蓝牙技术的基础知识

2023-05-16

1. 无线电频谱

蓝牙技术使用2.4 GHz ISM频段(2400至2483.5 MHz),ISM频段就是各国挪出某一段频段主要开放给工业,科学和医学机构使用。 应用这些频段无需许可证或费用,只需要遵守一定的发射功率,并且不要对其它频段造成干扰即可

2. 发射功率

蓝牙技术支持-20 dBm (0.01 mW)至+20 dBm (100 mW)的发射功率。

3. 天线增益

蓝牙设备的天线增益通常在-10 dBi到+10 dBi之间。

4. 接收器灵敏度

蓝牙技术规定,设备必须能够实现-70 dBm至-82 dBm的最低接收灵敏度,这取决于所使用的PHY。然而,Bluetooth 实施方案通常可以实现更高的接收灵敏度水平。例如,Bluetooth LE 125K(编码)PHY的平均实施方案实现了-103 dBm的接收灵敏度。

5. 跳频技术

所谓跳频技术 (Frequency-Hopping Spread Spectrum;FHSS),是指用伪随机码序列进行频移键控,使载波频率不断跳变而扩展频谱的一种方法。这一项技术是有好莱坞女明星海蒂·拉玛(Hedy Lamarr)发明的。蓝牙技术的跳频速度为1600跳/秒,因此,每个时隙为625μs。

6. 蓝牙发展史

蓝牙1.0蓝牙2.0 + EDR蓝牙3.0 + HS低功耗蓝牙BLE

1998年10月 - 2003年11月,基础速率BR版,理论上可达

1Mbps,包括1.0,1.0A,1.0B,1.1和1.2版。

2004年11月 - 2007年7月,增强速率EDR版,理论上可达2Mbps,甚至3Mbps,包括2.0和2.1版。

2009年4月,高速版,利用802.11协议把速率提高到24Mbps,包括3.0版。

2010年6月至今,低功耗版,面向IoT,几乎是一个全新的协议,包括4.0,4.1,4.2,5.0,5.1,5.2和5.3版

7. 低功耗蓝牙vs经典蓝牙

蓝牙3.0及之前的版本称为经典蓝牙,蓝牙4.0及之后的版本称为低功耗蓝牙。

 低功耗蓝牙(LE)经典蓝牙
频带2.4GHz ISM频段2.4GHz ISM频段
信道40个带宽为2MHz的信道,其中3个广播信道,37个数据信道79个带宽为1MHz的信道
信道用法跳频技术(FHSS)跳频技术(FHSS)
调制方式GFSKGFSK, π/4 DQPSK, 8DPSK
速率LE 2M PHY: 2 Mb/s
LE 1M PHY: 1 Mb/s
LE Coded PHY (S=2): 500 Kb/s
LE Coded PHY (S=8): 125 Kb/s
EDR PHY (8DPSK): 3 Mb/s
EDR PHY (π/4 DQPSK): 2 Mb/s
BR PHY (GFSK): 1 Mb/s
发射功率≤100mW (+20dBm)≤100mW (+20dBm)
接收灵敏度LE 2M PHY: ≤-70 dBm
LE 1M PHY: ≤-70 dBm
LE Coded PHY (S=2): ≤-75 dBm
LE Coded PHY (S=8): ≤-82 dBm
≤-70 dBm
数据传输方式异步面向连接
同步面向连接
异步无连接
同步无连接
同步无连接
异步面向连接
同步面向连接
通信拓扑点对点(包括微微网)
广播
Mesh网络
点对点(包括微微网)
定位功能存在:广播
方向:测向(AoA/AoD)
距离:RSSI、HADM(即将推出)

8. 蓝牙配置(profiles) 

蓝牙技术定义了多种应用协议,这些协议被称作profile. 常见的有以下这些:

• CTP(无绳电话配置)
• BPP(基本打印配置)
• SPP(串行端口配置)
• FTP(文件传输配置)
• PAN(个人局域网配置)
• SAP(SIM 访问配置)
• AVP(音频视频配置)
• HSP(耳机配置)
• HFP(免提配置)

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