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» 2015年09月17日 07時00分 UPDATE

技術&認証プロセス解説:いまさら聞けないBluetoothとその認証プロセス (1/3)

マウスやスマホ、ハンズフリーセットなどで身近な「Bluetooth」のことをどれだけ知っているだろうか。技術の基礎とBluetooth製品を世に出すために必要な認証プロセスについて解説する。

[酒井五雄(テュフ ラインランド ジャパン),MONOist]

Bluetoothの仕様

 「Bluetooth」という商標名の短距離無線接続技術は1998年4月に発表され、翌1999年7月に仕様が一般公開された(*1)。その後仕様が更新され、2010年6月にはこれまでのBluetooth(以下、BR/EDR Bluetoothと記す)に加えて、少量のデータで済む用途に向けた低消費電力モード(以下、BLE Bluetoothと記す)が「v4.0」として追加制定された(*2)。その後も機能追加が続けられ仕様はv4.1、v4.2と更新され、現在に至っている。

*1 Bluetooth SIG: Bluetooth Specification v1.0b, [1999,7]

*2 Bluetooth SIG: Bluetooth Specification v4.0, [2010,6]

 「BR/EDR Bluetooth」と「BLE Bluetooth」の主要緒元を表1に示す。BR/EDR BluetoothとBLE Bluetooth はどちらも2.4GHz帯(2.400MHz帯)で稼働し、この帯域は産業科学医療用周波数帯(ISM band: Industrial, Scientific and Medical band)として電子レンジや医療用機器、工業用機器といった機器へ国際的に割り当てられている。また、この周波数帯を利用する主な無線局・特定無線設備は、Bluetoothの他、小電力データ通信システム、無線LAN、移動体識別システム、アマチュア無線である。

 表を見ても分かるように、BR/EDR BluetoothとBLE Bluetoothはチャンネル割り当てと変調方式が異なるため、直接はデータ通信ができない。v4.0あるいはそれ以降のBluetooth機器であっても、BR/EDR Bluetoothモード間でのデータ通信とBLE Bluetooth間でのデータ通信で使われるのだ。ただし、スマートフォンに代表される、両モードをサポートする「デキュアルモード機器」を介して、間接的にBR/EDR Bluetooth機器とBLE Bluetooth機器とのデータ交換を行うことは可能である。

■表1 Bluetooth(BR/EDR BluetoothおよびBLE Bluetooth)の主要緒元

項目 BR/EDR Bluetooth主要緒元 BLE Bluetooth主要緒元
使用周波数 2.402MHz〜2.480MHz(1MHz間隔、79チャンネル) 2.402MHz〜2.480MHz(2MHz間隔40チャンネル)
変調方式 周波数ホッピングスペクトラム拡散(GFSK / DQPSK / 8PSK) GFSK
伝送速度 1Mbps, 2Mbps, 3Mbps 1Mbps
空中線電力 Class 1: 100mW(Max)、Class 2: 4mW〜0.25mW、Class 3: 1mW(Max) 10mW(Max)
固体識別符号長 48ビット(MACアドレスを使用) 同左

 BR/EDR Bluetoothの無線部は2.402GHzから2.480GHzまで、1MHzステップの79チャンネルを用いるFH(Frequency Hopping: 周波数ホッピング)型のSS(Spectrum Spread:スペクトラム拡散)方式が採用されている。そしてGFSK、DQPSK、8PSKと3種類の一次変調モードによって伝送速度は1Mbps(最大実効速度:約0.7Mbps)、2Mbps(同:約1.4Mbps), 3Mbps(同:約2.1Mbps)を実現している。

 一方、BLE Bluetoothの無線部は2.402GHzから2.480GHzまで、2MHzステップの40チャンネルを切り替え、単一搬送波でデータ通信する方式を採用している。変調方式はGFSKで伝送速度は1Mbps(最大実効速度:約270Kbps)である。このように、BR/EDR BluetoothとBLE Bluetoothではチャンネル割り当てと変調の方式が違うため、直接データ通信ができないのだ。

 以下の図1では、GPSKによるBR/EDR Bluetoothの単一チャンネルおよびBLE Bluetoothの出力のスペクトルアナライザー波形を、図2ではBR/EDR Bluetooth のホッピングした帯域全体のスペクトルアナライザー波形を示す。

GPSKによるBR/EDR Bluetoothの単一チャンネルおよびBLE Bluetoothの出力のスペクトルアナライザー波形 図1 GPSKによるBR/EDR Bluetoothの単一チャンネルおよびBLE Bluetoothの出力のスペクトルアナライザー波形
図2 BR/EDR Bluetooth のホッピングした帯域全体のスペクトルアナライザー波形 図2 BR/EDR Bluetooth のホッピングした帯域全体のスペクトルアナライザー波形
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