蓝牙技术及应用(含基带分组结构介绍)

1、第第3章章 蓝牙技术及应用蓝牙技术及应用 3.1蓝牙技术简介蓝牙技术简介蓝牙设备功率等级蓝牙设备功率等级输出功率等级输出功率等级一类一类二类二类三类三类最大输出功率100mW(20dBm) 2.5mW(4dBm)1mW(0dBm)最小输出功率1mW(0dBm)0.25mW(-6dBm)-传输距离100m10m10m功率控制要求+4+20dBm(必有)-30+4dBm(可选)-30+4dBm(可选)-30+4dBm(可选)3.1蓝牙技术简介蓝牙技术简介蓝牙技术的应用蓝牙技术的应用n 电缆替代(cable replacement)：n 替代PC机与打印机、鼠标、扫描仪、投影仪等外设的连接电缆，n

2、无线互连PDA、移动电话以及PC机等n Ad hoc个人无线网络n 短距离区域内不同用户的ad hoc网络互连n 只要进入范围内，一个配备蓝牙的设备能与另一个无线电设备即时连接n 数据与语音接入点n 采用蓝牙作为AP，从而与蜂窝网络、有线连接或卫星链路所提供的广域语音和数据服务相连连接计算机以及其他外部设备连接计算机以及其他外部设备支持自组织网络支持自组织网络构建家庭网络构建家庭网络运动中的连接运动中的连接三星T6283.2 蓝牙技术基带与链路控制器规范蓝牙技术基带与链路控制器规范规范 定义了载波频率和输出功率 主要处理空中数据的接收和发送特点 低功率 传输距离为10米 2.4GHz的ISM

3、79个信道，1MHz （2402 to 2480 MHz ） 跳频扩频技术 收发器的能量分3级 1级：100mW，强制功率控制 2级：2.5mW，功率控制可选 3级：1mW基带层基带层基本功能基本功能 执行跳频 实现介质访问 定义了物理链路 定义了packet格式3.2 蓝牙技术基带与链路控制器规范蓝牙技术基带与链路控制器规范n 蓝牙设备地址蓝牙设备地址 (BD_ADDR) 48-bit IEEE 802 address（全球唯一，见图3-3）n 激活设备激活设备 地址地址 (Active Member Address： AM_ADDR) 3-bit active slave address

4、全0代表广播地址n 休眠设备地址休眠设备地址 (Parked Member Address：PM_ADDR) 8-bit parked slave address3.3.蓝牙设备的寻址蓝牙设备的寻址3.2.1蓝牙基带概述蓝牙基带概述 主设备（Master Unit）： 某台设备的时钟和跳频序列用于同步其他设备，称为主设备 只能是一个微微网的主设备，可以是其他微微网的从设备 可实施呼叫和连接建立过程 从设备（Slave Unit）： 除主设备以外的设备，为从设备 一个微微网的从设备可以是另一个微微网的主设备 连接建立被分配一个临时的3比特成员地址 主设备和从设备的角色可以互换，互换后是另一个新的

5、微微网3.2.1蓝牙基带概述蓝牙基带概述4.设备、微微网和散射网3.2.1蓝牙基带概述蓝牙基带概述Piconet的组成 1个Master节点控制跳频通信的同步 7个Slave active节点 3-bit Active Member address (AM_ADDR) 255个非活跃Parked节点 保持与master的同步 没有AM_ADDR 8-bit Parked Member Address (PM_ADDR) 所有的用户均用同一跳频序列同步4.设备、微微网和散射网3.2.1蓝牙基带概述蓝牙基带概述4.设备、微微网和散射网微微网Piconet3.2.1蓝牙基带概述蓝牙基带概述时间和空间

6、层叠的多个piconets组成一个散射网 几个masters链接到同一个slave 一个master可以是另一个网络的slave4.设备、微微网和散射网3.2.1蓝牙基带概述蓝牙基带概述散射网scatter net4.设备、微微网和散射网3.2.2 蓝牙物理链路蓝牙物理链路SCO ( synchronous connection oriented)链路 是点到点的连接，类似电路交换 具备双向对称性，主设备在周期性的保留时隙上维持SCO 传输速率为 64Kbps 主设备可与一个或多个从设备建立多达3个SCO链路；一个从设备也与多个主设备建立SCO（最多3条） Full-duplex通信ACL (

7、asynchronous connectionless)链路 是点到多点的连接，类似分组交换 主设备可以利用SCO未被占用的时隙建立ACL 支持对称连接和不对称连接 一对主从设备之间只有1条ACL 分别对应1-slot、3-slot、5-slot分组 正向最大速率：723.3Kbps (5-slot) 反向最大速率：57.6Kbps 只有被主设备轮询的从设备才能发送ACL数据 Half-duplex通信3.2.2 蓝牙物理链路蓝牙物理链路Half-duplex通信（ACL） 一次往一个方向发送 不对称最大速率723.3kbps，反向为57.6kpbs 对称速率双向发送，每个方向可达433.9k

8、pbsFull-duplex通信（SCO） 可同时双向发送 速率64Kbps 使用M预留的slot（避免同步和冲突） 没有为SCO链路预留的Slot可用于ACL链路 3.2.2 蓝牙物理链路蓝牙物理链路MASTERSLAVE 1SLAVE 2SLAVE 3ACLSCOSCOSCOSCOACLACLACLMixed Link Example3.2.2 蓝牙物理链路蓝牙物理链路蓝牙分组结构和分组类型蓝牙分组结构和分组类型72 bits54 bits0 - 2744 bitsAccess CodeHeaderPayload每个分组由三部分组成：接入码、头部、负载每个分组由三部分组成：接入码、头部、负

9、载ControlpacketsData/voicepacketsVoicedataHV1HV2HV3DVDM1DM3DM5DH1DH3DH5有两种分组类型：控制分组、数据有两种分组类型：控制分组、数据/语音分组语音分组ID*NullPollFHSDM13.2.3 蓝牙基带分组蓝牙基带分组接入码接入码72 bitsAccess Code54 bits0 - 2744 bitsHeaderPayload接入码有三种类型：CAC(channel access code):用于标识一个微微网DAC(device access code):用于寻呼等特殊信令过程IAC (inquiry access c

10、ode):用于查询，发现其他的蓝牙设备ID分组( )：由DAC或IAC组成，用于寻呼、探询、响应AM_ADDRTYPEFLOWARQN表示处于表示处于active状态的从设备状态的从设备表示表示16种类型的分组种类型的分组ACLACL上的流量控制，上的流量控制，1 1表示发送端发送、表示发送端发送、0 0表示发送端停止发送表示发送端停止发送0 0表示表示NAKNAK，1 1表示表示ACKACK，表示负载传送正确性确认，表示负载传送正确性确认parameterinformationAM_ADDRHEC318FLOW1ARQN1SEQN TYPE4SEQN每发送一个新的分组就翻转一次每发送一个新的

11、分组就翻转一次HEC校验码以检查头部的正确性校验码以检查头部的正确性头部头部72 bits54 bits0 - 2744 bitsAccess CodeHeaderPayload1/3FEC有效负载有效负载72 bits54 bits0 - 2744 bitsDataVoiceCRCheaderAccess CodeHeaderPayload在负载中要区分语音（同步）字段和数据（异步）字段：ACL分组仅包含数据字段，包含3部分：负载头、负载体和CRC校验码（AUX1例外）SCO分组包含语音字段，语音字段长度固定为240比特0000000100100011NULLPOLLFHSDM1010001

12、01011001100111HV1HV1HV2HV3DV10001001101010111100110111101111typeACL linkSCO linkNULLPOLLFHSDM1DH1DM3DH3DM5DH5AUX1分组类型（分组类型（1）在16种分组中，有4种是公共的，另外12种根据SCO和ACL不同链路而不同。公共分组NULL分组：仅包含 CAC（信道接入码）和分组头，没有负载。NULL分组将链路信息返回给发送端。NULL分组无需确认。POLL分组：主设备轮询一个从设备，POLL分组没有负载字段，需要接收端的确认。FHS分组：是一种特别的控制分组，他宣告发端的设备地址和时钟信息，

13、以实现跳频同步。FHS的结构比较复杂，限于篇幅不作介绍。DM1分组：该分组仅携带数据信息，负载包含18个信息字节和16比特的CRC校验码，然后用速率为23的FEC保护（即每10个信息比特附加5个校验比特）。NullPollFHSDM10000000100100011NULLPOLLFHSDM101000101011001100111HV1HV1HV2HV3DV10001001101010111100110111101111typeACL linkSCO linkNULLPOLLFHSDM1DH1DM3DH3DM5DH5AUX1分组类型（分组类型（2）Sco分组在sco链路上传送，不采用CRC校

14、验和重传机制，通常用于传送64Kbps的语音语音信号。HV1分组：HV代表High quality Voice，每二个时隙HV1分组必须发送一次HV2分组：HV2分组携带20个字节的信息，采用速率为23的FEC。每四个时隙HV2分组必须发送一次HV3分组：HV3分组携带30个字节的信息，没有采用FEC。每六个时隙HV3分组必须发送一次。DV分组：DV分组是数据和语音的混合，负载由80比特的语音字段和最多150比特的数据字段组成。语音处理和数据处理是独立的。HV1HV2HV3DV72 bits54 bits240 bitsAccess CodeHeaderPayload语音（语音（80bit）1

15、/3FEC0000000100100011NULLPOLLFHSDM101000101011001100111HV1HV1HV2HV3DV10001001101010111100110111101111typeACL linkSCO linkNULLPOLLFHSDM1DH1DM3DH3DM5DH5AUX1分组类型（分组类型（3）ACL分组在acl链路上传送，可以用来传送控制信息和数据信息。DH1分组：与DM1分组类似，但是负载数据不经过FEC (Forward Error Correction：前向纠错) DM3分组：可以占用3个时隙，负载可包含123个信息字节加16比特的CRC校验码加2/

16、3FECDH3分组：与DM3类似，但负载不采用FEC。DH3可以携带185字节的信息加16比特的CRC校验码。DM5分组：可以占用5个时隙，负载可包含226个信息字节加16比特的CRC校验码加2/3FEC。DH5分组；与DM5类似，但负载不采用FEC。DH5可以携带341字节的信息加16比特的CRC校验码。AUX1分组：可以携带30个信息字节,无CRC和FEC编码。DM1DM3DM5DH1DH3DH5DM1DH1DM3DH3DM5DH5108.8172.8258.1390.4286.7433.9108.8172.8387.2585.6477.8723.2108.8172.854.486.436.357.6typesymmetricasymmetricACL连接中数据传送数率连接中数据传送数率 (kb/s) 3.2.4 3.2.4 蓝牙基带纠错机制蓝牙基带纠错机制FEC支持：支持： 1/3 rate，被用于分组首部、HV1分组中的语音字段 2/3 rate(是一个（15