蓝牙技术基础知识

1、一、蓝牙技术的概念蓝牙(Bluetooth)是由东芝、爱立信、IBM、Intel和诺基亚于1998年5月共同提出的近距离无线 数字通信的技术标准。其目标是实现最高数据传输速度1Mb/s(有效传输速度为721kb/s)、最大传输距离为10米， 用户不必经过申请便可利用2. 4GHz的ISM(工业、科学、医学)频带，在其上设立79个带宽为 1MHz的信道，用每秒钟切换1600次的频率、滚齿方式的频谱扩散技术来实现电波的收发。二、蓝牙技术的特点蓝牙是一种短距无线通信的技术规范，它最初的目标是取代现有的掌上电脑、移动电话等各种数 字设备上的有线电缆连接。在制定蓝牙规范之初，就建立了统一全球的目标，向全

2、球公开发布， 工作频段为全球统一开放的2.4GHz工业、科学和医学(Industrial, Scientific and Medical, ISM) 频段。从目前的应用来看，由于蓝牙体积小、功率低，其应用已不局限于计算机外设，几乎可以被集成 到任何数字设备之中，特别是那些对数据传输速率要求不高的移动设备和便携设备。蓝牙技术的 特点可归纳为如下几点：全球范围适用：蓝牙工作在2.4GHz的ISM频段，全球大多数国家ISM频段的范围是 2.42.4835GHz，使用该频段无需向各国的无线电资源管理部门申请许可证。同时可传输语音和数据：蓝牙采用电路交换和分组交换技术，支持异步数据信道、三路语 音信道以

3、及异步数据与同步语音同时传输的信道。每个语音信道数据速率为64kbit/s，语音信号 编码采用脉冲编码调制(PCM)或连续可变斜率增量调制(CVSD)方法。当采用非对称信道传输数据时，速率最高为721kbit/s，反向为57.6kbit/s；当采用对称信道传输 数据时，速率最高为342.6kbit/s。蓝牙有两种链路类型：异步无连接(AsynchronousConnection-Less，ACL)链路和同步面向连接(Synchronous Connection-Oriented，SCO)链 路。可以建立临时性的对等连接(Ad-hoc Connection):根据蓝牙设备在网络中的角色，可 分为

4、主设备(Master)与从设备(Slave)。主设备是组网连接主动发起连接请求的蓝牙设备， 几个蓝牙设备连接成一个微微网(Piconet)时，其中只有一个主设备，其余的均为从设备。微 微网是蓝牙最基本的一种网络形式，最简单的微微网是一个主设备和一个从设备组成的点对点的 通信连接。通过时分复用技术，一个蓝牙设备便可以同时与几个不同的微微网保持同步，具体来说，就是该 设备按照一定的时间顺序参与不同的微微网，即某一时刻参与某一微微网，而下一时刻参与另一 个微微网。具有很好的抗干扰能力：工作在ISM频段的无线电设备有很多种，如家用微波炉、无线局 域网(Wireless Local Area Netwo

5、rk，WLAN )和HomeRF等产品，为了很好地抵抗来自这些 设备的干扰，蓝牙采用了跳频(Frequency Hopping)方式来扩展频谱(Spread Spectrum)， 将2.4022.48GHz频段分成79个频点，相邻频点间隔1 MHz。蓝牙设备在某个频点发送数据 之后，再跳到另一个频点发送，而频点的排列顺序则是伪随机的，每秒钟频率改变1600次，每 个频率持续625口 So蓝牙模块体积很小、便于集成：由于个人移动设备的体积较小，嵌入其内部的蓝牙模块体 积就应该更小。 低功耗：蓝牙设备在通信连接(Connection)状态下，有四种工作模式 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 状态，另外三种模式是为了节能所规定的低功耗模式。（7）开放的接口标准：SIG为了推广蓝牙技术的使用，将蓝牙的技术标准全部公开，全世界范 围内的任何单位和个人都可以进行蓝牙产品的开发，只要最终通过SIG的蓝牙产品兼容性测试， 就可以推向市场。8）成本低：随着市场需求的扩大，各个供应商纷纷推出自己的蓝牙芯片和模块，蓝牙产品价格 飞速下降。（8）成本低：随着市场需求的扩大，各个供应商纷纷推出自己的蓝牙芯片和模块，蓝牙产品价 格飞 速下降。三、蓝牙中的关键技术跳频技术蓝牙的载频选用全球通用的2.4GHz ISM频段，

7、由于2.4GHz的频段是对所有无线电系统都开放 的频段，因此使用其中的任何一个频段都有可能遇到不可预测的干扰源。采用跳频扩谱技术是避 免干扰的一项有效措施。跳频技术是把频带分成若干个跳频信道，在一次连接中，无线电收发器 按一定的码序列不断地从一个信道跳到另一个信道，只有收发双方是按这个规律进行通信的，而 其他的干扰不可能按同样的规律进行干扰。依据各国的具体情况，以2.45GHz为中心频率，从2.402GHz开始，到2.480GHz结束，最多 可以得到79个1MHz带宽的信道。在发射带宽为1MHz时，其有效数据速率为721kb/s，并采 用低功率时分复用方式发射。蓝牙技术理想的连接范围为10厘米

8、一10米，但是通过增大发射功 率可以将距离延长至100米。跳频扩谱技术是蓝牙使用的关键技术之一。对应于单时隙分组， 蓝牙的跳频速率为1600跳/秒；对应于时隙包，跳频速率有所降低；但在建立链路时则提高为 3200跳/秒。使用这样高的跳频速率，蓝牙系统具有足够高的抗干扰能力。它采用以多级蝶形运 算为核心的映射方案，与其他方案相比，具有硬件设备简单、性能优越、便于79/23频段两种系 统的兼容以及各种状态的跳频序列使用统一的电路来实现等特点。与其他工作在相同频段的系统 相比，蓝牙跳频更快，数据包更短，因此更稳定。piconet （微微网）和scatternet （分散网/扩散网）当两个蓝牙设备成功

9、建立链路后，一个piconet便形成了，两者之间的通信通过无线电波在信道 中随机跳转而完成。蓝牙给每个piconet提供特定的跳转模式，因此它允许大量的piconet同时 存在，同一区域内多个piconet的互联形成了 scatternet。piconet信道由一主单元标识（提供跳频序列）和系统时钟（提供跳频相位）来定义，其它为从 单元。每一蓝牙无线系统有一本地时钟，没有通常的定时参考。当一 piconet建立后，从单元进 行时钟补偿，使之与主单元同步，piconet释放后，补偿亦取消，但可存储起来以便再用。一条 普通的piconet信道的单元数量为8（1主7从），可保证单元间有效寻址和大容量

10、通信。实际 上，一个piconet中互联设备的数量是没有限制的，只不过在同一时刻只能激活8个，其中1个 为主，7个为从。蓝牙系统建立在对等通信基础上，主从任务仅在piconet生存期内有效，当piconet 取消后，主从任务随即取消。每一单元皆可为主/从单元，可定义建立piconet的单元为主单元。 除定义piconet外，主单元还控制piconet的信息流量，并管理接入。蓝牙给每个piconet提供 特定的跳转模式，因此它允许大量的piconet同时存在，同一区域内多个piconet的互联形成了 分散网。不同的piconet信道有不同的主单元，因而存在不同的跳转模式。蓝牙系统可优化到在同一区域中有数十个piconet运行，而没有明显的性能下降。蓝牙时隙连接 采用基于包的通信，使不同piconet可互联。欲连接单元可加入到不同piconet中，但因无线信 号只能调制到单一跳频载波上，任一时刻单元只能在一 piconet中通信。通过调整piconet信道 参数（即主单元标志和主单元时钟），单元可从一piconet跳到另一 piconet中，并可改变任务。 例如某一时刻在piconet中的主单元，另一时刻在另一 piconet中为从单元。由于主单元参数标 示了 piconet信道的跳转模式，因此一单元不可能在不同的piconet中都为主单元。跳频选择机 制应设计成允