蓝牙技术原理详解

摘要

本文前部分详细讲述了蓝牙的射频、基带和协议的关键技术。内容涵盖蓝牙调制方式、数据包的构成、跳频序列、网络拓扑结构、核心协议以及纠错编码机制。

1. 引言

蓝牙是一种支持设备短距离通信（一般是10m之内）的低功耗、低成本无线电技术。能在包括移动电话、PDA、无线耳机、笔记本电脑、相关外设等众多设备之间进行无线信息交换。它利用短程无线链路取代专用电缆，不但免去相互之间连接的麻烦，而且便于人们在室内或户外流动操作。具有广泛的应用前景，正受到全球各界的广泛关注。新兴的蓝牙技术已从萌芽期进入了壮大发展期，在无线通信、消费类电子和汽车电子以及工业控制领域得到广泛的应用。

2. 概述

“蓝牙”（ Bluetooth）原是一位在10世纪统一丹麦的国王，他将当时的瑞典、芬兰与丹麦统一起来。用他的名字来命名这种新的技术标准，含有将四分五裂的局面统一起来的意思。蓝牙技术使用高速跳频（FH，Frequency Hopping）和时分多址（TDMA，Time DivesionMuli—access）等先进技术，在近距离内最廉价地将几台数字化设备（各种移动设备、固定通信设备、计算机及其终端设备、各种数字数据系统，如数字照相机、数字摄像机等，甚至各种家用电器、自动化设备）呈网状链接起来。蓝牙技术将是网络中各种外围设备接口的统一桥梁，它消除了设备之间的连线，取而代之以无线连接。

蓝牙是一种短距的无线通讯技术，它的标准是IEEE802.15，工作在2.4GHz 频带，带宽为1Mb/S。电子装置彼此可以透过蓝牙而连接起来，省去了传统的电线。透过芯片上的无线接收器，配有蓝牙技术的电子产品能够在十公尺的距离内彼此相通，传输速度可以达到每秒钟1兆字节。以往红外线接口的传输技术需要电子装置在视线之内的距离，而现在有了蓝牙技术，这样的麻烦也可以免除了。

蓝牙（ Bluetooth）是由东芝、爱立信、 IBM、 Intel和诺基亚于1998年5月共同提出的近距离无线数字通信的技术标准。 其目标是实现最高数据传输速度1Mb/s（有效传输速度为721kb/s）、最大传输距离为10米，用户不必经过申请便可利用2.4GHz的ISM（工业、科学、医学）频带，在其上设立79个带宽为1MHz的信道，用每秒钟切换1600次的频率、滚齿方式的频谱扩散技术来实现电波的收发。

3. 蓝牙应用举例

蓝牙外设：电脑使用蓝牙鼠标和蓝牙键盘，代替有线鼠标和键盘。蓝牙打印机的应用也很受欢迎。蓝牙耳机的应用改变了人们接电话的方式

文件传输：可跨越不同软件平台传输文件，越来越多手机不仅拥有彩色显屏，有和弦铃声，更可以自己上网下载铃声、图片和小游戏来玩。

传真服务：如果您拥有一部蓝牙手机，只要您到运营商开通的数据传真服务 ，并在电脑上安装例如WINFAX的发传真的软件，然后把数据机指定为手机端口就可以在电脑上通过蓝牙无线发传真了。

蓝牙网络：组建硬件、软件和互操作需求的一种无固定的中心站蓝牙网络。PPC与PC在非同步的方式下共享上网。

拨号网络：拨接到调制解调器，以连接到因特网。

语音数据：也就是蓝牙的音频网关的服务，同时蓝牙能提供数据同步、存储功能。蓝牙U盘和USB适配器等就是在数据领域的典型应用。

汽车电子：蓝牙汽车音响、蓝牙后视镜、蓝牙车载导航、蓝牙汽车防盗系统。

工业控制：通过蓝牙网关进行工业仪表的控制。蓝牙串口模块在现场控制中的应用。

4. 蓝牙关键技术

4.1 蓝牙网络拓扑结构

4.1.1 微微网

微微网（ Piconet）：是由采用蓝牙技术的设备以特定方式组成的网络。 微微网的建立是由两台设备（如便携式电脑和蜂窝电话）的连接开始，最多由8台设备构成。所有的蓝牙设备都是对等的，以同样的方式工作。然而，当一个微微网建立时，只有一台为主设备，其他均为从设备，而且在一个微微网存在期间将一直维持这一状况。

所有的用户都共享同一可以达到的资源（数据速率）。从设备最多只能有 3 个面向同步的（ SCO）连接和一个面向异步的(ACL)连接同时进行。

4.1.2 散射网

散射网络（ Scatternet）：是由多个独立、非同步的微微网形成的。由多个独立的非同步的微微网组成的。它靠跳频顺序识别每个微微网。同一微微网所有用户都与这个跳频顺序同步。一个分布网络中，在带有 10 个全负载的独立的微微网的情况下，全双工数据速率超过 6Mbit/s。

4.2 协议体系

蓝牙协议体系结构可以分为底层硬件模块、核心协议层、高端应用层 3 大部分。如下图所示：

4.2.1 物理硬件部分

链路管理(LM)、基带（ BB）和射频（ RF）构成了蓝牙的物理模块。 RF 通过2.4GHz 的 ISM 频段，实现数据位流的传输，它主要定义了蓝牙收发器应满足的条件。基带扶着跳频和蓝牙数据和信息帧的传输。基带就是蓝牙的物理层，它负责管理物理信道和链路中除了错误纠正、数据处理、调频选择和蓝牙安全之外的所有业务。基带在蓝牙协议栈中位于蓝牙无线电之上，基本上起链路控制和链路管理的作用，比如承载链路连接和功率控制这类链路级路由等。基带还管理异步和同步链路、处理数据包、寻呼、查询接入和查询蓝牙设备等。基带收发器采用时分复用TDD 方案（交替发送和接收），因此除了不同的跳频之外（频分），时间都被划分为时隙。在正常的连接模式下，主单元会总是以偶数时隙启动，而从单元则总是从奇数时隙启动（尽管他们可以不考虑时隙的序数而持续传输）。

链路管理负责连接的建立和拆除以及链路的安全和控制，他们为上层软件模块提供了不同的访问入口，但是2个模块接口直接的消息和数据传输必须通过蓝牙主机控制器(HCI)的解析。也就是说 HCI 就是蓝牙协议中软件和硬件接口的部分。它提供了一个调用下层的基带、链路管理器、状态和控制寄存器等硬件的同一命令接口。

HCI 以上的协议软件实体运行在主机上，而 HCI 一下的功能有蓝牙设备来完成，二者直接通过传输层进行交互。

4.2.2 核心协议

设计协议和协议栈的主要原则是尽可能地利用现有各种高层协议，保证现有协议与蓝牙技术的融合以及各种应用之间的互通性；充分利用兼容蓝牙技术规范的软硬件系统和蓝牙技术规范的开放性，便于开发新的应用。蓝牙标准包括Core，Profiles 两大部分。Core 是蓝牙的核心，主要定义蓝牙的技术细节； Profiles 部分定义了在蓝牙的各种应用中的协议栈组成，并定义了相应的实现协议栈。这样就为全球兼容性打下了基础。

它是蓝牙协议的关键部分。包括基带部分协议和其它低层链路功能的基带/链路控制期协议；用于链路的建立、安全和控制的链路管理器协议 LMP；描述主机控制器接口的 HCI 协议；支持高层协议复用、帧的组装和拆分的逻辑链路控制和分配协议 L2CAP；发现蓝牙设备提供服务的 SDP 协议等。

连接管理协议（LMP）：负责蓝芽各设备间连接的建立。它通过连接的发起、交换、核实，进行身份验证和加密，通过协商确定基带数据分组大小；它还控制无线设备的电源模式和工作周期，以及微微网内设备单元的连接状态。

逻辑链路控制和适配协议（L2CAP）：是基带的上层协议，可以认为它与LMP并行工作，它们的区别在于当业务数据不经过LMP时，L2CAP为上层提供服务。L2CAP向上层提供面向连接的和无连接的数据服务，它采用了多路技术、分割和重组技术、群提取技术。L2CAP允许高层协议以64K字节收发数据分组。虽然基带协议提供了SCO和ACL两种连接类型，但L2CAP只支持ACL

服务发现协议（SDP）：发现服务在蓝芽技术框架中起到至关重要的作用，它是所有用户模式的基础。使用SDP，可以查询到设备信息和服务类型，从而在蓝芽设备间建立相应的连接。

4.2.3 高层协议

RFCOMM 电缆替代协议：它是一种仿真协议，在蓝牙基带协议上仿真 RS-232 控制和数据信号，为上层协议提供服务。

TCS 电话控制协议：它是面向比特的协议，定义蓝牙设备间建立数据和话音呼叫的控制信令和处理蓝牙 TCS 设备群的移动管理进程；AT-Command 控制命令集是定义在多用户模式下控制移动电话、调制解调器和用于仿真的命令集。

与 Internet 相关的高层协议：它定义了与 Internet 相关的 PPP、UDP、TCP/IP 协议及无线应用协议 WAP。两个蓝牙设备必须具有相同的协议组成才能进行相互的通信。

无线应用协议（WAP）：是由无线应用协议论坛制定的，它融合了各种广域无线网络技术，其目的是将互联网内容和电话债券的业务传送到数字蜂窝电话和其它无线终端上。选用WAP，可以充分利用为无线应用环境（WAE）开发的高层应用软件。

点对点协议（PPP）：在蓝芽技术中，PPP位于RFCOMM上层，完成点对点的连接。

对象交换协议（OBEX）：IrOBEX(简写为OBEX)是由红外数据协会（IrDA）制定的会话层协议，它采用简单的和自发的方式交换目标。OBEX是一种类似于HTTP的协议，这假设传输层是可靠的，采用客户机/服务器模式，独立于传输机制和传输应用程序接口（API）。 电子名片交换格式（vCard）、电子日历及日程交换格式（vCal）都是开放性规范，它们都没有定义传输机制，而只是定义了数据传输模式。SIG采用vCard/vCal规范，是为了进一步促进个人信息交换。

TCP/UDP/IP：TCP/UDP/IP协议是由IETF制定的，广泛应用于互联网通信的协议，在蓝芽设备中使用这些协议是为了与互联网相连接的设备进行通信。

4.3 蓝牙调制方式

4.3.1 GFSK

蓝牙使用称为 0.5BT 高斯频移键（ GFSK）的数字频率调制技术实现彼此间的通信。也就是说把载波上移 157kHz 代表“1”，下移 157kHz 代表“0”，速率为 100 万符号(或比特)/秒，然后用“0.5”将数据滤波器的-3dB 带宽设定在 500kHz，这样可以限制射频占用的频谱。

此图的横坐标表示的是时间信息，也可以说是数据比特信息，我们可以很清楚的看到前导接入码、数据包头和数据载荷部分。纵轴表示的是载波偏离的程度，当数据比特为 1 是表示偏差 157Hz,为 0 时表示式负的 157Hz。

4.3.2 π/4-DQPSK和8DPSK

EDR 模式下的一个重要的特点就是数据内的调制方式改变了。接入码（ access code ）和分组头（ packet header ）通过 BR 模式的 1Mbps 的 GFSK 调制方式来传输，而后面的同步序列、净荷以及尾序列通过 EDR 模式的 PSK 调制方式来传输。

2Mbps 的 PSK 调制传输是采用 π/4 循环差分相位编码的四进制键控方式。每个码元代表 2 比特信息。

3Mbps 的 PSK 调制传输是采用循环差分相位编码的八进制键控方式(8DPSK) 。每个码元代表 3 比特信息。对于 π/4-DQPSK 和 8DPSK 调制方式，支持 EDR 的蓝牙设备不具有强制性要求。只有在条件允许和环境比较好的环境下使用。

调制方式应该采用平方根形式的升余弦脉冲以便于产生等效的载有信息的低通信号 v(t). 发射机的输出是一个带通信号。

4.4 频率范围和信道

蓝牙系统工作在2.45 GHz的不要授权的工业、医疗免费ISM频段，所以它必须和其他无线通信标准共用频段，比如WLAN。不同的国家使用不同的频带，在北美和欧洲使用79个间隔为1M Hz的频道，载频为2402+kMHz(k =0,1, … .,78 );日本、法国、西班牙使用23个rR7隔为1 MHz的频道，载频分别2473+kMHz,2454+kMHz,2449+ kMHz (k=0, 1,?， 22)。信道 由在79个或者23个RF信道中跳变的PN跳变序列识别。

4.5 跳频序列和跳频机制

2.4 GHz的ISM频段中还有802． 11b， HomeRF及微波炉、无绳电话等电子设备，为了与这些设备兼容，以及有效利用频谱、防止通信设备之间相互干扰，蓝牙采用了自适应跳频AFH（ Adaptive Frequency Hopping），先听后说LBT（ Listen Before Talk）、功率控制等一系列独特的措施克服干扰，避免冲突。

4.5.1 跳频周期

每个微微网的跳变序列是唯一的，由主设备的Bluetooth设备地址决定。跳变序列的相位由主设备的时钟决定。在微微网中，所有单元都在时间上和跳频上与信道同步。信道 分 为 时隙，每个时隙长625u s 。每个时隙相应地有一个跳频频率，通常跳频速率为1600跳/秒。时隙数根据微微网中主设备的Bluetooth时钟决定。时隙数从0到227-1，周期为2"。系统使用TDD方案来使主设备和从设备交替传送，主设备只在偶数时隙开始传送信息，从设备只在奇数时隙开始传送，信息包的开始对应于时隙的开始。

4.5.2 自适应跳频技术

自适应跳频技术是建立在自动信道质量分析基础上的一种频率自适应和功率自适应控制相结合的技术。他能使跳频通信过程自动避开被干扰的跳频频点，并以最小的发射功率、最低的被截获概率，达到在无干扰的跳频信道上长时间保持优质通信的目的。所谓频率自适应控制是在跳频通信过程中，拒绝使用那些曾经用过但是传输不成功的跳频频率集中的频点，即实时去除跳频频率集中被干扰的频点，使跳频通信在无干扰的可使用的频点上进行，从而大大提高跳频通信中接收信号的质量。

蓝牙AFH的步骤由设备识别、信道分类、分类信息交换、自适应跳频4 部分组成。如图所示。

设备识别：当一个从设备接入微微网时，在进行通信之前，首先由链路管理协议（ LMP）交换信息，以确定通信双方的设备是否支持AFH模式。 LMP信息中包含了二者通信应使用的最小信道数。主机按LMP协议先询问从设备是否支持AFH，当从设备回答后，再进行AFH通信。

信道分类：根据某一准则，按传输质量对信道进行分类。按LMP的格式形成一个分类表，在主设备和从设备之间交换信息后，以此分类表为依据进行自适应跳频。分类方法采用时分的形式，以保证抗瞬间的干扰。按信道的质量，把信道分成“好”信道与“坏”信道。可以用以下方法对信道的质量进行评估：首先接收设备对包损率PLRs（ Packet Loss Ratios）、有效载荷的CRC， HEC， FEC误差等参数进行测量。在测量PLR时，如果PLR超过了系统定义的门限，则宣布此信道为坏信道。从设备测量CRC时，也会自动检测此包的有效载荷的CRC，如果校验码正确，则说明接收正确的包，否则宣布包丢失。

信道信息交换：通过LMP命令通知网络中的成员，交换AFH的消息。主设备通过分类，把信道分为好信道、坏信道、未用信道，然后把信道分类情况通知从设备。同时，从设备把自己的情况通知主设备。主从设备之间建立联系，确定哪些信道可用，哪些不可用，为下一步自适应频率的产生做准备执行AFH先进行跳频编辑，以选择合适的跳频频率。由于微微网中经常有新的通信建立或撤消，信道在不断变化，所以必须进行信道维护，周期性地重新对信道进行估计，及时发现不能用的信道。当微微网中工作设备较少时，还能自动调整功率，节省能量。

4.6 蓝牙数据包

4.6.1 蓝牙链路SCO和ACL

蓝牙基带可以处理两种类型的链路： SCO（同步连接）和 ACL（异步无连接）链路。 SCO 链路是微微网中单一主单元和单一从单元之间的一种点对点对称的链路。主单元采用按照规定间隔预留时隙（电路交换类型）的方式可以维护 SCO 链路。 SCO 链路携带语音信息。主单元可以支持多达三条并发 SCO 链路，而从单元则可以支持两条或者三条 SCO 链路。 SCO 数据包永不重传。 SCO 数据包用于 64 kB/s 语音传输。ACL 链路是微微网内主单元和全部从单元之间点对多点链路。在没有为 SCO 链路预留时隙的情况下，主单元可以对任意从单元在每时隙的基础上建立 ACL 链路，其中也包括了从单元已经使用某条 SCO 链路的情况（分组交换类型）。只能存在一条 ACL 链路。对大多数 ACL 数据包来说都可以应用数据包重传。

4.6.2 蓝牙前导接入码

微微网信道内的数据都是通过数据包传输的。通常的数据包格式如下所示

接入码（ Access code）用于时序同步、偏移补偿、寻呼和查询。接入码分为三类：信道接入码 CAC（ Channel Access Code）、设备接入码 DAC（ Device Access Code）和查询接入码 IAC（ Inquiry Access Code）。信道接入码标识微微网（对微微网唯一），而 DAC 则用于寻呼及其响应。 IAC 用于查询。数据包报头包含了数据包确认、乱序数据包重排的数据包编号、流控、从单元地址和报头错误检查等信息。数据包的数据部分（ payload）可以包含语音字段、数据字段或者两者皆有。数据包可以占据一个以上的时隙（多时隙数据包），而且可以在下一个时隙中持续传输。数据部分还可以携带一个 16 位长的 CRC 码用于数据错误检测和错误纠正。 SCO 数据包则不包括 CRC。

4.6.3 蓝牙数据包结构

4.6.3.1 蓝牙单时隙、多时隙结构

为了实现在同一信道里的主、从通信，蓝牙定义了时分双工(TDD)的工作模式。工作情况下蓝牙跳频频率为 1600 跳/秒，这也说明了在每个跳频点上停留的时间为 625us,这625us 就被定义为蓝牙的一个时隙，在实际工作中可以分为单、多时隙。工作时隙的选择根据当前的数据流量以及工作状态下的无线环境。

4.6.3.2 V1.2 标准数据包结构

有 5 种普通类型数据包、 4 种 SCO 数据包和 7 种 ACL 数据包。其简要说明请见下表。

4.6.3.3 EDR数据包结构

EDR 是蓝牙特别兴趣小组(SIG)开发的一种协议，能使蓝牙无线连接的带宽提高到3Mbps， v2.0+EDR 蓝牙的主要改进，在于它使数据传输速率较传统的蓝牙速率提高了三倍（ 3Mbps： 1Mbps）。这就意味着无线单元运行的时间只有原来的三分之一，因此功耗也只有原来的三分之一。因此可以实现更快速的连接，并可同时支持多条蓝牙链路，以及实现新的更高带宽的应用，比如音频流。

数据速率得以提高的部分原因在于数据包传输方式的根本改变。

蓝牙 EDR 数据包仍然采用GFSK来调制接入码和数据包头，而对有效载荷采用下列两种调制方式之一：一种是强制性的，提供两倍数据速率，并且可以容忍大量的噪音；另外一种是选择性的，可以提供三倍的数据速率。

两倍数据速率采用p/4差分四相移相键控（ p/4-DQPSK）。顾名思义，这种调制方法改变的是载波的相而不是频率的相。 “四相”是指每个符号有四个可能的相位，从而允许每个符号有两个比特的数据进行编码。因为符号速率保持不变，所以数据速率增加了两倍。

三倍数据速率采用 8-DPSK。 8-DPSK 类似于 p/4-DQPSK，但允许差分移动至八个可能相位中的任何一个。相邻相位之间较小的相差和±π 相位跃变的利用，意味着 8-DPSK 更易受到干扰，但它允许每个符号有三个比特的数据进行编码。

4.7 蓝牙编址

4.7.1 蓝牙地址

为了识别众多的蓝牙设备，像对待存储器的存储单元一样，每个蓝牙设备都分配了一个 48 位的地址，简称蓝牙地址（BD＿ADDR），48 位蓝牙地址能寻址的蓝牙设备应当有248=256 T 个（1T=240），但事实上再大的散射网也用不完如此大的蓝牙设备空间。使用中把蓝牙地址分成了三段：低 24 位地址段 LAP；未定义 8 位地址段 NAP；高 16 位地址段 UAP。

UAP 和 LAP 合在一起形成了蓝牙寻址空间 240。NAP 和 UAP 合在一起形成了 24 位地址，用作生产厂商的唯一标识码，由蓝牙权威部门分配给不同的厂商。LAP 在各厂商内部分配。

4.7.2 从节点地址

蓝牙有 4 种基本类型的设备地址：

处于蓝牙微微网中的从节点地址不是唯一的，从节点的状态不同，分配的地址也不同。

激活状态下：当主节点呼叫一个从节点时，微微网中每一个从节点都有一个 3 位激活地址，记为 AM＿ADDR，3 位二进制数有 8 种不同的表示，从 000 到 111，其中从 001 到111 就是 7 个从节点的激活地址，因此微微网中每一个从节点的激活地址是唯一的，而 000 用于广播消息。激活地址分组位于分组头中。

主节点没有激活地址。利用节点有无激活地址能把主节点和任何一个从节点区别开。激活地址来自于主节点发送的分组头中，连接状态下，激活地址位于 FHS分组的净荷中；休眠状态下，激活地址位于解除休眠的消息中。

休眠状态下：通过蓝牙设备地址或休眠成员地址能识别清楚处于休眠状态下的从节点。休眠成员地址也使用 3 位二进制数描述 8 个节点的地址。如果从节点被激活，它在获得一个激活地址的同时，将丢失一个休眠地址。从节点处于休眠状态时就能获得一个休眠成员地址。解除休眠状态的方法是使用它的蓝牙设备地址。

访问请求地址：从节点除了激活地址、休眠地址外，还有一个访问请求地址。当从节点进入休眠状态时，将分配一个状态请求地址，用来向主节点发送一个状态请求消息，使休眠从节点能够在访问窗口内确定“从→主时隙”。

4.8 蓝牙状态

4.8.1 蓝牙待命状态

蓝牙控制器主要运行在以下两个状态：待命（ Standby） 和 连接（ Connection）。微微网内总共有 7 种子状态可用于增加从单元或者实现连接。这些状态是寻呼（ page）、寻呼扫描（ page scan）、查询（ inquiry）、查询扫描（ inquiry scan）、主单元响应（ master response）、从单元响应（ slave response）和查询响应（ inquiry response）。

4.8.2 连接状态

连接（Connection）状态开始于主单元发送 POLL 数据包，通过这个数据包主单元即可检查从单元是否已经交换到了主单元的时序和跳频信道。从单元即可以任何类型的数据包响应。

连接状态的蓝牙设备可以处于以下 4 种状态之下：激活（Active）、保持（Hold）、休眠（Sniff）和监听（Park）模式。蓝牙技术中一个显著的技术难点就是如何实现这些状态之间的迁移，特别是从监听到活动（或者反之）更是相当有难度。这些模式在以下简要说明：

4.8.3 蓝牙状态转换

蓝牙各种子状态可以相互转换，在待机模式下，如果设备有数据传输的需求，可以有 2 中方式进入连接模式。第一：如果主设备知道从设备的蓝牙地址，可以采用直接寻呼的方式进入连接状态。第二：这个时候主设备不知道从设备的地址，通过查询来获得从设备的蓝牙地址，再进行寻呼，进入连接状态。也可以从连接状态进入各种低功耗模式。但是在进行射频测试中，我们必须要进入蓝牙的测试模式。

在微微网建立之前，所有设备都处于就绪(STANDBY)状态。在该状态下，未连接的设备每隔 1.28 秒监听一次消息，设备一旦被唤醒，就在预先设定的 32 个跳频频率上监听信息。跳频数目因地区而异，但 32 个跳频频率为绝大多数国家所采用。

连接进程由主设备初始化。如果一个设备的地址已知，就采用页信息(Page message)建立连接；如果地址未知，就采用紧随页信息的查询信息(Inquiry message)建立连接。查询信息主要用来查询地址未知的设备(如公用打印机、传真机等)，它与页信息类似，但需要附加一个周期来收集所有的应答。在初始页状态(PAGE state)，主设备在 16 个跳频频率上发送一串相同的页信息给从设备，如果没有收到应答，主设备就在另外的 16 个跳频频率上发送页信息。主设备到从设备的最大时延为两个唤醒周期（ 2.56 秒），平均时延为半个唤醒周期（ 0.64 秒）。

在微微网中，无数据传输的设备转入节能工作状态。主设备可将从设备设置为保持方式(HOLD mode)，此时，只有内部定时器工作；从设备也可以要求转入保持方式。设备由保持方式转出后，可以立即恢复数据传输。连接几个微微网或管理低功耗器件（如温度传感器）时，常使用保持方式。监听方式(SNIFF mode)和休眠方式（ PARK mode）是另外两种低功耗工作方式。在监听方式下，从设备监听网络的时间间隔增大，其间隔大小视应用情况由编程确定；在休眠方式下，设备放弃了 MAC 地址，仅偶尔监听网络同步信息和检查广播信息。各节能方式依电源效率高低排列为：休眠方式→保持方式→监听方式。

4.9 蓝牙纠错机制

蓝牙系统的纠错机制分为FEC和包重发。 FEC支持1／ 3率和2／ 3率FEC码。 1／ 3率仅用3bit重复编码，大部分在接收端判决，既可用于数据包头，也可用于 SCO连接的包负载。 2／ 3率码使用一种缩短的汉明码，误码捕捉用于解码，它既可用于SCO连接的同步包负载，也可用于ACL连接的异步包负载。使用FEC码，编／解码过程变得简单迅速，这对RX和TX间的有限处理时间非常重要。

在ACL连接中，可用ARQ结构。在这种结构中，若接收方没有响应，则发端将包重发。如上图所示，数据包从设备1没有接收到，所有从设备1给主设备发送NACK信号，在TX时隙上主设备重新发送数据B。从设备2的情况有所不同，它是接收到了主设备发送的数据包Z，所以回送ACK，但是主设备没有接收到ACK，所以主设备无法判断从设备2是否已经收到数据Z，因此在下一个TX时隙，主设备重发数据Z。

每一负载包含有一CRC，用来检测误码。 ARQ结构分为：停止等待ARQ、向后N个ARQ、重复选择 ARQ和混合结构。为了减少复杂性，使开销和无效重发为最小，蓝牙执行快ARQ结构：发送端在TX时隙重发包，在RX时隙提示包接收情况。若加入2／ 3率FEC码，将得到Ⅰ类混合ARQ结构的结果。 ACK／ NACK信息加载在返回包的包头里，在RX／ TX的结构交换时间里，判定接收包是否正确。在返回包的包头里，生成ACK／ NACK域，同时，接收包包头的ACK／ NACK域可表明前面的负载是否正确接收，决定是否需要重发或发送下一个包。由于处理时间短，当包接收时，解码选择在空闲时间进行，并要简化FEC编码结构，以加快处理速度。快速ARQ结构与停止等待ARQ结构相似，但时延最小，实际上没有由 ARQ结构引起的附加时延。该结构比向后N个ARQ更有效，并与重复选择 ARQ效率相同，但由于只有失效的包被重发，可减少开销。在快速ARQ结构中，仅有lbit序列号就够了（为了滤除在ACK／ NACK域中的错误而正确接收两次数据包）。

4.10 蓝牙技术特征总结

4.10.1 蓝牙技术的优势

1、支持语音和数据传输；

2、采用无线电技术，传输范围大，可穿透不同物质以及在物质间扩散；

3、采用跳频展频技术，抗干扰性强，不易窃听；

4、使用在各国都不受限制的频谱；

5、功耗低、成本低。

4.10.2 蓝牙的劣势

1、传输速度慢。具有 EDR 功能有所改善。

2、安全性不高。

4.10.3 蓝牙的技术性能参数

1、(V1.2)有效传输距离为 10cm~10m，增加发射功率可达到 100 米，甚至更远。

2、收发器工作频率为 2.45GHz 。

3、覆盖范围是相隔 1MHz 的 79 个通道（从 2.402GHz 到 2.480GHz ）。

4、数据传输技术使用短封包，跳频展频技术， 1600 次/秒，防止偷听和避免干扰；

5、每次传送一个封包，封包的大小从 126~287bit；

6、封包的内容可以是包含数据或者语音等不同服务的资料。

7、数据传输带宽为同步连接可达到每个方向 32.6Kbps，接近于 10 倍典型的56kb/s Modem 的模拟连接速率。

8、异步连接允许一个方向的数据传输速率达到 721kb/s，用于上载或下载，这时相反方向的速率是 57.6kb/s。

9、数据传输通道为留出 3 条并发的同步语音通道，每条带宽 64kb/s；语音与数据也可以混合在一个通道内，提供一个 64kb/s 同步语音连接和一个异步数据连接。

10、网络连接使用加密技术，同时采用口令验证连接设备，可同时与其他 7 个以内的设备构成蓝牙微网（ Piconet）1 个蓝牙设备可以同时加入 8 个不同的微网，每个微网分别有 1Mb/s 的传输频宽，当 2 个以上的设备共享一个Channel 时，就可以构成一个蓝牙微网，并由其中的一个装置主导传输量，当设备尚未加入蓝牙微网时，它先进入待机状态。

8、异步连接允许一个方向的数据传输速率达到 721kb/s，用于上载或下载，这时相反方向的速率是 57.6kb/s。

9、数据传输通道为留出 3 条并发的同步语音通道，每条带宽 64kb/s；语音与数据也可以混合在一个通道内，提供一个 64kb/s 同步语音连接和一个异步数据连接。

10、网络连接使用加密技术，同时采用口令验证连接设备，可同时与其他 7 个以内的设备构成蓝牙微网（ Piconet）1 个蓝牙设备可以同时加入 8 个不同的微网，每个微网分别有 1Mb/s 的传输频宽，当 2 个以上的设备共享一个Channel 时，就可以构成一个蓝牙微网，并由其中的一个装置主导传输量，当设备尚未加入蓝牙微网时，它先进入待机状态。