蓝牙规范系列--经典蓝牙概述（第一篇）

一、目的

        从本篇开始介绍经典蓝牙的基础知识，内容较多故会分成多篇进行介绍。

        经典蓝牙（BR/EBR）射频（物理层PHY）工作在免授权的2.4G ISM频段（2400 - 2483.5 MHz），使用跳频技术来对抗干扰和衰弱，基本速率使用整形二进制频率调制（高斯频移键控GFSK）降低收发器的复杂度，增强速率使用PSK调制方式（π/4-DQPSK/8DPSK）;符号速率都是1Msyms/s，空中速率分别为1Mb/s（BR）、2Mb/s（π/4-DQPSK ）、3Mb/s（8DPSK）。

        什么是ISM频段？

        免授权ISM频段是指工业、科学和医疗领域（Industrial, Scientific and Medical，简称ISM）中使用的一些无线电频段，这些频段不需要获得专门的无线电频率使用许可证，可以免费使用。
这些频段通常用于低功率、短距离的无线通信，如蓝牙、Wi-i、ZigBee等。其中比较常用的ISM频段包括2.4GHz、5.8GHz和433MHz等。

        什么是跳频技术？ 

        在无线通信中频率跳变（frequency hopping）是一种技术，它可以在不同的频率上发送数据包，以减少干扰和提高通信的可靠性。
在跳频通信中主设备和从设备之间的通信会在不同的频率上进行，这些频率是在跳频序列中预先定义的。在发送或接收数据包之前，设备会根据跳频序列选择下一个频率，并在该频率上进行通信。
        这种技术可以提高无线网络的抗干扰能力，从而提高通信的可靠性和稳定性。

二、介绍

        蓝牙组网

        同步于一个公共时钟和跳频模式的一组设备共享一个物理射频通道，提供时钟同步参考和跳频模式的设备叫做主设备（Master），其他设备叫做从设备（Slave），这组设备构成一个微微网（piconet）；这是蓝牙 BR/EDR 无线技术中通信的基本形式。

         

                a/b是一个典型的piconet，c是分散网络 

 

        跳频模式

        跳频模式由主设备的蓝牙地址和时钟决定，基本的跳频模式是 ISM 频段中 79 个频率的伪随机排序，频率间隔为1 MHz。

        如果从设备检测到同一频段内有其他无线设备的干扰，它可以向主设备请求更改跳频模式。主设备可以根据从属设备的请求，针对每个从设备上调整跳频模式，以排除干扰设备使用的部分频率。

        自适应跳频技术改善了蓝牙与静态（非跳频）ISM系统位于同一位置时的共存。

        物理通道和时隙

        蓝牙物理通道可以分为两种类型：

• 广播通道是用于广播数据的通道，它可以被所有的蓝牙设备接收。广播通道可以用于发送广告数据，以便其他设备可以发现和连接到它。广播通道的频率范围是2402 MHz到2480 MHz，共有40个频道可用。
• 数据通道是用于传输数据的通道，它是在蓝牙设备之间建立点对点连接时使用的。数据通道的频率范围是2402 MHz到2480 MHz，共有37个频道可用。在数据通道中，每个连接都会占用两个频道，一个用于发送数据，另一个用于接收数据。

        蓝牙物理通道进一步细分为称为槽（slots）的时间单元，也可以叫做时隙（时长625us），蓝牙设备间的数据包（packet）就在这些槽（时隙）中传递；
        某些情况下，连续的槽可以被分配给一个单一的包（也就是说一个包可以一个时隙，一个包可能需要多个时隙才能传输）

        频率跳变可以在数据包的发送或接收之间进行，通过使用时分双工模式实现全双工；

        时分双工

        时分双工（Time-Division Duplex，简称TDD）是一种无线通信技术，它允许在同一频段内使用相同的频率进行双向通信。TDD技术通过将时间分成不同的时隙，使得同一频段内的发送和接收可以在不同的时间段内进行。这种技术通常用于无线局域网（WLAN）、蜂窝移动通信系统和其他无线通信系统中。

        蓝牙中使用的TDD方案被称为半双工TDD方案，因为数据的发送和接收发生在同一频率上，但在不同的时隙中。这与全双工TDD方案形成对比，其中数据的发送和接收发生在不同的频率上。

        物理通道之上是链路和通道以及相关控制协议的分层，从物理通道往上依次为：物理通道（physical channel）、物理链路（physical link）、逻辑传输（logical transport）、逻辑链路（logical link）以及L2CAP channel。

        物理链路

        通常情况下在一个物理通道内，主设备和从设备间存在一个物理链路（physical link），但是查询扫描和页扫描物理通道没有与之关联的物理链路；
        物理链路提供了主设备和从设备之间的双向数据包传输，但无连接的从设备广播（Connectionless Slave Broadcast）物理链路是个例外，这条物理链路提供了一个从主设备到（数量不定的）从设备的单向数据包传输。

        一个物理通道可能包含多个从设备，主从设备间存在一条物理链路，但是同一个piconet中的从设备间不存在物理链路。

        逻辑链路 

        物理链路被用作一个或多个逻辑链路（logic link）的传输，这些链路支持单播同步（unicast synchronous）、异步（asynchronous）、等时（isochronous）以及广播（broadcast）数据，而这些数据则被多路复用到物理链路上。

        除用户数据外，逻辑链路也承载基带和物理层的控制协议，这个协议叫做链路管理协议（LMP）；一个piconet网络中的活跃（active）设备存在一个默认的异步、面向连接的逻辑传输，用于传输LMP协议信令，也叫做ACL。

        ACL（Asynchronous Connection-Oriented Logical Transport）逻辑传输是蓝牙技术中的一种传输方式，用于在蓝牙设备之间传输数据。
        ACL 逻辑传输是一种可靠的、面向连接的传输方式，它使用 L2CAP（Logical Link Control and Adaptation Protocol）协议将数据分成小的数据包进行传输。
        ACL 逻辑传输通常用于传输需要可靠传输的数据，例如音频、视频和文件传输等。在蓝牙设备之间建立 ACL 连接后，它们可以通过 ACL 逻辑传输进行数据传输。

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        除无连接从机广播设备（CSB）外，当一个设备加入piconet时会创建一个主ACL逻辑传输；CSB设备加入piconet仅仅监听无连接从设备广播包（仅会创建一个CSB逻辑传输）；当需要传输同步数据流时才会创建额外的逻辑传输。

        链路管理器使用LMP控制piconet中的设备并且给下层（射频和基带层）提供管理服务；L2CAP层在基带层之上给应用和服务提供了一个基于通道的抽象。通过共享逻辑链路对应用程序数据进行分段和重组，并对多个通道进行多路复用和解复用