原创 蓝牙 (Bluetooth) 技术的基础

   这次我们来谈谈技术成熟的蓝牙技术, 主要将从它的特点, 系统构成, 特别是物理层方面来讨论一下这个技术, 最后也稍微谈一下蓝牙技术的发展. <?xml:namespace prefix = o ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:office" />

一. 蓝牙的规格

规格有1.0b, 1.0b+CE, 1.1, 2.0+EDR, 2.1+EDR5个规格

表1 bluetooth 各个版本

二. 特点

1. Class的概念

　Class1-3, 随着电波强度增强, 通信距离也变强. 根据香农定理, 发送功率越强, 在相等的带宽和通信速度的情况下, 可通信距离也越远.

2. 数据通信和话音通信同时进行

蓝牙和其他的通信方式不同, 它在诞生之初就支持数据通信和话音通信. 数据通信用ACL(Asynchronous Connection Less)链接, 这是packact交换型的传输方式, 支持1对多通信.

话音通信用SCO( Synchronous Connection Oriented)链接, 它通过图1中链路管理协议层来设定通信message通信, 所以其实感觉就是有点预约制的味道, 一个网络里, 同时最多支持3个SCO链路. 通过两个不通的链路层, 两者可分别同时进行通信.

下图为蓝牙技术的协议层,

<?xml:namespace prefix = v ns = "urn:schemas-microsoft-com:vml" />

图1 蓝牙协议

3. 网络的构成

蓝牙网络有master 和Slave构成, 多台终端可与主机同时通信: 最大7台终端可与主机通信.这种网络称为Piconet, 网络里, 只能主机和终端间相互通信, 终端之间不能通信.

4. 较强的电波抗干扰性能

由于蓝牙使用的是2.4G通用频段, 所以如何抗干扰也是它诞生之初的一个课题, 它采用了跳频扩展功能(FH-SS), 在1秒分成1600个区间(每个区间 625us), 在n个channel(每个ch带宽1MHz) 之间切换,  蓝牙可使用的频带可总共分为79个channel.

 图2 FH-SS信号传输示意图 (上图为625us间隔看到的波形, 下图为1s内观测到的波形)

为什么采用这种方式呢? 首先频率不断的跳变, 所以大大减少了其他电波的干扰, 其次, 采用Hopping方式可实现低功率工作.

三, 系统构成

图3 蓝牙系统图

CSR公司推出的BlueCore7, 大小仅3.2mm*3.6mm. 支持Bluetooth v2.1＋EDR, 并且支持蓝牙低功耗规格, 带有eGPS功能和FM接发送功能, 接收敏感度达到-110dBm, 最大输出达+4.5dBm, 利用这个功能, 可以方便实现在驾车的时候, 将MP3的音乐传输到汽车音响播放.

带有相似功能的模块,其他公司也有产品推出, 比如Broadcom公司今年最新推出了BCM2048. 通过ARM制的CPU核心, 可以切换GPS,蓝牙各个模块电路的工作.

四, 蓝牙技术的改进

作为2.4GHz频带技术的一员, 由于应用市场的广阔, 蓝牙从一开始被赋予了很大的期待, 早些年阻碍蓝牙发展的3大因素: 芯片价格, 功耗, 传输速度. 现在随着集成度的不断提高, 芯片的价格和尺寸都有了大大的降低, 将生活中很多有线的东西转换为无线. 至于功耗, 已经有 Bluetooth Low Energy 无线标准推出. 信号传输功耗分为Peak, Average, Idle模式

具体标准又分为”双模模式”和”单模模式”2类, 单模模式的集成度非常高, 使蓝牙的成本大大降低, 比如普通的CR2032纽扣电池, 就可以驱动数月等. 双模模式一般应用在手机, 电脑等设备. 降低功耗, 除了在便携性上带来优势外, 个人觉得还有另外一个优点: 安全性.

这也是早些年伴随着工程师的难题, 比如hotspot现象和Window现象. 前者指无线设备靠人的大脑过近, 大脑可能会产生头痛的现象.而后者指某个特定的频率信号流过大脑时, 脑细胞的钾离子可能流失. 今后随着功耗不断降低, 无线设备对人体的安全性将大大提高.

本文系原创文章, 其中文章中的图都来源于网络, 转载请先和作者联系