蓝牙技术主要面向网络中各类数据及语音设备(如PC、拨号网络、笔记本电脑、打印机、数码相机、移动电话和高品质耳机等),通过无线方式将它们连成一个微微网(Piconet),多个微微网之间也可以互连形成分布式网络(Scatternet),从而方便、快速地实现各类设备之间的通信。它是实现语音和数据无线传输的开放性规范, 是一种低成本、短距离的无线连接技术。其无线收发器是很小的一块芯片,大约有9mm×9mm,可方便地嵌入到便携式设备中,从而增加设备的通信选择性。 蓝牙技术实现了设备的无连接工作,提供了接入数据网的功能,并且具有外围设备接口,可以组成一个特定的小网。蓝牙技术的特点包括:采用跳频技术,抗信号衰落;采用快跳频和短分组技术,减少同频干扰,保证传输的可靠性;采用前向纠错(FEC)编码技术,减少远距离传输时的随机噪声影响;使用2.4GHz的ISM频段,无需申请许可证;采用FM调制方式,降低设备的复杂性。该技术的传输速率设计为1MHz,以时分方式进行全双工通信,其基带协议是电路交换和分组交换的组合。一个跳频频率发送一个同步分组,每个分组占用一个时隙,也可扩展到5个时隙。蓝牙技术支持一个异步数据通道,或3个并发的同步话音通道,或一个同时传送异步数据和同步话音的通道。每一个话音通道支持64kbps的同步话音;异步通道支持最大速率721kbps、反向应答速率为57.6kbps的非对称连接,或者是432.6kbps的对称连接。
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蓝牙系统的基本术语 |
* 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(如便携式电脑和蜂窝电话)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。 |
* 分布式网络(Scatternet):是由多个独立、非同步的微微网形成的。 |
* 主设备(Master unit):在微微网中,如果某台设备的时钟和跳频序列用于同步其他设备,则称它为主设备。 |
* 从设备(Slave unit):非主设备的设备均为从设备。 |
* MAC地址(MAC address):用3比特表示的地址,用于区分微微网中的设备。 |
* 休眠设备(Parked units):在微微网中只参与同步,但没有MAC地址的设备。 |
* 监听及保持方式(Sniff and Hold mode):指微微网中从设备的两种低功耗工作方式。
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一、 网络拓扑结构 |
蓝牙系统支持点对点以及点对多点通信。几个相互独立、以特定方式连接在一起的微微网构成分布式网络,各微微网由不同的跳频序列来区分。在同一微微网中,所有的用户均用同一跳频序列同步。
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二、 话音 |
话音采用连续可变斜率调制(CVSD)编码方式,其分组不重传。CVSD方式抗衰落性强,即使在误比特率达到4%时,其话音质量也可接受。
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三、 功能单元 |
蓝牙系统的功能单元包括以下几个部分: |
1.无线射频单元 |
蓝牙系统的天线发射功率符合FCC关于ISM波段的要求。由于采用扩频技术,发射功率可增加到100mW。系统的最大跳频速率为1600跳/秒,在2.402GHz到2.480GHz之间,采用79个1MHz带宽的频点。系统的设计通信距离为0.1米到10米,如果增加发射功率,这一距离也可以达到100米。
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2.连接控制单元 |
连接控制单元(即基带)描述了数字信号处理的硬件部分--链路控制器,它实现了基带协议和其他的底层连接规程。 |
1 网络建立 |
在微微网建立之前,所有设备都处于就绪(STANDBY)状态。在该状态下,未连接的设备每隔1.28秒监听一次消息,设备一旦被唤醒,就在预先设定的32个跳频频率上监听信息。跳频数目因地区而异,但32个跳频频率为绝大多数国家所采用。 |
连接进程由主设备初始化。如果一个设备的地址已知,就采用页信息(Page message)建立连接;如果地址未知,就采用紧随页信息的查询信息(Inquiry message)建立连接。查询信息主要用来查询地址未知的设备(如公用打印机、传真机等),它与页信息类似,但需要附加一个周期来收集所有的应答。在初始页状态(PAGE state),主设备在16个跳频频率上发送一串相同的页信息给从设备,如果没有收到应答,主设备就在另外的16个跳频频率上发送页信息。主设备到从设备的最大时延为两个唤醒周期(2.56秒),平均时延为半个唤醒周期(0.64秒)。 |
在微微网中,无数据传输的设备转入节能工作状态。主设备可将从设备设置为保持方式(HOLD mode),此时,只有内部定时器工作;从设备也可以要求转入保持方式。设备由保持方式转出后,可以立即恢复数据传输。连接几个微微网或管理低功耗器件(如温度传感器)时,常使用保持方式。监听方式(SNIFF mode)和休眠方式(PARK mode)是另外两种低功耗工作方式。在监听方式下,从设备监听网络的时间间隔增大,其间隔大小视应用情况由编程确定;在休眠方式下,设备放弃了MAC地址,仅偶尔监听网络同步信息和检查广播信息。各节能方式依电源效率高低排列为:休眠方式→保持方式→监听方式。
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蓝牙基带技术支持两种连接方式: |
* 面向连接(SCO)方式:主要用于话音传输; |
* 无连接(ACL)方式:主要用于分组数据传输。 |
在同一微微网中,不同的主从设备可以采用不同的连接方式,在一次通信中,连接方式可以任意改变。每一连接方式可支持16种不同的分组类型,其中控制分组有4种,是SCO和ACL通用的分组,两种连接方式均采用时分双工(TDD)通信。SCO为对称连接,支持限时话音传送,主从设备无需轮询即可发送数据。SCO的分组既可以是话音又可以是数据,当发生中断时,只有数据部分需要重传。ACL是面向分组的连接,它支持对称和非对称两种传输流量,也支持广播信息。在ACL方式下,主设备控制链路带宽,负责从设备带宽的分配;从设备依轮询发送数据。
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2 差错控制 基带控制器采用3种检纠错方式: |
* 1/3前向纠错编码(FEC); |