蓝牙4.0及应用.doc

一、蓝牙4.0技术特点
1.1蓝牙的技术特性
设备结构原理是把一块小且功耗低的无线电收发芯片嵌入到传统电子设备中。蓝牙芯片包括无线电收发器和链路控制器(LC)。无线收发器是蓝牙设备的核心，使用的无线电频段在ISM2.4GHZ到2.48GHZ之间。控制连接包括两部分：软件连接——链路管理器(LM)和硬件——链路控制器(LC)。LM执行链路设置、监权、配置；负责连接、建立和拆除链路并进行安全控制。LC实现数据发送和接受。逻辑LC和适应协议具有完成数据拆装、控制服务质量和复用协议的功能，该层协议是其它各层协议实现的基础。

（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。调制方式为时分双工方式。调制指数为04.210435。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信距离大约为10~100m。
（2）跳频技术
跳频技术是将整个频带分成若干跳频信道，即使在单一链接的情况下，蓝牙芯片所操控的收发器也会按照一定的码序列（即具有规律性的、技术上称为“伪随机码”的数码集）不断地从一个信道“跳”转到另一个信道。而接收方亦按照同样的跳转规律进行信道切换，这实际上属于一种硬件加密手段，除非第三方掌握了发收双方的切换信道规律，那么从理论上来讲是无法获得完整信息的。而对干扰来说不可能存在按同样的规律介入的干扰源，跳频的瞬时带宽很窄，但通过扩展频谱技术使这个窄带宽成百倍地扩展成宽频带，使被干扰的可能变得很小，如此便可以保证传送的完整性。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。
（3）微微网和散射网
当两个蓝牙设备成功建立连接后，一个微微网便形成了，两者之间的通讯通过无限电波在信道中随即跳转而完成，蓝牙给每个微微网提供特定的跳转模式，因此它允许大量的微微网同时存在，同一区域内多个微微网的互联相成的分散网。微微网包含一个共享的信道，其成员通过这个信道进行通信。这个信道由一个明确的跳频序列组成，微微网的成员以同步的方式跟踪跳频序列，跳频序列由主设备来控制。不同的微微网信道有不同的主单元，因而存在不同的跳转模式。

为了连接8个以上的活跃的设备，必须建立多个微网，然后连接每个微网的主设备，这个联合结构就是散射网。散射网在空间和时间上交叠。一个微网中的从设备可以是多个微网的从设备，也可以是另一个微网的主设备，这样就使微网之间通信成为可能。因为只有79个频点，所以一个散射网最多只有10个微网。

（4）软件的层次结构
和许多通信系统一样，蓝牙的通信协议采用层次式结构，其程序写在一个8mm*8mm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（HostControlInterface）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。根据通信协议，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他蓝牙设备，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。

1.2蓝牙4.0的技术细节
2009年12月，蓝牙技术联盟(BluetoothSpecialInterestGroup,SIG)首度先行推出蓝牙4.0版本，并在2010年底，于西雅图正式公布蓝牙核心规格4.0版本的相关数据，蓝牙4.0版本将过去三种蓝牙规格，包括传统蓝牙技术、蓝牙低功耗技术及蓝牙高速技术
等三种规格合而为一。除此之外，蓝牙4.0版本可以让设计者选择将距离优化至200英尺以上。
（1）数据传输（DataTransfers）
蓝牙4.0技术支持很短的资料封包（8octet～27octet），其传输速度高达1Mbps。所有连接均采用先进的嗅探性次额定功能模式，以实现超低的负载循环（dutycycle）。
（2）2.跳频（FrequencyHopping）
蓝牙4.0技术和其他版本的蓝牙技术一样都是使用调节性跳频，以尽量减少2.4GHzISM波段其他技术的干扰。此技术还允许高效的多路径优势增加链路预算，从而加大射程。
（3）主机控制（HostControl）
蓝牙4.0技术设计的高智