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蓝牙协议入门(二)传输层协议

蓝牙协议入门(二)传输层协议

1.传输层协议

传输层位于蓝牙系统的底层,负责蓝牙设备间,互相确认对方的位置,以及建立和管理蓝牙设备间的物理链路。其又分为射频层、基带层和链路管理层三部分。

2.射频层协议

2.1.工作频率

蓝牙工作在 2.4 GHz ISM 频段上,蓝牙采用跳频扩谱技术主动的避免工作频段受干扰。我国的蓝牙频率在 2.402 GHz~2.483 GHz,蓝牙每个频道的宽度为1 MHz,为了减少带外辐射的干扰,保留上、下保护为3.5 MHz2 MHz79 个跳频点中至少 75 个伪随机码跳动,30 s 内任何一个频点使用时长不能超过 0.4 s

地理位置 ISM频段范围 射频信道频率
中国、美国、欧洲 2400.0~2483.5MHz F=(2402+k)MHz,k在0、1、……78中随机取值
法国 2446.5~2483.5MHz F=(2454+k)MHz,k在0、1、……22中随机取值
日本 2471.0~2497.0MHz F=(2473+k)MHz,k在0、1、……22中随机取值
西班牙 2445.0~2475.0MHz F=(2449+k)MHz,k在0、1、……22中随机取值

2.2.跳频技术、发射功率、时隙

  • 发射功率:蓝牙发射功率分三级:一级功率100 mW( 20 dBm);二级功率 2.5 mW( 4 dBm);三级功率1 mW( 0 dBm);
  • 物理信道:蓝牙物理信道有伪随机序列控制的 79 个跳频点构成,不同跳频序列代表不同的信道。
  • 时隙:蓝牙跳频速率为1600 次/s,每个时间为 625 us (1 s/1600) 称为一个时隙;

3.基带层协议

蓝牙发送数据时,基带部分将来自高层的数据进行信道编码,向下发给射频进行发送;接收数据时,将解调恢复空中数据并上传给基带,基带进行信道编码传送给上层。

3.1.蓝牙地址

蓝牙设备编码采取小端模式,即高位在后面。它的前 24 位是制造商分配的产品编号(LAP,低地址部分),中间8 位是 SIG 给制造商分配的编号(UAP,高地址部分),最后 16 位保留无效(NAP,无效地址部分)。

3.2.蓝牙时钟

每个蓝牙设备都有一个独立运行的内部系统时钟,称为本地时钟(Local Clock),决定定时器的收发跳频。为了与其他设备同步,本地时钟要加一个偏移量(offset),提供给其他设备同步。 具体说来,蓝牙系统中的时钟分为以下几种:

  • CLKN:本地时钟:
  • CLKE:预计时钟,扫描寻呼过程中用到;
  • CLK:设备实际运行的时钟。

这三者之间存在着相关关系,具体说来 CLKECLKCLKN 加上一个偏移量得到的。

  • 主设备CLK = CLKN
  • 从设备CLK = CLKN + offset

3.3.蓝牙物理链路

通信设备间物理层的数据连接通道就是物理链路。

  • ACL(Asynchronous Connectionless)异步无连接链路;对时间要求不敏感的数据通信,如文件数据、控制信令等。
  • SCOSynochronous Connection Oriented)同步面向连接链路;对时间比较敏感的通信,如:语音;最多只支持3条 SCO 链路,不支持重传。

3.4.蓝牙基带分组

基带分组至少包括:接入码、分组头、有效载荷;

  • 接入码用于同步、直流、载频泄漏偏置补偿标识;
  • 分组头包含链路信息,确保纠正较多的错误。

详细分组类型如下:

分组类别 Type (b3b2b1b0) 时隙 SCO ACL
链路控制分组 0000 1 NULL NULL
0001 POLL POLL
0010 FHS FHS
0011 DM1 DM1
单时隙分组 0100 1 未定义 NULL
0101 HV1
0110 HV2
0111 HV3
1000 DV
1001 NULL AUX1
三时隙分组 1010 3 未定义 DM3
1011
1100 未定义
1101
五时隙分组 1110 5 未定义 DM5
1111
  • ACL分组形式为:D(M|H)(1|3|5),D代表数据分组,M代表用2/3比例的 FEC 的中等速率分组;H 代表不使用纠错码的高速率分组;1、3、5分别代表分组所占用的时隙数目;

​DM1、DM3、DM5、DH1、DH3、DH5 * SCO分组形式为:HV(1|2|3)。HV代表高质量语言分组,1、2、3 有效载荷所采用的纠错码方法。11/3比例 FEC,设备2个时隙发送一个单时隙分组;22/3 比例 FEC ,设备4个时隙发送一个单时隙分组;3为不使用纠错码,设备6个时隙发送一个单时隙分组。

​HV1、HV2、HV3

3.4.1.ACL分组

类型 有效载荷头/字节 用户有效载荷/字节 FEC CRC 对称最大速率/kbps 非对称速率/kbps
前向 后向
DM1 1 0~17 2/3 108.8 108.8 108.8
DH1 1 0~27 172.8 172.8 172.8
DM3 2 0~121 2/3 258.1 387.2 54.4
DH3 2 0~183 390.4 585.6 86.4
DM5 2 0~224 2/3 286.7 477.8 36.3
MH5 2 0~339 433.9 723.2 57.6
AUX1 1 0~29 185.6 185.6 185.6

3.4.2.SCO分组

类型 有效载荷头/字节 用户有效载荷/字节 FEC CRC 有效载荷长度 同步速率/kbps 占用Tsco数目/语言长度
HV1 10 1/3 240位 64 2/1.25ms
HV2 20 2/3 4/2.5ms
HV3 30 6/3.75ms
6/3.75ms 1D 10+(0-9)D 2/3D 有D 64+57.6D

注释:D 表示只对数据段有用,DV 表示分组包含数据段,也包含语言段。

X.参考链接

蓝牙核心技术概述(三): 蓝牙协议规范(射频、基带链路控制、链路管理)

原文链接: https://jacksmiththu.github.io/2017/06/25/蓝牙协议入门(二)传输层协议/