通信与网络中的蓝芽系统解决方案及应用
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2020-12-09
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通信与网络中的蓝芽系统解决方案及应用通信与网络中的蓝芽系统解决方案及应用
蓝 芽 技 术 的 初 期 构 思是 为 各 种 设 备 提 供 一 个 无 线 的 连 接 方 式 ，以 便 设 备 之 间 能 以 无 线 方
式 进 行 数 据 同 步 化 、数 据 传 输 。 自 从 摩 托 罗 拉 提 出 服 务 协 议 并 获 蓝 芽 技 术 专 家 小 组
(Bluetooth SIG) 采 纳 后 ，蓝 芽 技 术 的 应 用 范 围 进 一 步 扩 大 ，其 中 包 括 利 用 这 项 技 术 设 立 个 人
区 域 网 络 (PAN)，使 生 活 上 常 用 的 家 电 及 设 备 可 以 联 系 起 来 互 相 配 合 使 用 。" 蓝 芽 技 术
蓝 芽 技 术 的 初 期 构 思是 为 各 种 设 备 提 供 一 个 无 线 的 连 接 方
式 ，以 便 设 备 之 间 能 以 无 线 方 式 进 行 数 据 同 步 化 、数 据 传
输 。
自 从 摩 托 罗 拉 提 出 服 务 协 议 并 获 蓝 芽 技 术 专 家 小 组
(Bluetooth SIG) 采 纳 后 ，蓝 芽 技 术 的 应 用 范 围 进 一 步 扩 大 ，
其 中 包 括 利 用 这 项 技 术 设 立 个 人 区 域 网 络 (PAN)，使 生 活
上 常 用 的 家 电 及 设 备 可 以 联 系 起 来 互 相 配 合 使 用 。" 蓝 芽
技 术 " 很 快 会 被 视 为 家 电 及 设 备 的 标 准 功 能 特 色 。
一、一、 蓝蓝 芽芽 的的 结结 构构 及及 运运 作作
蓝 芽 射 频 在 2.4GHz 的 频 带 范 围 内 ，适 合 工 业 、科 研 及 医 疗
等 设 备 采 用 ， 通 信 距 离 可 达 10 米 (0dBm) 至 100 米 (20dBm) 的
范 围 。
蓝 芽 射 频 系 统 采 用 跳 频 技 术 以 降 低 信 号 干 扰 ，亦 采 用 高 斯
频 移 键 控 (GFSK) 调 制 及 时 分 双 工 (TDD) 电 路 以 支 持 全 双 工
传 输 。
蓝 芽 协 议 采 用 电 路 及 信 息 包 两 种 交 换 方 式 ，可 为 同 步 信 息
包 预 留 多 个 插 槽 。蓝 芽 技 术 可 支 持 1 条 异 步 数 据 传 输 通 道
及 3 条 同 步 话 音 传 输 通 道 ，亦 可 支 持 1 条 同 时 作 异 步 数 据
传 输 及 同 步 话 音 传 输 的 通 道 。无 论 是 传 送 还 是 接 收 话 音 ，
每 一 同 步 话 音 通 道 每 次 均 可 支 持 速 度 达 64Kbps 的 同 步 话
音 传 输 。异 步 传 输 通 道 可 以 支 持 速 度 高 达 723.2Kbps 的 非 对
称 上 行 传 输 及 57.6Kbps 的 非 对 称 下 行 传 输 (反 之 亦 然 )，亦
可 支 持 速 度 达 433.9Kbps 的 对 称 传 输 。
蓝 芽 系 统 内 含 无 线 电 装 置 、链 路 控 制 装 置 以 及 支 持 链 路 管
理 和 主 终 端 接 口 功 能 的 装 置 (参 看 图 1)。链 路 控 制 器 负 责 执
行 各 种 基 带 协 议 及 其 他 低 层 次 链 路 例 行 程 序 。
图 1 ：蓝 芽 系 统 内 的 不 同 功 能 块
蓝 芽 系 统 可 提 供 点 对 点 或 一 点 对 多 点 的 连 接 。若 进 行 一 点
对 多 点 的 传 输 ，多 个 蓝 芽 装 置 会 共 用 一 条 传 输 通 道 。若 两
个 或 更 多 蓝 芽 装 置 共 用 同 一 通 道 ，它 们 之 间 便 会 形 成 一 个
微 型 网 络 (piconet)。蓝 芽 装 置 是 控 制 微 型 网 络 的 主 控 器 ，而
每 个 微 型 网 络 可 控 制 7 个 从 属 装 置 。微 型 网 络 的 覆 盖 范 围
若 有 重 叠 ，它 们 之 间 便 会 形 成 一 个 散 射 网 络 (scatternet)。每
个 微 型 网 络 只 可 有 一 个 主 控 器 。但 从 属 装 置 则 可 利 用 时 分
多 工 的 设 计 与 不 同 微 型 网 络 进 行 联 系 。此 外 ，某 一 微 型 网
络 的 主 控 器 可 以 是 另 一 微 型 网 络 的 从 属 装 置 ，而 这 些 微 型
网 络 均 有 自 己 的 跳 跃 通 道 。
二、蓝二、蓝 芽芽 射射 频频 系系 统统 结结 构构
蓝 芽 射 频 接 口 采 用 USA-ISM 应 用 方 案 ，以 2.4GHz 的 频 率 运
行 。一 般 来 说 ，蓝 芽 标 准 采 用 跳 频 扩 展 频 谱 (FHSS) 技 术 ，
适 用 于 2.4GHz 的 频 谱 范 围 ，跳 跃 通 道 高 达 79 条 (视 乎 不 同
国 家 而 定 )，而 且 每 秒 跳 跃 1600 次 。调 制 则 采 用 两 级
GFSK，BT =0.5，原 始 位 率 为 1 Mbps。通 道 带 宽 为 1 兆 赫
(MHz)，设 有 2 MHz 的 保 护 带 。
以 接 收 器 来 说 ，设 有 正 交 解 调 器 的 高 中 频 (IF) 接 收 器 已 广
泛 应 用 于 中 位 率 射 频 系 统 之 中 ，例 如 DECT。但 这 个 设 计 的
集 成 度 并 不 理 想 。若 迅 速 提 高 其 集 成 度 ，高 频 中 频 滤 波 器
可 能 并 不 实 际 。此 外 ，设 有 模 拟 数 字 转 换 器 (ADC) 的 线 性
中 频 接 收 器 可 将 其 集 成 度 提 高 ，但 可 能 会 受 跳 频 特 性 的 影
响 ，因 而 在 这 个 情 况 下 需 要 加 设 极 快 的 自 动 增 益 控 制
(AGC)。
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