蓝牙技术的原理和应用

1 、

一、杂谈

蓝牙组织

蓝牙技术大约在20世纪90年代后期始发于公司，目前该技术处于蓝牙专业组的领导之下，该机构由、、、、、、、和等大公司所组成。

今天的蓝牙专业组已经拥有了超过1400个成员，是增长最快的专业组织之一。

Bluetooth由来

公元940-985年，哈洛德.布美塔特(Harald Blatand)，后人称Harald Bluetooth，统一了整个丹麦。他的名字“Blatand”可能取自两个古老的丹麦词语。“bla”意思是黑皮肤的，而“tan”是伟人的含义。和许多君王一样，哈洛德四处扩张，为政治、经济和荣誉而征战。公元960年哈洛德到达了他权力的最高点，征服了整个丹麦和挪威。 SIG(Special Interest Group)就联想到10世纪的哈洛德国王，为自己的无线技术取了“蓝牙”(Bluetooth)的名字。在今天来看，用这个似乎古怪的名字来体现和映衬SIG希望统一无线技术领域的雄心壮志

微微网

蓝牙系统既可以实现点对点连接也可以实现一点对多点连接。在一点对多点连接的情况下，信道由几个蓝牙单元分享。两个或者多个分享同一信道的单元构成了所谓的微微网（piconet ）。一个微微网中存在1个主单元和最多可达7台的活动从单元。这些设备可以处在以下几个状态情况下：active（活动）、park（暂停）、hold（保持）和sniff（呼吸）。多个相互覆盖的微微网形成了所谓的分布网（scatternet）。

蓝牙的结构和运行

蓝牙系统由无线电单元、链路控制单元、链路管理支持单元以及主机终端接口所组成。

工作频率：2.4 GHz ISM （工业、科学和医疗）频段。 通讯距离：<100m

功率等级：Class I, Class II, Class III

调制方式：时分复用TDD和高斯频移键控GFSK 通讯方式：全双工

二、协议

电路交换和分组交换技术.

蓝牙无线电

无线调制解调器

射频调制

蓝牙控制器集成电路

控制器实现了基带协议及其功能。在收信端它执行错误检测和归一化功能。链路控制器硬件实现了基本的、重复性的寻呼、查询、寻呼扫描和查询扫描等功能。它还向主机系统提供了USB以及音频编解码接口。控制结构如下：

无线电频带和信道

国家和地区

欧洲和美国频率范围2400 -2483.5 MHzRF频道f = 2402 + k MHz

f = 2473 + k MHz

f = 2449 + k MHz

f = 2454 + k MHzk = 0,....,78日本西班牙法国2471 -2497 MHz2445 -2475 MHz2446.5 -2483.5 MHzk = 0,....,22k = 0,....,22k = 0,....,22

频道由伪随机调频序列的79个或者23个RF频道所代表。调频序列对

微微网而言是唯一的并且由主单元的蓝牙设备地址所决定；调频序列的

相位则由主单元的蓝牙时钟决定。频道被划分为时隙，每个时隙的长度

为625微秒，每个时隙对应一个RF跳频。名义上的跳频速度是1600 hops/s。微微网中的所有蓝牙单元针对频道计时和进行跳频同步。

发送器和接收器

发送器采用高斯频移键控GFSK方法

调制

调制索引

BT

位速率

调制数据

频率精度GFSK0.32 +/-1%0.5 +/-1%1Mbps +/-1 ppmPRBS9+/-1 ppm正向频率偏移表示二进制的1

蓝牙设备根据发送器的输出功率可以划分为三种功率类型。功率控制器即根据设备的功率需要来限制和优化输出功率。

功率类型

1

2

3最大输出功率100 mW (20 dBm)2.5 mW (4 dBm)1 mW (0 dBm)最小输出功率1 mW (0 dBm)0.25 mW (-6 dBm)N/A

实际的灵敏级别在原始位错误率BER达到0.1 % 的输入级时定义。

蓝牙接收器要求实际灵敏度达到-70 dBm或者更好

逻辑信道

蓝牙有五种逻辑信道，他们可以用来传输不同类型的信息。

LC（控制信道）

LM（链路管理）信道用于链路层，

UA、UI和US信道则用于携带异步、类异步和同步用户信息。

蓝牙编址4种基本类型的设备地址

BD_ADDR

AM_ADDR

PM_ADDR

AR_ADDR248位长的蓝牙设备地址（IEEE802标准）。该地址划分为LAP（24位地址低端部分）、UAP（8和NAP（16位无意义地址部分）。3位长的活动成员地址。所有的0信息AM_ADDR都用于广播消息。8位长的成员地址，分配给处于暂停状态的从单元使用。访问请求地址（access request address）被暂停状态

的从单元用来确定访问窗口内从单元—主单元半时隙，通

过它发送访问消息。

标准数据包