藍(lán)牙技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)

1、一、藍(lán)牙技術(shù)的概念藍(lán)牙(Bluetooth)是由東芝、愛立信、IBM、Intel和諾基亞于1998年5月共同提出的近距離無(wú)線 數(shù)字通信的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。其目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)最高數(shù)據(jù)傳輸速度1Mb/s(有效傳輸速度為721kb/s)、最大傳輸距離為10米， 用戶不必經(jīng)過(guò)申請(qǐng)便可利用2. 4GHz的ISM(工業(yè)、科學(xué)、醫(yī)學(xué))頻帶，在其上設(shè)立79個(gè)帶寬為 1MHz的信道，用每秒鐘切換1600次的頻率、滾齒方式的頻譜擴(kuò)散技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)電波的收發(fā)。二、藍(lán)牙技術(shù)的特點(diǎn)藍(lán)牙是一種短距無(wú)線通信的技術(shù)規(guī)范，它最初的目標(biāo)是取代現(xiàn)有的掌上電腦、移動(dòng)電話等各種數(shù) 字設(shè)備上的有線電纜連接。在制定藍(lán)牙規(guī)范之初，就建立了統(tǒng)一全球的目標(biāo)，向全

2、球公開發(fā)布， 工作頻段為全球統(tǒng)一開放的2.4GHz工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)學(xué)(Industrial, Scientific and Medical, ISM) 頻段。從目前的應(yīng)用來(lái)看，由于藍(lán)牙體積小、功率低，其應(yīng)用已不局限于計(jì)算機(jī)外設(shè)，幾乎可以被集成 到任何數(shù)字設(shè)備之中，特別是那些對(duì)數(shù)據(jù)傳輸速率要求不高的移動(dòng)設(shè)備和便攜設(shè)備。藍(lán)牙技術(shù)的 特點(diǎn)可歸納為如下幾點(diǎn)：全球范圍適用：藍(lán)牙工作在2.4GHz的ISM頻段，全球大多數(shù)國(guó)家ISM頻段的范圍是 2.42.4835GHz，使用該頻段無(wú)需向各國(guó)的無(wú)線電資源管理部門申請(qǐng)?jiān)S可證。同時(shí)可傳輸語(yǔ)音和數(shù)據(jù)：藍(lán)牙采用電路交換和分組交換技術(shù)，支持異步數(shù)據(jù)信道、三路語(yǔ) 音信道以

3、及異步數(shù)據(jù)與同步語(yǔ)音同時(shí)傳輸?shù)男诺?。每個(gè)語(yǔ)音信道數(shù)據(jù)速率為64kbit/s，語(yǔ)音信號(hào) 編碼采用脈沖編碼調(diào)制(PCM)或連續(xù)可變斜率增量調(diào)制(CVSD)方法。當(dāng)采用非對(duì)稱信道傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，速率最高為721kbit/s，反向?yàn)?7.6kbit/s；當(dāng)采用對(duì)稱信道傳輸 數(shù)據(jù)時(shí)，速率最高為342.6kbit/s。藍(lán)牙有兩種鏈路類型：異步無(wú)連接(AsynchronousConnection-Less，ACL)鏈路和同步面向連接(Synchronous Connection-Oriented，SCO)鏈 路?？梢越⑴R時(shí)性的對(duì)等連接(Ad-hoc Connection):根據(jù)藍(lán)牙設(shè)備在網(wǎng)絡(luò)中的角色，可 分為

4、主設(shè)備(Master)與從設(shè)備(Slave)。主設(shè)備是組網(wǎng)連接主動(dòng)發(fā)起連接請(qǐng)求的藍(lán)牙設(shè)備， 幾個(gè)藍(lán)牙設(shè)備連接成一個(gè)微微網(wǎng)(Piconet)時(shí)，其中只有一個(gè)主設(shè)備，其余的均為從設(shè)備。微 微網(wǎng)是藍(lán)牙最基本的一種網(wǎng)絡(luò)形式，最簡(jiǎn)單的微微網(wǎng)是一個(gè)主設(shè)備和一個(gè)從設(shè)備組成的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的 通信連接。通過(guò)時(shí)分復(fù)用技術(shù)，一個(gè)藍(lán)牙設(shè)備便可以同時(shí)與幾個(gè)不同的微微網(wǎng)保持同步，具體來(lái)說(shuō)，就是該 設(shè)備按照一定的時(shí)間順序參與不同的微微網(wǎng)，即某一時(shí)刻參與某一微微網(wǎng)，而下一時(shí)刻參與另一 個(gè)微微網(wǎng)。具有很好的抗干擾能力：工作在ISM頻段的無(wú)線電設(shè)備有很多種，如家用微波爐、無(wú)線局 域網(wǎng)(Wireless Local Area Netwo

5、rk，WLAN )和HomeRF等產(chǎn)品，為了很好地抵抗來(lái)自這些 設(shè)備的干擾，藍(lán)牙采用了跳頻(Frequency Hopping)方式來(lái)擴(kuò)展頻譜(Spread Spectrum)， 將2.4022.48GHz頻段分成79個(gè)頻點(diǎn)，相鄰頻點(diǎn)間隔1 MHz。藍(lán)牙設(shè)備在某個(gè)頻點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù) 之后，再跳到另一個(gè)頻點(diǎn)發(fā)送，而頻點(diǎn)的排列順序則是偽隨機(jī)的，每秒鐘頻率改變1600次，每 個(gè)頻率持續(xù)625口 So藍(lán)牙模塊體積很小、便于集成：由于個(gè)人移動(dòng)設(shè)備的體積較小，嵌入其內(nèi)部的藍(lán)牙模塊體 積就應(yīng)該更小。 低功耗：藍(lán)牙設(shè)備在通信連接(Connection)狀態(tài)下，有四種工作模式 激活(Active) 模式、呼吸(Sni

6、ff)模式、保持(Hold)模式和休眠(Park)模式。Active模式是正常的工作 狀態(tài)，另外三種模式是為了節(jié)能所規(guī)定的低功耗模式。（7）開放的接口標(biāo)準(zhǔn)：SIG為了推廣藍(lán)牙技術(shù)的使用，將藍(lán)牙的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)全部公開，全世界范 圍內(nèi)的任何單位和個(gè)人都可以進(jìn)行藍(lán)牙產(chǎn)品的開發(fā)，只要最終通過(guò)SIG的藍(lán)牙產(chǎn)品兼容性測(cè)試， 就可以推向市場(chǎng)。8）成本低：隨著市場(chǎng)需求的擴(kuò)大，各個(gè)供應(yīng)商紛紛推出自己的藍(lán)牙芯片和模塊，藍(lán)牙產(chǎn)品價(jià)格 飛速下降。（8）成本低：隨著市場(chǎng)需求的擴(kuò)大，各個(gè)供應(yīng)商紛紛推出自己的藍(lán)牙芯片和模塊，藍(lán)牙產(chǎn)品價(jià) 格飛 速下降。三、藍(lán)牙中的關(guān)鍵技術(shù)跳頻技術(shù)藍(lán)牙的載頻選用全球通用的2.4GHz ISM頻段，

7、由于2.4GHz的頻段是對(duì)所有無(wú)線電系統(tǒng)都開放 的頻段，因此使用其中的任何一個(gè)頻段都有可能遇到不可預(yù)測(cè)的干擾源。采用跳頻擴(kuò)譜技術(shù)是避 免干擾的一項(xiàng)有效措施。跳頻技術(shù)是把頻帶分成若干個(gè)跳頻信道，在一次連接中，無(wú)線電收發(fā)器 按一定的碼序列不斷地從一個(gè)信道跳到另一個(gè)信道，只有收發(fā)雙方是按這個(gè)規(guī)律進(jìn)行通信的，而 其他的干擾不可能按同樣的規(guī)律進(jìn)行干擾。依據(jù)各國(guó)的具體情況，以2.45GHz為中心頻率，從2.402GHz開始，到2.480GHz結(jié)束，最多 可以得到79個(gè)1MHz帶寬的信道。在發(fā)射帶寬為1MHz時(shí)，其有效數(shù)據(jù)速率為721kb/s，并采 用低功率時(shí)分復(fù)用方式發(fā)射。藍(lán)牙技術(shù)理想的連接范圍為10厘米

8、一10米，但是通過(guò)增大發(fā)射功 率可以將距離延長(zhǎng)至100米。跳頻擴(kuò)譜技術(shù)是藍(lán)牙使用的關(guān)鍵技術(shù)之一。對(duì)應(yīng)于單時(shí)隙分組， 藍(lán)牙的跳頻速率為1600跳/秒；對(duì)應(yīng)于時(shí)隙包，跳頻速率有所降低；但在建立鏈路時(shí)則提高為 3200跳/秒。使用這樣高的跳頻速率，藍(lán)牙系統(tǒng)具有足夠高的抗干擾能力。它采用以多級(jí)蝶形運(yùn) 算為核心的映射方案，與其他方案相比，具有硬件設(shè)備簡(jiǎn)單、性能優(yōu)越、便于79/23頻段兩種系 統(tǒng)的兼容以及各種狀態(tài)的跳頻序列使用統(tǒng)一的電路來(lái)實(shí)現(xiàn)等特點(diǎn)。與其他工作在相同頻段的系統(tǒng) 相比，藍(lán)牙跳頻更快，數(shù)據(jù)包更短，因此更穩(wěn)定。piconet （微微網(wǎng)）和scatternet （分散網(wǎng)/擴(kuò)散網(wǎng)）當(dāng)兩個(gè)藍(lán)牙設(shè)備成功

9、建立鏈路后，一個(gè)piconet便形成了，兩者之間的通信通過(guò)無(wú)線電波在信道 中隨機(jī)跳轉(zhuǎn)而完成。藍(lán)牙給每個(gè)piconet提供特定的跳轉(zhuǎn)模式，因此它允許大量的piconet同時(shí) 存在，同一區(qū)域內(nèi)多個(gè)piconet的互聯(lián)形成了 scatternet。piconet信道由一主單元標(biāo)識(shí)（提供跳頻序列）和系統(tǒng)時(shí)鐘（提供跳頻相位）來(lái)定義，其它為從 單元。每一藍(lán)牙無(wú)線系統(tǒng)有一本地時(shí)鐘，沒(méi)有通常的定時(shí)參考。當(dāng)一 piconet建立后，從單元進(jìn) 行時(shí)鐘補(bǔ)償，使之與主單元同步，piconet釋放后，補(bǔ)償亦取消，但可存儲(chǔ)起來(lái)以便再用。一條 普通的piconet信道的單元數(shù)量為8（1主7從），可保證單元間有效尋址和大容量

10、通信。實(shí)際 上，一個(gè)piconet中互聯(lián)設(shè)備的數(shù)量是沒(méi)有限制的，只不過(guò)在同一時(shí)刻只能激活8個(gè)，其中1個(gè) 為主，7個(gè)為從。藍(lán)牙系統(tǒng)建立在對(duì)等通信基礎(chǔ)上，主從任務(wù)僅在piconet生存期內(nèi)有效，當(dāng)piconet 取消后，主從任務(wù)隨即取消。每一單元皆可為主/從單元，可定義建立piconet的單元為主單元。 除定義piconet外，主單元還控制piconet的信息流量，并管理接入。藍(lán)牙給每個(gè)piconet提供 特定的跳轉(zhuǎn)模式，因此它允許大量的piconet同時(shí)存在，同一區(qū)域內(nèi)多個(gè)piconet的互聯(lián)形成了 分散網(wǎng)。不同的piconet信道有不同的主單元，因而存在不同的跳轉(zhuǎn)模式。藍(lán)牙系統(tǒng)可優(yōu)化到在同一區(qū)域中有數(shù)十個(gè)piconet運(yùn)行，而沒(méi)有明顯的性能下降。藍(lán)牙時(shí)隙連接 采用基于包的通信，使不同piconet可互聯(lián)。欲連接單元可加入到不同piconet中，但因無(wú)線信 號(hào)只能調(diào)制到單一跳頻載波上，任一時(shí)刻單元只能在一 piconet中通信。通過(guò)調(diào)整piconet信道 參數(shù)（即主單元標(biāo)志和主單元時(shí)鐘），單元可從一piconet跳到另一 piconet中，并可改變?nèi)蝿?wù)。 例如某一時(shí)刻在piconet中的主單元，另一時(shí)刻在另一 piconet中為從單元。由于主單元參數(shù)標(biāo) 示了 piconet信道的跳轉(zhuǎn)模式，因此一單元不可能在不同的piconet中都為主單元。跳頻選擇機(jī) 制應(yīng)設(shè)計(jì)成允