全面揭秘蓝牙4.0技术细节

而将是一片真正意义上的新领域，只要有对应用的准确把握和合理的理念，谁都可能在这个领域里掘得第一桶金。

　　Bluetooth 4.0 双模式组合应用

　　根据Bluetooth SIG发布的Bluetooth 4.0核心规范白皮书，Bluetooth 4.0低耗电模式有双模式和单模式两种应用。低功耗蓝牙的单模式蓝牙的技术特点技术综述蓝牙（Bluetooth）通过低功率无线电波传输数据，其本质是 一种支持设备短距离通信（一般是10m之内）的无线电技术。其标准是IEEE 802.15，工作在2.402～2.480GHz频率带之间，基础带宽为1Mb/s。和Wi-Fi、WiMAX等用于局域、城域的无线网络规范不同的 是，Bluetooth所定义的应用范围更小一些，它将应用锁定在一个以个人为单位的人域网（PAN）领域，也就是个人起居活动范围的方圆10米之内，却 容纳了包括音频、互联网、移动通信、文件传输等在内的非常多样化的应用取向，加上强调自动化和易操作性，因此在这一领域里很快就得到了普及，虽然在蓝牙的 发展过程中一度曾偏离了这一主旨，但Bluetooth 4.0的出现无疑揭示了Bluetooth对自身核心价值的反思和回归。

　　调节性跳频与微微网（Piconet）的原理

　　因为蓝牙所用的频带仍处于应用繁多的2.4G无线电频率范围附近，为达到最大限度地避免设备间的相互干扰的目的，蓝牙从实际的应用出发，将信号功率设计 得非常微弱，仅为手机信号的数千分之一，这样设备间的距离就只能保持在约10米范围内，从而避免了和移动电话、电视机等设备间的相互干扰。

　　蓝牙协议被设计为同时允许最多八个蓝牙设备互连，因此协议需要解决的另一个问题就是如何处理同在有效传输范围内的这些蓝牙设备之间的相互干扰，这一问题 的解决催生了蓝牙协议最具独创性的通信方式—调节性跳频技术。它定义了79个独立且可随机选择的有效通信频率，每个蓝牙设备都能使用其中任何一个频率，且 能有规律地随时跳往另一个频率，按协议规范，这样的频率跳转每秒钟会发生1600次，因此不太可能出现两个发射器使用相同频率的情况，即使在特定频率下有 任何干扰，其持续时间也仅不到千分之一秒，因此该技术同时还将外界干扰对蓝牙设备间通讯的影响降低到最小。

　　让我们设想一下两个蓝牙设备 间通讯的过程，当两个蓝牙设备互相靠近时，它们之间会发生电子会话以交流需求，这一会话过程无需用户参与，而一旦需求确认，设备间便会自动确认地址并组成 一个被称为微微网（Piconet）的微型网络，此网络一旦形成，组成网络的设备便可协商好和谐地随机跳频，以确保彼此间的联系，但又不会对其它信号构成 干扰，于是蓝牙—杂技演员手里的一个钢球就这样形成了。

　　蓝牙的协议组成 蓝牙标准从制定之初便定义成为个人区域内的无线通信制定的协议，它包括两部分：第一部分为协议核心（Core）部分，用来规定诸如射频、基带、链路管理、 服务发现、传输层以及与其他通信协议间的互用、互操作性等基本组件及方法；第二部分为协议子集（Profile）部分，用来以规定不同蓝牙应用（也称使用 模式）所需的协议和过程。

　　图4： 共享射频层和独立射频层的双模式低耗电蓝牙设计

　　如图5，蓝牙标准的设计仍采用从下至上的分层式结构，以人机接口（Host Controller Interface，HCI）为界分为低层和高层协议，其中底层的基带（Baseband）、射频（BluetoothRadio）和链路管理层 （LMP）协议定义了完成数据流的过滤和功能组件是一个高度集成的装置，具备轻量的链路层（Link Layer），能在最低成本的前提下，支持低功耗的待机模式、简易的设备发现、可靠的点对多点的数据传输、安全的加密链接等；位于上述控制器中的链路层， 适用于网络连接传感器，并确保在无线传输中，都能通过低功耗蓝牙传输。在双模式应用中，蓝牙低功耗的功能会整合至现有的传统蓝牙控制器中，共享传统蓝牙技 术已有的射频和功能，相较于传统的蓝牙技术，增加的成本更小；除此之外，制造商可利用升级版蓝牙低功耗技术的功能模块，集成目前的蓝牙3.0高速版本、或 2.1+EDR等传统蓝牙功能组件，从而改善传统蓝牙设备的数据传输效能。图4即为蓝牙低功耗技术的双模式应用功能逻辑拓扑图，图4右边所示即为通过整合原有蓝牙技术的射频降低了升级成本。

图5： 蓝牙标准模块构成

低功耗蓝牙为何如此省电？根据SIG官方发布会的资料，它和经典蓝牙技术相比，主要的改变集中体现在待机功耗的减少、高速连接的实现 和峰值功率的降低三个方面。待机功耗的下降 传统蓝牙设备的待机耗电量大一直是为人所诟病的缺陷之一，这与传