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蓝牙技术

蓝牙Baseband技术


一、蓝牙数据链路类型

蓝牙协议规定了两种物理链路:异步无连接链路ACL(Asynchronous Connectionless)和同步面向连接链路SCO(Synchronous Connection Oriented)。ACL链路主要用于对时间不是非常敏感但是对数据完整性要求较高的数据传输,如文件传输等;SCO链路主要用于对时间敏感性要求很高但是对完整性要求不是很高的数据通信,如语音;它们有着各自的特点、性能与收发规则。

1.1 ACL链路

ACL链路在主从设备间以分组交换(Packet-Switched)方式进行数据传输,既可以支持同步链接,也可以支持异步链接;一对主从设备只能建立一条ACL链路;ACL链路通过分组重传的机制来保证通信的可靠性;由于是分组交换,在没有数据通信时,对应的ACL链路就保持静默;ACL链路可以是对称连接也可以是非对称连接。微微网中的主设备可以与每个与之相连的从设备都建立一条ACL链路。由于其纠错和重传机制可以保证所传输的数据的正确性,ACL链路一般是用来传输数据,也可以用来传输语音、图像,甚至视频等,传输语音主要应用在对时效性要求不高的应用场合,比如立体声音频输出。

ACL链路的收发规则:主设备在主-从时隙内发送含有接收从设备的逻辑地址(001~111)的ACL分组;在随后的从-主ACL时隙内,从设备发送ACL数据分组到主设备;如果从设备从接收到的主-从ACL分组头中未能解析到从设备地址,或者解析到与自身不匹配的地址,那么它就不能在紧跟的从-主ACL时隙发送ACL数据分组;ACL链路允许广播发送数据,此时主-从ACL分组头的从设备地址被设为(000),微微网中每一个接收到广播数据分组的从设备都可以接受并读取,但不做响应。

1.2 SCO链路

SCO链路在主设备预留的SCO时隙内传输,因而可以看作电路交换(Circuit-Switched);SCO分组不能进行重传操作,因而一般用于像语音这样的实时性很强的数据传输。

要建立SCO链路,必须首先建立ACL链路;一个主设备在微微网中最多可以同时支持3条SCO链路(这3条SCO链路可以与同一从设备建立,也可以与不同从设备建立);一个从设备最多可以与同一主设备同时建立3条SCO链路,或者与不同主设备建立2条SCO链路。

SCO链路的收发规则:在预留的主-从SCO时隙内,主设备向从设备发送SCO分组,该分组头包含了应该做出响应的激活从设备地址。在紧跟的从-主SCO时隙内,对应的从设备向主设备发送SCO分组。与ACL分组不同的是,即使从设备未能从接收到的分组头解析出从设备地址,也允许在其在预留的SCO时隙内返回SCO分组。

二、蓝牙基带分组

2.1基带分组的基本格式

蓝牙标准协议采用了分组(包)的传输方式:将信息分组打包,将时间划分为时隙,分组包按照时隙进行发送。在蓝牙基带协议中规定了分组的编码序列遵循图2.6的一般格式;每一分组由接入码(Access Code)、分组头(Header)和有效载荷(Payload)三部分组成,每个部分所占的位数如图2.6所示。

图 2.6 蓝牙数据分组格式

接入码分为三种设备接入码DAC(Device Access Code)、信道接入码CAC(Channel Access Code)和查询接入码IAC(Inquiry Access Code);接入码主要用于时序同步、偏移补偿、寻呼和查询等过程。接入码运行模式及用途如表2.2所示。

分组头包含了链路控制信息,其长度为18位,经过1/3速率FEC编码形成54位的头序列;对每位信息采用了三位重复编码,这是一种比较简单的纠错码方式;在分组头中规定了分组的类型,其中能够进行信息传输的是ACL分组和SCO分组;而适用于数据传输的是ACL分组,该分组采用分组交换的方式,进行异步传输;在蓝牙2.0+EDR协议中定义了七种ACL数据分组,分别为DH1、DM1、DH3、DM3、DH5、DM5、AUX;SCO分组采用电路交换方式,进行同步传输,该分组不包括循环冗余检测(CRC)码,而且不允许重传,目前主要用于64kbps的语音传输。

表 2.2 接入码的运行模式及用途

如果接入码之后有分组头信息,则长度为72位;它主要用于同步、DC补偿平衡和识别,对于至关重要的接入地址单元采用(64,30)BCH编码和64位PN码异或而成;该编码的最小汉明码离为14,具有极强的纠错能力。

净荷部分因分组类型不同采用不同的编码方式,对于DM分组不仅有CRC,还有2/3码率的FEC编码,2/3 FEC方案采用了一种(15,10)简明汉明码表示方式,其生成多项式为g(D)=(D+1)(D4+D+1);将10位信息代码之后以五位零补足之后,除以该多项式得到的五位余数就是其监督码,放于十位的信息代码之后,成为15位代码字;该代码字能够在各代码字中纠正一位错误和检测两位错误,其有效信息率为2/3;而对于DH数据分组只进行十六位的CRC校验,生成的多项式为g(D)=D16+D12+D5+1,生成的CRC码可以捕捉一位错、二位错以及具有奇数个错的全部错误,可以捕捉突发错误长度小于十六的全部错误、长度为十七的突发错误的99.998%、长度为18以上的突发错误的99.997%。

2.2基带分组的数据传输格式

蓝牙特别兴趣小组(SIG)于2004年发布的蓝牙核心规范(Bluetooth CoreSpecification)Version2.0+EDR(增强数据速率)提高了数据传输速率(最高支持3Mbps的数据传输率,比当前1Mbps的标准提高了3倍)并降低了功耗;蓝牙2.0+EDR新规范可以与1.2版本的蓝牙规范兼容,由于增加了带宽,新规范提高了设备同时连接多个蓝牙设备与同时进行多项任务处理的能力,并能够传输较大的数据文件,其位错误率(BER)也进一步降低;具体格式如图2.7所示。新规范增加了6种新的ACL分组格式:2-DH1、2-DH3、2-DH5、3-DH1、3-DH3、3-DH5,其中2-DH与3-DH类型分组与DH类型分组格式基本相似,但载荷部分分别使用π/4-DQPSK(相对四相相移键控)与8DPSK(八相差分相移键控)调制方式。

图 2.7 蓝牙基带分组的数据增强格式

三、蓝牙链路控制器状态

蓝牙链路控制器主要包括七种子状态:待机(Standby)、连接(Connecting)两种主状态及寻呼(Page Scan)、查询(Inquiry)、查询扫描(Inquiry Scan)、主响应(Master Response)、从响应(Slave Response)和查询响应(Inquiry Response)。其各种状态及其关系如图2.8所示。

图 2.8 蓝牙链路控制器状态图

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