC 出现误码，它仍可以发送其 CS_SYNC_1。CS steps 模式 1 的持续时间可以表示为：

2 × T SY + 2 × T RD + T IP1

Section 3.1 描述了如何使用 CS_SYNC 交换计算往返时间。每个设备在向主机报告往返时间时，会从报告时间中扣除已知的标称时间偏移。该时间等于 CS_SYNC 字段中心接收和发送之间的时间间隔 T_SY_CENTER_DELTA。对于 CS steps 模式 1， T_SY_CENTER_DELTA等于：

T_SY _CENT ER_DELT A = T SY + T RD + T IP1

三、信道探测步骤模式-2

CS steps 模式 2 用于测量Initiator和Reflector之间射频信号的相位旋转。支持 CS 功能的设备应实现 CS steps 模式 2。表 4.7显示了 CS steps 模式 2 定义的结构。

Initiator发送一个 CS tone。CS tone的持续时间应为 (T_SW+T_PM)×(N_AP+1)，其中 T_PM 为相位测量周期，T_SW 为天线切换持续时间，N_AP 为天线路径数。T_PM 的允许值如表 4.8所示。

在 CS tone扩展时隙期间采用 ASK 调制（参见第 4.4 节）。这里，每组 N_AP 的 T_PM 长度传输之后都应跟一个相同 T_PM 长度的 CS tone扩展时隙。此 CS tone扩展时隙可以承载传输。如果有传输，则该传输应与上一个 T_PM 时隙的传输相同，并使用与前一个时隙相同的天线元件。如果在 CS tone扩展时隙中没有传输，则该 T_PM 周期仍应存在，但不应承载传输。扩展传输时隙中是否存在物理传输应由第 4.8 节中描述的 CS DRBG 进行播种。确定是否存在传输的过程在第 4.4 节中描述。

Initiator完成传输后，会预留一个 5 µs 的下降窗口 (T_RD)，以便Reflector从射频信道中移除已传输的能量。T_RD 之后，射频信道的输出功率应至少比在Initiator天线连接器处测量的 CS tone传输期间的输出功率低 40 dB。如果 CS tone扩展时隙未承载实际传输，则此下降窗口也应在Initiator传输完成后立即生效。在这种情况下，T_RD 周期在 CS tone扩展时隙之后仍应存在，并且不应承载任何来自Initiator的额外传输。

T_IP2 表示两次传输之间的空闲时间，包括Initiator的 CS tone扩展时隙和Reflector的传输。如有需要，设备可以利用这段时间进行内部校准。如有需要，Reflector可以利用这段时间在 CS tone传输之前提升其传输信号。表 4.9列出了 T_IP2 的允许值。T_IP2 值可能与 T_IP1 值不同。

T_IP2 之后，Reflector发送其 CS tone。CS tone的持续时间应为 (T_SW+T_PM)×(N_AP+1)，其中 T_PM 为相位测量周期，T_SW 为天线切换持续时间，N_AP 为天线路径数。N_AP 参数为整个 CS procedure所共用，详见[Vol 6] A 部分 5.3 节。与Initiator到Reflector方向的扩展传输时隙类似，扩展传输时隙应紧跟在最后一个有效的 N_AP 传输之后。如果存在传输，则该传输应与上一个 T_PM 时隙的传输相同，并使用与前一个时隙相同的天线单元。如果 CS tone扩展时隙中不存在传输，则该 T_PM 周期仍应存在，但不应承载传输。扩展传输时隙中是否存在物理传输，应由4.8 节中描述的 CS DRBG 进行播种。确定是否存在传输的过程详见4.4 节。

Reflector完成传输后，应使用本节中针对发起器定义的相同要求，呈现 T_RD 的下降窗口。如果 CS tone扩展时隙中没有传输，则仍应在 CS tone扩展时隙后附加一段 T_RD，并且该 T_RD 不应承载任何来自Reflector的附加传输。

CS steps 模式 2 的时间持续时间可以表示为：2 × TPM + TSW × NAP + 1 + 2 × TRD + TIP2

对于CS steps 模式2，天线端口处CS tone中心的接收和发送之间的时间周期标称表示为：

T_PM_CENT ER_DELT A = T PM + T SW × N AP + 1 + T RD + T IP2

四、信道探测步骤模式-3

CS steps 模式 3 用于测量射频信号的相位旋转以及Initiator和Reflector之间的往返时间。支持 CS 功能的设备可以选择性的实现 CS steps模式 3。表 4.10显示了 CS steps 模式 3 定义的结构。

Initiator发送 CS_SYNC，随后发送 CS tone (CS_SYNC_3_I)，如 Section 2.6 所述。

CS_SYNC 的持续时间 (T_SY) 与第2节中的定义一致，并且取决于所使用的CS_SYNC_PHY。模式 3 的 CS_SYNC 可能包含探测序列或随机序列作为 CS_SYNC 的一部分。

在 CS_SYNC 传输期间，可以调整传输 SNR 输出级别。允许的 SNR 输出级别在[Vol 6] Part A, Section 3.1.3中描述。接下来是T_GD 长度的保护时间，如Section 2.6 所述。

CS tone的持续时间应为 (T_SW+T_PM)×(N_AP + 1)，其中 T_PM 为相位测量周期，N_AP 为天线路径数。T_PM 参数的有效值请参加Section 4.3.3。

在 CS tone扩展时隙期间采用 ASK 调制（参见Section 4.4）。这里，每组 N_AP 的 T_PM 长度传输之后都应跟一个相同 T_PM 长度的 CS tone扩展时隙。此 CS tone扩展时隙可以承载传输。如果有传输，则该传输应与上一个 T_PM 时隙的传输相同，并使用与前一个时隙相同的天线元件。如果在 CS tone扩展时隙中没有传输，则该 T_PM 周期仍应存在，但不应承载传输。扩展传输时隙中是否存在物理传输应由第 4.8 节中描述的 CS DRBG 进行播种。确定是否存在传输的过程在第 4.4 节中描述。

Initiator 完成传输后，允许一个 5 µs 的下降窗口 (T_RD)，以便Reflector 从射频信道中移除已传输的能量。T_RD 之后，射频信道的输出功率应至少比在Initiator天线连接器处测得的 CS_SYNC 传输期间的输出功率低 40 dB。如果 CS tone扩展时隙未承载实际传输，则此下降窗口也应在Initiator传输完成后立即生效。在这种情况下，T_RD 周期应在 CS tone扩展时隙之后仍然存在，并且不应承载任何来自Initiator的额外传输。

T_IP2 表示Initiator发送信号和Reflector发送信号之间的空闲时间。如有需要，设备可以利用这段时间进行内部校准。如有必要，Reflector可以利用这段时间在发送信号之前提升其发送信号。T_IP2 的时长定义见第 4.3.3 节。

T_IP2 之后，反射器发送一个 CS 音调，然后发送一个 CS_SYNC（CS_SYNC_3_R），如第 2.6 节所述。此序列从发送 CS 音调开始。CS 音调的持续时间应为 (T_SW+T_PM)×N_AP 或 (T_SW+T_PM)×(N_AP + 1)，具体取决于是否为 CS 音调扩展时隙选择了传输。如果有传输，则该传输应与上一个 T_PM 时隙的传输相同，并使用与前一个时隙相同的天线元件。如果在 CS 音调扩展时隙中没有传输，则该 T_SW+T_PM 周期不应存在，但应按如下所述进行补偿。扩展传输时隙中是否存在物理传输应由第 4.8 节所述的 CS DRBG 进行播种。确定是否存在传输的过程在第 4.4 节中描述。

接下来是第 2.6 节中描述的 T_GD 长度的保护时间。

Reflector随后可以发送其 CS_SYNC。在此 CS_SYNC 中，探测序列或随机序列的存在与否，以及序列的长度（如果存在）应与Initiator的传输相匹配。

如果在前一次 CS tone传输期间不存在 CS tone扩展时隙，则应在Reflector的 CS_SYNC 传输后直接插入一个不包含物理传输的 T_PM 周期。此 T_PM 周期应伴随一个 T_SW 周期，如同其发生在 CS_SYNC 传输之前一样。

Reflector完成传输后，应使用本节中针对Initiator定义的相同要求，呈现 T_RD 的下降窗口。如果 CS tone扩展时隙中没有传输，则还应在 CS tone扩展时隙后附加一段 T_RD，并且该 T_RD 不应承载来自Reflector的任何附加传输。

CS steps 模式 3 的时间持续时间可以表示为：2 × TSY + TGD + 2 × TPM + TSW × NAP + 1 + 2 × TRD + TIP2

第 3.1 节描述了如何使用 CS_SYNC 交换计算往返时间。每个设备在向主机报告往返时间时，会从报告时间中扣除已知的标称时间偏移。该时间等于 CS_SYNC 字段中心接收和发送之间的时间间隔T_SY_CENTER_DELTA。对于 CS 步进模式 3，T_SY_CENTER_DELTA等于：

T_SY_CENTER_DELTA = T SY + T RD + 2 x T GD + 2 x ( T SW + T PM ) x N AP + 2 x ( T SW + T PM ) + T IP 2（如果在反射器到发起器的传输扩展时隙中存在物理传输）。
否则，T_SY_CENTER_DELTA = T SY + T RD + 2 x T GD + 2 x ( T SW + T PM ) x N AP + ( T SW + T PM ) + T IP 2。