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1、蓝牙1.1标准改进设备协同工作 蓝牙技术展现给人们的是一种全新的商业模式：通过无线连接毫不费力就可与同事交换商业信用卡、文件和其它信息，或让人们建立属于自己的个人网络，把他们的PC连接到手持设备、移动电话、打印机、扫描仪、传真机和复印机等。新的Bluetooth1.1（蓝牙1.1）标准使这些都成为现实提供了保障。 在此之前的Bluetooth1.0b虽然定义了详细的功能，但缺乏严格的实施准则，使这个标准的关键部分协同工作能力出现了隐患，最终导致Bluetooth1.0b未能完全履行其当初的承诺，而且由于协同工作能力问题的不断出现，也阻碍了更广泛地实施。显而易见，如果厂商A的Bluetooth电
2、话不能与厂商B的BluetoothPC卡正常工作，那么厂商C的Bluetooth打印机也一定畅销不了。 对此，在Bluetooth1.1中提出了相应的措施，其中最重大的改进就是验证。为安全起见，一般来说蓝牙设备之间的通信都要进行加密。当两个蓝牙设备之间建立连接时，首先要做的事情之一就是交换密钥以确认对方的身份。如果密钥不匹配，这两个设备就不能对话。而是否能生成正确的密钥取决于设备之间的最终关系，首先启动对话的设备称为主设备，另一个设备称为从设备。在Bluetooth1.0b中，连接对话启动时，两个设备争夺主从地位的竞争就陷入了矛盾的状态，虽然它们都能执行一定的算法生成密钥，但密钥是不一样的，而
3、且由于时机的原因，往往会出现问题。也就是说，如果在启动对话时，从设备处理信息的速度大于主设备，那么这种竞争就会导致误将从设备当成主设备，在这种错误基础上，设备之间当然不会生成匹配的密钥。Bluetooth1.1非常明确地定义了设备验证所需的各个步骤，彻底纠正了这个问题。它要求每个设备必须明确承认（或协调）首先启动对话的设备，从而确认自己在主从关系上的角色。另一个与协同工作能力相关的问题就是频率。Bluetooth设备将通用的2.4GHz频段分为79个跳频信道，使用一种称做跳频扩频的技术来传输数据。这样主设备与从设备必须在2.4GHz上下保持同步以维护它们的连接，如果不能在相同时刻同时到达跳频点
4、，就会失去通信。少数国家，如法国、日本、西班牙等将2.4GHz作为非商业目的频段，例如军事通信等，为适应这些国家的需要，Bluetooth1.0b定义了第二种跳频数，将2.4GHz频段分为23个跳频信道。工作在这两种不同跳频数的设备是互不兼容的。为解决这个问题，蓝牙特别兴趣工作组与这些使用23个跳频信道的国家协商，最终也使用79个跳频信道设备，这样所有的Bluetooth1.1设备都使用79个跳频信道在2.4GHz频段上进行通信。 不兼容的数据格式也是阻碍Bluetooth1.0b设备协同工作能力的问题之一。Bluetooth支持的通道数多达每个包5个，使其最大的数据传输率为每信道720kbp
5、s。但并不是所有的Bluetooth设备都支持每个包5个通道，如果一个主设备发送的通道数超出了从设备的支持范围，那么通信就会失败。在Bluetooth1.0b中，从设备不能告诉主设备通信时能使用多少个通道。但Bluetooth1.1改变了这种局面，使从设备可以根据实际情况告诉主设备应该发送多少个通道/包，还可以将包的大小等信息随时反馈给主设备。Bluetooth1.1标准已经在今年上半年制定完成，一些1.1的兼容产品也已经问世。微微网蓝牙（Bluetooth）这个技术名称来源于公元900年左右古代丹麦统治者“HaraldBluetooth”的名字，这位君王在位期间统治了丹麦和挪威的大部分地区。
6、和古代的那位“蓝牙”相比，今天的蓝牙势将统治全球大多数家庭从日本到欧洲或者美国都会采用蓝牙技术来改变人们的生活。蓝牙系统既可以实现点对点连接也可以实现一点对多点连接。在一点对多点连接的情况下，信道由几个蓝牙单元分享。两个或者多个分享同一信道的单元构成了所谓的微微网（piconet）。一个微微网中存在1个主单元和最多可达7台的活动从单元。这些设备可以处在以下几个状态情况下：active（活动）、park（暂停）、hold（保持）和sniff（呼吸）。多个相互覆盖的微微网形成了所谓的分布网（scatternet）。蓝牙的结构和运行蓝牙系统由无线电单元、链路控制单元、链路管理支持单元以及主机终端接口
7、所组成。蓝牙运行在2.4 GHz ISM （工业、科学和医疗）频段。蓝牙无线电波根据天线的传送能力可以实现从10米（家庭）到100米（机场候机大厅）范围内的无线通信。依赖于设备的类型，蓝牙无线电可以传输最高100 毫瓦（20 dBm）最低1 毫瓦（0 dBm）的功率。 蓝牙采用跳频技术抑制干扰、降低信号衰减，使用时分复用TDD和高斯频移键控GFSK （Gaussian Frequency Shift Keying）调制实现全双工数据传输。蓝牙协议采用了电路交换和分组交换技术。信道被划分为时隙，时隙则可以预留给同步数据包。 蓝牙协议栈支持针对数据的异步无连接（ACL）链路和针对语音的多达三条同步
8、定向（SCO）链路，此外蓝牙还支持异步数据和同步语音的组合链路，即所谓的DV分组类型。各种语音信道都支持64 Kb/s双向同步信道。异步信道则支持最高723.2 Kb/s上行链路和57.6 Kb/s下行链路（反之亦然）或者433.9 Kb/s对等链路。协议栈主要由作为物理层的基带以及链路层的链路管理器和控制器所组成。更上层的协议接口取决于这些层次所实现的方式以及应用程序的使用.协议栈主要由物理层协议基带（Baseband）和链路层协议LMP和位于上层的适应层协议L2CAP组成，更上层协议通过该层和蓝牙协议栈中的低层协议交互。无线电结构蓝牙无线电（Bluetoothradio）作为蓝牙设备的一部
9、分为其提供电气接口，设备通过该接口，采用经过调制的载波频率和无线承载业务（CDMA、GSM和DECT等）传输数据包。设备采用的无线通信频率位于2.4 GHz ISM （工业、科学和医用频率）频段，该频段只需要很小的高效天线、优良的芯片级RF前端（LNA，上行转换器和下行转换器）、电源控制器、GFSK调节器和一个起收发器作用的发送/接收开关即可正常工作。在本文的以下部分，我们就会参考SiliconWave.Com开发的蓝牙无线调制解调器和控制器讨论一下蓝牙无线电的结构，以上的这两种设备采用了经过绝缘硅（SOI）BICMOS工艺处理的两种芯片。蓝牙无线调制解调器集成电路无线调制解调器执行GFSK调
10、制和解调、符号和帧时序恢复等功能。调制解调器在一个芯片上即包含了完整的集成无线收发器以及跳频合成器。该无线单元基本上如下图所示：蓝牙控制器集成电路控制器实现了基带协议及其功能。在收信端它执行错误检测和归一化功能。链路控制器硬件实现了基本的、重复性的寻呼、查询、寻呼扫描和查询扫描等功能 。它还向主机系统提供了USB以及音频编解码接口。控制其结构如下所示：无线电频带和信道如前所述，蓝牙无线电运行于2.4 GHz ISM频带。在这个频带上，美国和欧洲只能使用其中的 83.5 MHz可用频段，其中定义了相隔1 MHz的 79个RF频道。日本、西班牙和法国只能使用间隔1 MHz的23个RF频道。国家和地
11、区频率范围RF频道欧洲和美国2400 - 2483.5 MHzf = 2402 + k MHzk = 0,.,78日本2471 - 2497 MHzf = 2473 + k MHzk = 0,.,22西班牙2445 - 2475 MHzf = 2449 + k MHzk = 0,.,22法国2446.5 - 2483.5 MHzf = 2454 + k MHzk = 0,.,22频道由伪随机调频序列的79个或者23个RF频道所代表。调频序列对微微网而言是唯一的并且由主单元的蓝牙设备地址所决定；调频序列的相位则由主单元的蓝牙时钟决定。频道被划分为时隙，每个时隙的长度为625微秒，每个时隙对应一个
12、RF跳频。名义上的跳频速度是1600 hops/s。微微网中的所有蓝牙单元针对频道计时和进行跳频同步。发送器和接收器需求发送器采用高斯频移键控GFSK（Gaussian Frequency Shift Keying）技术，也就是说，一个二进制的1由正向频率偏移表示，而一个二进制的0则由负向频率偏移表示。蓝牙调制信号的定义如下所示：调制GFSK调制索引0.32 +/- 1%BT0.5 +/- 1%位速率1Mbps +/- 1 ppm调制数据PRBS9频率精度+/- 1 ppm蓝牙设备根据发送器的输出功率可以划分为三种功率类型。功率控制器即根据设备的功率需要来限制和优化输出功率。功率类型最大输出功
13、率最小输出功率1100 mW (20 dBm)1 mW (0 dBm)22.5 mW (4 dBm)0.25 mW (-6 dBm)31 mW (0 dBm)N/A实际的灵敏级别在原始位错误率BER达到0.1 % 的输入级时定义。蓝牙接收器要求实际灵敏度达到-70 dBm或者更好。蓝牙基带基带基带就是蓝牙的物理层，它负责管理物理信道和链路中除了错误纠正、数据处理、调频选择和蓝牙安全之外的所有业务。基带在蓝牙协议栈中位于蓝牙无线电之上，基本上起链路控制和链路管理的作用，比如承载链路连接和功率控制这类链路级路由等。基带还管理异步和同步链路、处理数据包、寻呼、查询接入和查询蓝牙设备等。基带收发器采用
14、时分复用TDD方案（交替发送和接收），因此除了不同的跳频之外（频分），时间都被划分为时隙。在正常的连接模式下，主单元会总是以偶数时隙启动，而从单元则总是从奇数时隙启动（尽管他们可以不考虑时隙的序数而持续传输）。ACL和SCO链路基带可以处理两种类型的链路：SCO（同步连接）和ACL（异步无连接）链路。SCO链路是微微网中单一主单元和单一从单元之间的一种点对点对称的链路。主单元采用按照规定间隔预留时隙（电路交换类型）的方式可以维护SCO链路。SCO链路携带语音信息。主单元可以支持多达三条并发SCO链路，而从单元则可以支持两条或者三条SCO链路。SCO数据包永不重传。SCO数据包用于64 kB/s
15、语音传输。ACL链路是微微网内主单元和全部从单元之间点对多点链路。在没有为SCO链路预留时隙的情况下，主单元可以对任意从单元在每时隙的基础上建立ACL链路，其中也包括了从单元已经使用某条SCO链路的情况（分组交换类型）。只能存在一条ACL链路。对大多数ACL数据包来说都可以应用数据包重传。逻辑信道蓝牙有五种逻辑信道，他们可以用来传输不同类型的信息。LC（控制信道）和LM（链路管理）信道用于链路层，而UA、UI和US信道则用于携带异步、类异步和同步用户信息。蓝牙编址蓝牙有4种基本类型的设备地址：BD_ADDR48位长的蓝牙设备地址（IEEE802标准）。该地址划分为LAP（24位地址低端部分）、UAP（8位地址高端部分）和NAP（16位无意义地址部分）。AM_ADDR3位长的活动成员地址。所有的0信息AM_ADDR都用于广播消息。PM_ADDR8位长的成员地址，分配给处于暂停状态的从单元使用。AR_ADDR访问请求地址（access request address）被暂停状态的从单元用来确定访问窗口内从单元主单元半时隙，通过它发送访问消息。24816LAPUAPNAP蓝牙数据包微微网信道内的数据都是通过数据包传输的。通常的数据包格式如下所示：标准的蓝牙数据包ACCESS CODE 72HEADER 54P
