蓝牙技术原理

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哈拉尔德 蓝莓 爱立信公司
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蓝牙系统的组成
天线发射功率符合 FCC 关于 ISM 波段的要求。 -发射功率：100mW -跳频速率：1600 跳/秒 描述了链路控制器，实现 了基带协议和其他的底层 连接规程 - 媒体接入控制(MAC) -差错控制 -认证与加密
系统组成
蓝牙规范是为个人区域内的 无线通信制定的协议，它包 括两部分： 核心（Core） 部分和协议子集（Profile） 部分。协议栈仍采用分层结 构，分别完成数据流的过滤 和传输,跳频和数据帧传输, 连接的建立和释放,链路的控 制,数据的拆装等功能。
3Mbps的PSK调制传输是采用循环差分相位编码的八进制键控方式 (8DPSK)。每个码元代表3比特信息。对于π/4-DQPSK和8DPSK调 制方式，支持EDR的蓝牙设备不具有强制性要求。只有在条件允许 和环境比较好的环境下使用。
频率范围和信道
蓝牙系统工作在2.45GHz的不要授权的工业、医疗免费ISM频段， 所以它必须和其他无线通信标准共用频段，比如WLAN。不同的国家 使用不同的频带，在北美和欧洲使用79个间隔为1MHz的频道，载频 为2402+kMHz(k=0,1,...,78); 日本、法国、西班牙使用23个间隔为1MHz的频道，载频分别 2473+kMHz,2454+kMHz,2449+kMHz(k=0,1,，22)。信道由在79个 或者23个RF信道中跳变的PN跳变序列识别。
此图的横坐标表示的是时间信息，也可以说是数据比特信息，我们 可以很清楚的看到前导接入码、数据包头和数据载荷部分。纵轴表 示的是载波偏离的程度，当数据比特为1是表示偏差157Hz,为0时 表示式负的157Hz
（二）π/4-DQPSK和8DPSK EDR模式下的一个重要的特点就是数据内的调制方式改变了。接入码 （accesscode）和分组头（packetheader）通过BR模式的1Mbps的 GFSK调制方式来传输，而后面的同步序列、净荷以及尾序列通过 EDR模式的PSK调制方式来传输。2Mbps的PSK调制传输是采用π/4 循环差分相位编码的四进制键控方式。每个码元代表2比特信息。
跳频技术是把频带分成若干个跳频信道（hop channel），在一次 连接中，无线电收发器按一定的码序列（即一定的规律，技术上叫做 “伪随机码”，就是“假”的随机码）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。 与其它工作在相同频段的系统相比，蓝牙跳频更快，数据包更短， 这使蓝牙比其它系统都更稳定。跳频是蓝牙使用的关键技术之一。蓝 牙在建链时(包括寻呼和查询)调频速率提高为3,200跳每秒。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。
蓝牙技术的特点
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2.4-2.4835GHz。
全球范围 适用
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 皮网（Piconet）时，其中 只有一个主设备，其余的 均为从设备。
同时传输 语音数据
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 语音信道以及异步数据与同步语 音同时传输的信道。
（一）GFSK 蓝牙使用称为0.5BT高斯频移键（GFSK）的数字频率调制技术 实现彼此间的通信。也就是说把载波上移157kHz代表“1”，下 移157kHz代表“0”，速率为100万符号(或比特)/秒，然后用 “0.5”将数据滤波器的-3dB带宽设定在500kHz，这样可以限制 射频占用的频谱。
蓝牙是一种支持设备短距离通信（一般是 10m之内）的低功耗、低成本无线电技术。பைடு நூலகம்在 包括移动电话、PDA、无线耳机、笔记本电脑、 相关外设等众多设备之间进行无线信息交换。 它利用短程无线链路取代专用电缆，不但免去 相互之间连接的麻烦，而且便于人们在室内或 户外流动操作。具有广泛的应用前景，正受到 全球各界的广泛关注。
蓝牙设备在通信连（Connection） 状态下，有四种工作模式：激活 （Active）模式，呼吸（Sniff）模 式保持（Hold）模式，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。
链路管理器（LM）软件实现 链路的建立认证及链路配置等 -通过连接管理协议（LMP） 建立通信联系。 - LM 利用链路控制器（LC） 提供的服务实现上述功能。
蓝牙网络拓扑结构 蓝牙调制方式
频率范围和信道
跳频技术
（一）微微网 微微网（Piconet）：是由采用蓝牙技术的设备以特定方式组成 的网络。微微网的建立是由两台设备的连接开始，最多由8台设 备构成。所有的蓝牙设备都是对等的，以同样的方式工作。然 而，当一个微微网建立时，只有一台为主设备，其他均为从设 备，而且在一个微微网存在期间将一直维持这一状况 （二）散射网 散射网络（Scatternet）：是由多个独立、非同步的微微网形成 的。它靠跳频顺序识别每个微微网。同一微微网所有用户都与 这个跳频顺序同步。
可建立临时 对等连接
蓝牙技术 特点
近距离通信
蓝牙技术通信距离为10m,可根 据需要扩展至100m，以满足不同 设备的需要。
蓝牙采用了跳频 （Frequency Hopping）方式 来扩展频谱，抵抗来自这些 设备的干扰。 提供了认证和加密功能， 以保证链路级的安全。
很好的抗干扰 能力和安全性
功耗低 体积小