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蓝牙核心技术(一)—— 蓝牙概述

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发表于 2015-4-11 21:04:55 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 zhjrdz 于 2015-4-11 22:43 编辑

一、名称由来
        蓝牙这个名称来自于第十世纪的一位丹麦国王哈拉尔蓝牙王,哈拉尔蓝牙王Blatand 在英文里的意思可以被解释为 Bluetooth( 蓝牙 )因为国王喜欢吃蓝莓,牙龈每天都是蓝色的所以叫蓝牙。
        在行业协会筹备阶段,需要一个极具有表现力的名字来命名这项高新技术。行业组织人员,在经过一夜关于欧洲历史和未来无线技术发展的讨论后,有些人认为用Blatand国王的名字命名再合适不过了。Blatand国王将挪威,瑞典和丹麦统一起来;他的口齿伶俐,善于交际,就如同这项即将面世的技术,技术将被定义为允许不同工业领域之间的协调工作,保持着各个系统领域之间的良好交流,例如计算机,手机和汽车行业之间的工作。


二、发展历史
        1994年爱立信公司研发;
        1997年爱立信联系其他设备生产商;
        1998年二月,诺基亚、苹果、三星组成的一个特殊兴趣小组SIG(Special Interest Group);
        1998年5月,爱立信、诺基亚、东芝、IBM和英特尔公司等五家著名厂商,联合开发;
        1999年下半年,微软、摩托罗拉、三星、朗讯等主流设备商广泛推广蓝牙技术应用;
        2006年10月13日,Bluetooth SIG(蓝牙技术联盟)发展到200多家联盟成员公司以及约6000家应用成员企业。



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 楼主| 发表于 2015-4-11 21:06:40 | 显示全部楼层
三、版本信息  
蓝牙共有六个版本V1.1/1.2/2.0/2.1/3.0/4.0  版本信息下载连接:
1、V1.1版本
        传输率约在748~810kb/s,因是早期设计,容易受到同频率之产品所干扰下影响通讯质量。
2、V1.2版本
        同样是只有748~810kb/s 的传输率,但在加上了(改善 Software)抗干扰跳频功能。
3、V2.0+EDR版本
        是 1.2 的改良提升版,传输率约在1.8M/s~2.1M/s,开始支持双工模式——即一面作语音通讯,同时亦可以传输档案/高质素图片,2.0 版本当然也支持 Stereo 运作。
        应用最为广泛的是Bluetooth2.0+EDR标准,该标准在2004年已经推出,支持Bluetooth 2.0+EDR标准的产品也于2006年大量出现。虽然Bluetooth 2.0+EDR标准在技术上作了大量的改进,但从1.X标准延续下来的配置流程复杂和设备功耗较大的问题依然存在。
4、V2.1版本
        更佳的省电效果:蓝牙2.1版加入了SniffSubrating的功能,透过设定在2个装置之间互相确认讯号的发送间隔来达到节省功耗的目的。
5、V3.0+HS版本
        2009年4月21日,蓝牙技术联盟(Bluetooth SIG)正式颁布了新一代标准规范"Bluetooth Core Specification Version 3.0 High Speed"(蓝牙核心规范3.0版 ),蓝牙3.0的核心是"GenericAlternate MAC/PHY"(AMP),这是一种全新的交替射频技术,允许蓝牙协议栈针对任一任务动态地选择正确射频。最初被期望用于新规范的技术包括802.11以及UMB,但是新规范中取消了UMB的应用。
6、V4.0 版本
        蓝牙4.0包括三个子规范,即传统蓝牙技术、高速蓝牙和新的蓝牙低功耗技术。蓝牙 4.0的改进之处主要体现在三个方面,电池续航时间、节能和设备种类上。拥有低成本,跨厂商互操作性,3毫秒低延迟、100米以上超长距离、AES-128加密等诸多特色此外,蓝牙4.0的有效传输距离也有所提升。3.0版本的蓝牙的有效传输距离为10米(约 32英尺),而蓝牙4.0的有效传输距离最高可达到100米(约328英尺)。
四、蓝牙的技术特点
        简单地说,蓝牙是一种短程宽带无线电技术,是实现语音和数据无线传输的全球开放性标准。它使用跳频扩谱(FHSS)、时分多址(TDMA)、码分多址(CDMA)等先进技术,在小范围内建立多种通信与信息系统之间的信息传输。
1、Bluetooth的主要技术特点:
(1)、工作频段:2.4GHz的工科医(ISM)频段,无需申请许可证。大多数国家使用79个频点,载频为(2402+k)MHz(k=0,1, 2…78),载频间隔1MHz。采用TDD时分双工方式。
(2)、传输速率:1Mb/s(V2.0以上版本吗)
(3)、调试方式:BT=0.5的GFSK调制,调制指数为0.28-0.35。
(4)、采用跳频技术:跳频速率为1600跳/秒,在建链时(包括寻呼和查询)提高为3200跳/秒。蓝牙通过快跳频和短分组技术减少同频干扰,保证传输的可靠性。
(5)、语音调制方式:连续可变斜率增量调制(CVSD,ContinuousVariable Slope Delta Modulation),抗衰落性强,即使误码率达到4%,话音质量也可接受。
(6)、支持电路交换和分组交换业务:蓝牙支持实时的同步定向联接(SCO链路)和非实时的异步不定向联接(ACL链路),前者主要传送语音等实时性强的信息,后者以数据包为主。语音和数据可以单独或同时传输。蓝牙支持一个异步数据通道,或三个并发的同步话音通道,或同时传送异步数据和同步话音的通道。每个话音通道支持64kbps的同步话音;异步通道支持723.2/57.6kbps的非对称双工通信或433.9kbps的对称全双工通信。
(7)、支持点对点及点对多点通信:蓝牙设备按特定方式可组成两种网络:微微网(Piconet)和分布式网络(Scatternet),其中微微网的建立由两台设备的连接开始,最多可由八台设备组成。在一个微微网中,只有一台为主设备(Master),其它均为从设备(Slave),不同的主从设备对可以采用不同的链接方式,在一次通信中,链接方式也可以任意改变。几个相互独立的微微网以特定方式链接在一起便构成了分布式网络。所有的蓝牙设备都是对等的,所以在蓝牙中没有基站的概念。
(8)、工作距离:蓝牙设备分为三个功率等级,分别是:100mW(20dBm)、2.5mW(4dBm)和1mW(0dBm),相应的有效工作范围为:100米、10米和1米。




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 楼主| 发表于 2015-4-11 21:07:47 | 显示全部楼层
五、Bluetooth的系统构成

1、无线射频单元(Radio):负责数据和语音的发送和接收,特点是短距离、低功耗。蓝牙天线一般体积小、重量轻,属于微带天线。
2、基带或链路控制单元(LinkController):进行射频信号与数字或语音信号的相互转化,实现基带协议和其它的底层连接规程。
3、链路管理单元(LinkManager):负责管理蓝牙设备之间的通信,实现链路的建立、验证、链路配置等操作。
4、蓝牙软件协议实现:如上图紫色部分,这个后面我们做详细说明。
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 楼主| 发表于 2015-4-11 21:08:55 | 显示全部楼层
六、蓝牙协议规范
传输协议、中介协议、应用协议;
1、传输协议
        负责蓝牙设备间,互相确认对方的位置,以及建立和管理蓝牙设备间的物理链路;
        底层传输协议:
        蓝牙射频(Radio)部分、基带链路管理控制器(Baseband&Link Controller)、链路管理协议(Link ManagerProtocol LMP)。负责语言、数据无线传输的物理实现以及蓝牙设备间的联网组网。
        高层传输协议:
        
逻辑链路控制与适配器(LogicalLink Control and Adaptation Protocol)L2CAP 、主机控制接口(HostControl Interface,HCI)。为高层应用屏蔽了跳频序列选择等底层传输操作,为高层程序提供有效、有利于实现数据分组格式。
2、中介协议
    为高层应用协议或者程序,在蓝牙逻辑链路上工作提供必要的支持,为应用提供不同标准接口。
     串口仿真协议:RFCOMM、服务发现协议:SDP、互操作协议IrDA、网络访问协议:PPP、IP、TCP、UDP、电话控制协议:TCS、AT指令集。

3、应用协议
      蓝牙协议栈之上的应用软件和所涉及到的协议,如:拨号上网、语言功能的应用程序。
蓝牙的应用框架如下:
(1)、通用应用类框架:查询、建立连接服务等;
(2)、蓝牙电话应用类框架:电话控制、语言;
(3)、蓝牙连网应用类框架:网络应用相关;
(4)、对象交互服务类框架:IrDA、OBEX;
(5)、蓝牙音视频控制类框架。

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 楼主| 发表于 2015-4-11 21:10:26 | 显示全部楼层
七、硬件接口
一般蓝牙芯片通过UART、USB、SDIO、I2S、PcCard和主控芯片通信。如下图所示,通过UART和主控芯片通信。



八、Bluetooth的应用
蓝牙应用在手机上。
蓝牙应用在掌上电脑上。
蓝牙应用于其它数字设备,如数字照相机、数字摄象机等。  
篮牙技术构成的电子钱包和电子锁。
篮牙系统嵌入微波炉、洗衣机、电冰箱、空调机等传统家用电器。

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