蓝牙技术及应用(含基带分组结构介绍)

1、第第3章章 蓝牙技术及应用蓝牙技术及应用 3.1蓝牙技术简介蓝牙技术简介 蓝牙设备功率等级蓝牙设备功率等级 输出功率等级输出功率等级一类一类二类二类三类三类 最大输出功率100mW(20dBm) 2.5mW(4dBm)1mW(0dBm) 最小输出功率1mW(0dBm)0.25mW(- 6dBm) - 传输距离100m10m10m 功率控制要求+4 +20dBm(必有) -30+4dBm( 可选) -30 +4dBm(可选) -30 +4dBm(可选) 3.1蓝牙技术简介蓝牙技术简介 蓝牙技术的应用蓝牙技术的应用 n 电缆替代(cable replacement)： n 替代PC机与打印机、鼠标

2、、扫描仪、投影仪等外设的连接电 缆， n 无线互连PDA、移动电话以及PC机等 n Ad hoc个人无线网络 n 短距离区域内不同用户的ad hoc网络互连 n 只要进入范围内，一个配备蓝牙的设备能与另一个无线电设 备即时连接 n 数据与语音接入点 n 采用蓝牙作为AP，从而与蜂窝网络、有线连接或卫星链路所 提供的广域语音和数据服务相连 连接计算机以及其他外部设备连接计算机以及其他外部设备 支持自组织网络支持自组织网络 构建家庭网络构建家庭网络 运动中的连接运动中的连接 三星T628 3.2 蓝牙技术基带与链路控制器规范蓝牙技术基带与链路控制器规范 规范 定义了载波频率和输出功率 主要处理空中

3、数据的接收和发送 特点 低功率 传输距离为10米 2.4GHz的ISM 79个信道，1MHz （2402 to 2480 MHz ） 跳频扩频技术 收发器的能量分3级 1级：100mW，强制功率控制 2级：2.5mW，功率控制可选 3级：1mW 基带层基带层基本功能基本功能 执行跳频 实现介质访问 定义了物理链路 定义了packet格式 3.2 蓝牙技术基带与链路控制器规范蓝牙技术基带与链路控制器规范 n 蓝牙设备地址蓝牙设备地址 (BD_ADDR) 48-bit IEEE 802 address（全球唯一，见图3-3） n 激活设备激活设备 地址地址 (Active Member Addre

4、ss： AM_ADDR) 3-bit active slave address 全0代表广播地址 n 休眠设备地址休眠设备地址 (Parked Member Address：PM_ADDR) 8-bit parked slave address 3.3.蓝牙设备的寻址蓝牙设备的寻址 3.2.1蓝牙基带概述蓝牙基带概述 主设备（Master Unit）： 某台设备的时钟和跳频序列用于同步其他设备，称为主设 备 只能是一个微微网的主设备，可以是其他微微网的从设备 可实施呼叫和连接建立过程 从设备（Slave Unit）： 除主设备以外的设备，为从设备 一个微微网的从设备可以是另一个微微网的主设备

5、连接建立被分配一个临时的3比特成员地址 主设备和从设备的角色可以互换，互换后是另一个 新的微微网 3.2.1蓝牙基带概述蓝牙基带概述 4.设备、微微网和散射网 3.2.1蓝牙基带概述蓝牙基带概述 Piconet的组成 1个Master节点控制跳频通信的同步 7个Slave active节点 3-bit Active Member address (AM_ADDR) 255个非活跃Parked节点 保持与master的同步 没有AM_ADDR 8-bit Parked Member Address (PM_ADDR) 所有的用户均用同一跳频序列同步 4.设备、微微网和散射网 3.2.1蓝牙基带概

6、述蓝牙基带概述 4.设备、微微网和散射网 微微网Piconet 3.2.1蓝牙基带概述蓝牙基带概述 时间和空间层叠的多个piconets组成一个散射网 几个masters链接到同一个slave 一个master可以是另一个网络的slave 4.设备、微微网和散射网 3.2.1蓝牙基带概述蓝牙基带概述 散射网scatter net 4.设备、微微网和散射网 3.2.2 蓝牙物理链路蓝牙物理链路 SCO ( synchronous connection oriented)链路 是点到点的连接，类似电路交换 具备双向对称性，主设备在周期性的保留时隙上维 持SCO 传输速率为 64Kbps 主设备可与

7、一个或多个从设备建立多达3个SCO链路； 一个从设备也与多个主设备建立SCO（最多3条） Full-duplex通信 ACL (asynchronous connectionless)链路 是点到多点的连接，类似分组交换 主设备可以利用SCO未被占用的时隙建立ACL 支持对称连接和不对称连接 一对主从设备之间只有1条ACL 分别对应1-slot、3-slot、5-slot分组 正向最大速率：723.3Kbps (5-slot) 反向最大速率：57.6Kbps 只有被主设备轮询的从设备才能发送ACL数据 Half-duplex通信 3.2.2 蓝牙物理链路蓝牙物理链路 Half-duplex通信

8、（ACL） 一次往一个方向发送 不对称最大速率723.3kbps，反向为57.6kpbs 对称速率双向发送，每个方向可达433.9kpbs Full-duplex通信（SCO） 可同时双向发送 速率64Kbps 使用M预留的slot（避免同步和冲突） 没有为SCO链路预留的Slot可用于ACL链路 3.2.2 蓝牙物理链路蓝牙物理链路 MASTER SLAVE 1 SLAVE 2 SLAVE 3 ACLSCOSCOSCOSCOACLACLACL Mixed Link Example 3.2.2 蓝牙物理链路蓝牙物理链路 蓝牙分组结构和分组类型蓝牙分组结构和分组类型 72 bits54 bits

9、0 - 2744 bits Access Code Heade r Payload 每个分组由三部分组成：接入码、头部、负载每个分组由三部分组成：接入码、头部、负载 Control packets Data/voice packets Voicedata HV1 HV2 HV3 DV DM1 DM3 DM5 DH1 DH3 DH5 有两种分组类型：控制分组、数据有两种分组类型：控制分组、数据/语音分组语音分组 ID* Null Poll FHS DM1 3.2.3 蓝牙基带分组蓝牙基带分组 接入码接入码 72 bits Access Code 54 bits0 - 2744 bits Head

10、erPayload 接入码有三种类型： CAC(channel access code):用于标识一个微微网 DAC(device access code):用于寻呼等特殊信令过程 IAC (inquiry access code):用于查询，发现其他的蓝 牙设备 ID分组( )：由DAC或IAC组成，用于寻呼、探询、 响应 AM_ADDR TYPE FLOW ARQN 表示处于表示处于active状态的从设备状态的从设备 表示表示16种类型的分组种类型的分组 ACLACL上的流量控制，上的流量控制，1 1表示发送端发送、表示发送端发送、0 0表示发送端停止发送表示发送端停止发送 0 0表示表

11、示NAKNAK，1 1表示表示ACKACK，表示负载传送正确性确认，表示负载传送正确性确认 parameter information AM_ADDRHEC 3 18 FLOW 1 ARQN 1 SEQN TYPE 4 SEQN每发送一个新的分组就翻转一次每发送一个新的分组就翻转一次 HEC校验码以检查头部的正确性校验码以检查头部的正确性 头部头部 72 bits54 bits0 - 2744 bits Access Code HeaderPayload 1/3FEC 有效负载有效负载 72 bits54 bits0 - 2744 bits DataVoiceCRC header Access

12、 Code HeaderPayload 在负载中要区分语音（同步）字段和数据（异步）字段： ACL分组仅包含数据字段，包含3部分：负载头、负载 体和CRC校验码（AUX1例外） SCO分组包含语音字段，语音字段长度固定为240比特 0000 0001 0010 0011 NULL POLL FHS DM1 0100 0101 01100110 0111 HV1HV1 HV2 HV3 DV1000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1111 typeACL linkSCO link NULL POLL FHS DM1 DH1 DM3 DH3 DM5 DH5 AUX1 分

13、组类型（分组类型（1） 在16种分组中，有4种是公共的，另外 12种根据SCO和ACL不同链路而不同。 公共分组 NULL分组：仅包含 CAC（信道接入码）和 分组头，没有负载。NULL分组将链路信息返 回给发送端。NULL分组无需确认。 POLL分组：主设备轮询一个从设备，POLL 分组没有负载字段，需要接收端的确认。 FHS分组：是一种特别的控制分组，他宣 告发端的设备地址和时钟信息，以实现跳频 同步。FHS的结构比较复杂，限于篇幅不作 介绍。 DM1分组：该分组仅携带数据信息，负载 包含18个信息字节和16比特的CRC校验码， 然后用速率为23的FEC保护（即每10个信 息比特附加5个校

14、验比特）。 Null Poll FHS DM1 0000 0001 0010 0011 NULL POLL FHS DM1 0100 0101 01100110 0111 HV1HV1 HV2 HV3 DV1000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1111 typeACL linkSCO link NULL POLL FHS DM1 DH1 DM3 DH3 DM5 DH5 AUX1 分组类型（分组类型（2） Sco分组 在sco链路上传送，不采用CRC校验和重传机 制，通常用于传送64Kbps的语音语音信号。 HV1分组：HV代表High quality Voice

15、，每 二个时隙HV1分组必须发送一次 HV2分组：HV2分组携带20个字节的信息，采 用速率为23的FEC。每四个时隙HV2分组必须 发送一次 HV3分组：HV3分组携带30个字节的信息，没 有采用FEC。每六个时隙HV3分组必须发送一次。 DV分组：DV分组是数据和语音的混合，负载 由80比特的语音字段和最多150比特的数据字 段组成。语音处理和数据处理是独立的。 HV1 HV2 HV3 DV 72 bits54 bits240 bits Access Code HeaderPayload 语音（语音（80bit）1/3FEC 0000 0001 0010 0011 NULL POLL FH

16、S DM1 0100 0101 01100110 0111 HV1HV1 HV2 HV3 DV1000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1111 typeACL linkSCO link NULL POLL FHS DM1 DH1 DM3 DH3 DM5 DH5 AUX1 分组类型（分组类型（3）ACL分组 在acl链路上传送，可以用来传送控制信息 和数据信息。 DH1分组：与DM1分组类似，但是负载数据 不经过FEC (Forward Error Correction：前向纠 错) DM3分组：可以占用3个时隙，负载可包含 123个信息字节加16比特的CRC校验码

17、加 2/3FEC DH3分组：与DM3类似，但负载不采用FEC。 DH3可以携带185字节的信息加16比特的CRC 校验码。 DM5分组：可以占用5个时隙，负载可包含 226个信息字节加16比特的CRC校验码加 2/3FEC。 DH5分组；与DM5类似，但负载不采用FEC。 DH5可以携带341字节的信息加16比特的CRC 校验码。 AUX1分组：可以携带30个信息字节,无CRC 和FEC编码。 DM1 DM3 DM5 DH1 DH3 DH5 DM1 DH1 DM3 DH3 DM5 DH5 108.8 172.8 258.1 390.4 286.7 433.9 108.8 172.8 387.2 585.6 477.8 723.2 108.8 172.8 54.4 86.4 36.3 57.6 typesymmetricasymmetric ACL连接中数据传送数率连接中数据传送数率 (kb/s) 3.2.4 3.2.4 蓝牙基带纠错机制蓝牙基带纠错机制 FEC支持：支持： 1/3 rate，被用于分组首部、HV1分组中的语音字段 2/3 rate