手机的蓝牙功能相互间传递信息是什么原理
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发布时间：2022-04-24 09:14
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时间：2022-06-18 11:00
2．技术特点：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，无须申请许可证；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1个异步数据通道或3个并发的同步话音通道，或1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64kb/s的同步话音；异步通道支持最大速率为721kb/s、反向应答速率为57.6kb/s的非对称连接，或者是432.6kb/s的对称连接。
3．协议：
（1）建立连接
在微微网建立之前，所有设备都处于就绪状态。在该状态下，未连接的设备每隔1.28s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。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，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时，常使用保持方式。监听方式和休眠方式是另外两种低功耗工作方式。蓝牙基带技术支持两种连接方式：面向连接（SCO）方式，主要用于语音传输；无连接（ACL）方式，主要用于分组数据传输。
（2）差错控制
基带控制器采用3种检错纠错方式：1/3前向纠错编码（FEC）；2/3前向纠错编码；自动请求重传（ARQ）。
（3）认证与加密
认证与加密服务由物理层提供。认证采用口令－应答方式，在连接过程中，可能需要一次或两次认证，或者无需认证。认证对任何一个蓝牙系统都是重要的组成部分，它允许用户自行添加可信任的蓝牙设备，例如，只有用户自己的笔记本电脑才可以通过用户自己的手机进行通信。蓝牙安全机制的目的在于提供适当级别的保护，如果用户有更高级别的保密要求，可以使用有效的传输层和应用层安全机制。
（4）软件结构
蓝牙设备应具有互操作性，对于某些设备，从无线电兼容模块和空中接口，直到应用层协议和对象交换格式，都要实现互操作性；对另外一些设备（如头戴式设备等）的要求则宽松得多。蓝牙计划的目标就是要确保任何带有蓝牙标记的设备都能进行互换性操作。软件的互操作性始于链路级协议的多路传输、设备和服务的发现，以及分组的分段和重组。蓝牙设备必须能够彼此识别，并通过安装合适的软件识别出彼此支持的高层功能。互操作性要求采用相同的应用层协议栈。不同类型的蓝牙设备对兼容性有不同的要求，用户不能奢望头戴式设备内含有地址簿。蓝牙的兼容性是指它具有无线电兼容性，有语音收发能力及发现其它蓝牙设备的能力，更多的功能则要由手机、手持设备及笔记本电脑来完成。为实现这些功能，蓝牙软件构架将利用现有的规范，如OBEX、vCard/vCalendar、HID（人性化接口设备）及TCP/IP等，而不是再去开发新的规范。设备的兼容性要求能够适应蓝牙规范和现有的协议。
4．优点：蓝牙传输是通过RF（2.4GHZ）载波进行的，因此它具有电磁波的基本特征，有较大的功率，可以增加传送距离，而且没有角度及方向性*，具有穿墙性，可在物体之间反射、镜设、绕射。蓝牙主要用于短距离传输（最多10米）数据和语音（1Mbps），功耗非常低能，同时能连接许多元件，传输速度快。
5．劣势：蓝牙成本很高；RF技术容易受频率干扰；穿墙特点对资料安全性的保护设定问题；蓝牙起步比较晚，目前还没有一个明确、统一的标准，相容性问题尚未能解决。
蓝牙的名字来源于10世纪丹麦国王Harald Blatand－英译为Harold Bluetooth(因为他十分喜欢吃蓝梅,所以牙齿每天都带着蓝色)。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限技术发展的讨论后，有些人认为用Blatand国王的名字命名再合适不过了。Blatand国王将现在的挪威，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，保持着个各系统领域之间的良好交流,例如计算，手机和汽车行业之间的工作。名字于是就这么定下来了。
因此，顾名思义蓝牙的概念是：具体地说，蓝牙是一种采用RF射频（RadioFrequency）技术的短距离、单点对多点的语音与数据信息传输交换标准。其数据传输率为1Mbps，该技术的通信距离为10cm～10m，如果增加信号放大装置，其通信的距离可以扩展到100m，并且可以绕过非金属障碍物体。蓝牙工作在2.4GHz的工业/科学/医学用无线电波段，该波段不受各个国家无线电管理部门的*，因此，它具有全球推广价值。同目前在笔记本电脑等设备中采用红外无线传输IrDA技术相比，蓝牙具有传输距离长、没有传输角度、不受障碍物干扰等特点.
蓝牙历史简介
蓝牙是一种支持设备短距离通信（一般是10m之内）的无线电技术。能在包括移动电话、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。蓝牙的标准是IEEE802.15，工作在2.4GHz 频带，带宽为1Mb/s。
“蓝牙”（Bluetooth）原是一位在10世纪统一丹麦的国王，他将当时的瑞典、芬兰与丹麦统一起来。用他的名字来命名这种新的技术标准，含有将四分五裂的局面统一起来的意思。蓝牙技术使用高速跳频（FH，Frequency Hopping）和时分多址（TDMA，Time DivesionMuli—access）等先进技术，在近距离内最廉价地将几台数字化设备（各种移动设备、固定通信设备、计算机及其终端设备、各种数字数据系统，如数字照相机、数字摄像机等，甚至各种家用电器、自动化设备）呈网状链接起来。蓝牙技术将是网络中各种外围设备接口的统一桥梁，它消除了设备之间的连线，取而代之以无线连接。
蓝牙是一种短距的无线通讯技术，电子装置彼此可以透过蓝牙而连接起来，省去了传统的电线。透过芯片上的无线接收器，配有蓝牙技术的电子产品能够在十公尺的距离内彼此相通，传输速度可以达到每秒钟1兆字节。以往红外线接口的传输技术需要电子装置在视线之内的距离，而现在有了蓝牙技术，这样的麻烦也可以免除了。
蓝牙（Bluetooth）是由东芝、爱立信、IBM、Intel和诺基亚于1998年5月共同提出的近距离无线数字通信的技术标准。 其目标是实现最高数据传输速度1Mb/s（有效传输速度为721kb/s）、最大传输距离为10米，用户不必经过申请便可利用2.4GHz的ISM（工业、科学、医学）频带，在其上设立79个带宽为1MHz的信道，用每秒钟切换1600次的频率、滚齿方式的频谱扩散技术来实现电波的收发。
蓝牙技术的优势：支持语音和数据传输；采用无线电技术，传输范围大，可穿透不同物质以及在物质间扩散；采用跳频展频技术，抗干扰性强，不易窃听；使用在各国都不受*的频谱，理论上说，不存在干扰问题；功耗低；成本低。蓝牙的劣势：传输速度慢。 蓝牙的技术性能参数：有效传输距离为10cm~10m，增加发射功率可达到100米，甚至更远。收发器工作频率为2.45GHz ，覆盖范围是相隔1MHz的79个通道（从2.402GHz到2.480GHz ）。数据传输技术使用短封包，跳频展频技术，1600次/秒，防止偷听和避免干扰；每次传送一个封包，封包的大小从126~287bit；封包的内容可以是包含数据或者语音等不同服务的资料。数据传输带宽为同步连接可达到每个方向32.6Kbps，接近于10倍典型的56kb/s Modem的模拟连接速率，异步连接允许一个方向的数据传输速率达到721kb/s，用于上载或下载，这时相反方向的速率是57.6kb/s；数据传输通道为留出3条并发的同步语音通道，每条带宽64kb/s；语音与数据也可以混合在一个通道内，提供一个64kb/s同步语音连接和一个异步数据连接。网络连接使用加密技术，同时采用口令验证连接设备，可同时与其他7个以内的设备构成蓝牙微网（Piconet ），1个蓝牙设备可以同时加入8个不同的微网，每个微网分别有1Mb/s的传输频宽，当2个以上的设备共享一个Channel时，就可以构成一个蓝牙微网，并由其中的一个装置主导传输量，当设备尚未加入蓝牙微网时，它先进入待机状态。
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时间：2022-06-18 11:00
2 蓝牙的技术特点
蓝牙技术利用短距离、低成本的无线连接替代了电缆连接，从而为现存的数据网络和小型的外围设备接口提供了统一的连接。它具有许多优越的技术性能，以下介绍一些主要的技术特点。
2.1 射频特性
蓝牙设备的工作频段选在全世界范围内都可以自由使用的2.4GHz的ISM（工业、科学、医学）频段，这样用户不必经过申请便可以在2400～2500MHz范围内选用适当的蓝牙无线电收发器频段。频道采用23个或79个，频道间隔均为1MHz，采用时分双工方式。调制方式为BT= 0.5的GFSK，调制指数为0.28～ 0.35。蓝牙的无线发射机采用FM调制方式，从而能降低设备的复杂性。最大发射功率分为三个等级，100mW(20dBm)，2.5mW(4dBm)，1mW(0dBm)，在4～20dBm范围内要求采用功率控制，因此，蓝牙设备之间的有效通讯距离大约为10～100m。
2.2 TDMA结构
蓝牙的数据传输率为1Mb/s，采用数据包的形式按时隙传送每时隙0.625μs 。蓝牙系统支持实时的同步定向联接和非实时的异步不定向联接，蓝牙技术支持一个异步数据通道，3个并发的同步语音通道或一个同时传送异步数据和同步语音通道。每一个语音通道支持64KB/S 的同步语音，异步通道支持最大速率为721KB/S，反向应答速度为57.6KB/s的非对称连接，或者是速率为432.6KB/S的对称连接。
2.3 使用跳频技术
跳频是蓝牙使用的关键技术之一。对应单时隙包，蓝牙的跳频速率为1600跳/秒；对于多时隙包，跳频速率有所降低；但在建链时则提高为3200跳/秒。使用这样高的调频速率，蓝牙系统具有足够高的抗干扰能力，且硬件设备简单、性能优越。
2.4 蓝牙设备的组网
蓝牙根据网络的概念提供点对点和点对多点的无线连接，在任意一个有效通讯范围内，所有的设备都是平等的，并且遵循相同的工作方式。基于TDMA原理和蓝牙设备的平等性，任一蓝牙设备在主从网络（Piconet）和分散网络（Scatternet）中，既可作主设备（Master），又可作从设备(Slaver)，还可同时既是主设备（Master），又是从设备(Slaver)。因此在蓝牙系统中没有从站的概念，另外所有的设备都是可移动的，组网十分方便。
2.5 软件的层次结构
和许多通讯系统一样，蓝牙的通讯协议采用层次式结构，其程序写在一个9mm× 9mm的微芯片中。其底层为各类应用所通用，高层则视具体应用而有所不同，大体分为计算机背景和非计算机背景两种方式，前者通过主机控制接口HCI（Host Control Interface）实现高、低层的连接。后者则不需要HCI。层次结构使其设备具有最大的通用性和灵活性。根据通讯协议，各种蓝牙设备无论在任何地方，都可以通过人工或自动查询来发现其它蓝牙设备，从而构成主从网和分散网，实现系统提供的各种功能，使用起来十分方便。
3 蓝牙系统的功能模块
蓝牙系统的基本功能模块如图1所示。它的功能模块包括天线单元、链路控制器、链路管理、软件功能。
3.1 无线技术规范
蓝牙天线属于微带天线，蓝牙无线接口是基于常规无线发射功率0dbm设计的，符合美国联通讯委员会（FCC）的ISM频段的规定。扩展频谱技术的应用使得功率可增至100dbm，可满足不同国家的需要。在日本、西班牙、法国，由于当地规定的频段相对较窄，可用内部软件来转换实现。
3.2 基带技术规范
基带描述了设备的数字信号处理部分，即蓝牙链路控制器，它完成基带协议和其它底层的链路规程。主要包括以下几个方面：
（1）网络连接的建立。
（2）链路类型和分组类型。
链路类型决定了哪种分组模式能在特定的链路上使用，蓝牙基带技术支持两种链路类型：即同步面向连接类型SCO（主要用于语音）和异步非连接类型ACL（主要用于分组数据）。
（3）纠错
基带控制器采用3种纠错方式：1/3速率前向纠错编码（FEC）、2/3速率前向纠错编码（FEC）、对数据的自动请求重传（ACL）。
（4）鉴权和加密
蓝牙基带部分在物理层为用户提供保护和信息保密机制。鉴权基于"请求一响应"运算法则。鉴权是蓝牙系统中的关键部分，它允许用户为个人的蓝牙设备建立一个信任域，比如只允许主人自己的笔记本电脑通过主人自己的移动电话通信。加密被用来保护连接的个人信息。密钥由程序的高层来管理。网络传送协议和应用程序可以为用户提供一个较强的安全机制。
3.3 链路管理协议
链路管理（LM）软件模块携带了链路的数据设置、鉴权、链路硬件配置和其它一些协议。LM能够发现其它远端LM并通过LMP（键路管理协议）与之通信。LM模块提供如下服务：
（1）发送和接收数据。
（2）请求名称。
（3）链路地址查询。
（4）建立连接。
（5）鉴权。
（6）链路模式协商和建立。
（7）决定帧的类型。
（8）将设备设为sniff模式。master只能有规律地在特定的时隙发送数据。
（9）将设备设为hold模式。工作在hold模式的设备为了节能在一个较长的周期内停止接收数据，平均每激活一次链路，这由LM定义，LC（链路控制器）具体操作。
（10）当设备不需要传送或接收数据但仍需保持同步时将设备设为暂停模式。处于暂停模式的设备周期性地激活并跟踪同步，同时检查page消息。
（11）建立网络连接。
3.4 软件（协议）单元
蓝牙基带协议结合电路开关和分组交换机，适用于语音和数据传输。Bluetooth软件构架规范要求与Bluetooth相顺从的设备支持基本水平的互操作性。这种顺从水平由不同的应用来决定。
蓝牙设备需要支持一些基本互操作特性要求。对某些设备，这种要求涉及到无线模块、空中协议以及应用层协议和对像交换格式。Bluetooth1.0标准由两个文件组成。一个叫FoundationCore，它规定的是设计标准。另一个叫FoundationProfile，它规定的是相互运作性准则。蓝牙设备必须能够彼此识别并装载与之相应的软件以支持设备更高层次的性能。
蓝牙的软件（协议）单元是一个独立的操作系统，不与任何操作系统*，软件（协议）结构需有如下功能：
（1）设置及故障诊断工具；
（2）能自动识别其它设备；
（3）取代电缆连接；
（4）与外设通信；
（5）音频通信与呼叫控制；
（6）商用卡的交易与号簿网络协议。
4 蓝牙系统的应用
蓝牙技术广泛应用于各种电话系统、无线电缆、无线公文包、各类数字电子设备、电子商务等领域。
跳线和TDMA等技术的应用使得蓝牙的射频电路较为简单，通讯协议的大部分内容可以用专用集成电路和软件来实现，因此从技术上保证了蓝牙设备的高性能和低成本。
以摩托罗拉蓝牙解决方案为例，摩托罗拉在先进射频技术方面素有经验。摩托罗拉蓝牙解决方案可利用UART、RS-232、USB或SPI连接主处理器，而主处理器可通过这些接口处理蓝牙协议上的堆栈及主控制器的接口等功能；而这个蓝牙解决方案则负责执行下堆栈（主控制器接口、链路管理程序协议、基带及射频）其余的功能。并采用摩托罗拉的MCORETM32位精简指令集运算（SISC）处理器内核，内含一个高度灵活的外围设备集，适用于多种不同的嵌入式蓝牙应用方案。
图2为一个采用摩托罗拉解决方案用于蜂窝式电话的例子。通用异步收发器是连接蜂窝式电话基带处理器与摩托罗拉解决方案的接口，而SSI则为语音通讯提供支持。
