【Funpack】蓝牙技术 QA

蓝牙技术的应用场景？

蓝牙其实有很多应用场景。目前很多的消费品类产品如蓝牙耳机、蓝牙音箱、车载多媒体、蓝牙手环、蓝牙防丢器、蓝牙血压计、蓝牙体重秤，都使用蓝牙进行数据交互与控制。比如开车时，开启导航将手机蓝牙与车载蓝牙连接，可以将音频视频数据流通过手机蓝牙传送到耳机、音箱等设备上。都是智能设备与蓝牙手机连接，将数据发送到手机终端。

在某一些应用场景当中，需要考虑低于安卓5.0系统的手机不支持 BLE，所以选择双模，以保证手机的兼容性。但随着手机产品的迭代和更新，较老的型号被淘汰，价格等因素，双模逐渐被单模替代。蓝牙传输常见使用广播方式和透传方式进行传输数据。同时蓝牙传输还区分主动与被动传输。

当前的蓝牙体重秤，是以主动形式传输，将提前将手机的 MAC 地址存储在体重秤内部，当每次测量完成后，蓝牙体重秤主动连接手机蓝牙，连接成功后将数据传输到手机端。蓝牙的优点：随时随地连接，没有额外的费用。目前蓝牙普及率高，缺点：数据透传只能一对一的连接与传输。信号覆盖范围小，传输距离短，一般的单位时间内的能传输的数据流容量小。

什么是蓝牙协议栈?

蓝牙协议是一种通信协议。通常，我们将某种协议的实现代码称为协议栈。 BLE 协议栈是实现低功耗蓝牙协议的代码。

蓝牙协议包括基础率/增强数据率（BR/EDR）和低功耗（LE）。

蓝牙协议栈模块是如何工作的?

通常有三种工作方式。

1. 主机+控制器双芯片标准架构

蓝牙 SIG 标准允许苹果等移动电话制造商用新的 AP 替换旧的 AP（访问协议），而无需更改蓝牙模块；同样，用新的蓝牙模块替换旧的蓝牙模块，AP 端也不需要进行任何更改。该标准将蓝牙协议栈分为两部分：主机和控制器。主机在 AP 上运行，控制器在蓝牙模块上运行。两者通过 HCI 协议进行通信，因此我们将其称为双芯片标准解决方案。

2. 单片机控制整个蓝牙协议栈

手机蓝牙配件是另一个常见的应用。通常，手机配件的功能比较简单，通常损耗很小。使用芯片来实现整个蓝牙协议栈是一个不错的选择。所有功能都放在一个芯片上，即主机和控制器在同一芯片上。物理 HCI 不需要存在。通过 API 直接相互交互。

3. 定制双芯片架构

某些蓝牙设备的功能要求很复杂。它需要功能非常强大的 MCU 作为主应用程序，并且蓝牙 SoC 只是整个系统的一部分。在这种情况下，大多数蓝牙协议栈功能或整个蓝牙协议栈功能都是跑在蓝牙 SoC 中运行，而蓝牙应用程序则在主 MCU 中运行。主 MCU 和蓝牙 SoC 之间的通信协议由厂商自己定义，因此称为定制双芯片架构解决方案。这种方案也很常见。 HCI 接口用于主 MCU 和蓝牙 SoC 之间的通信，由于这里的 HCI 只是用来进行物理通信，通信的主体不是主机和控制器，通信数据包不符合 Bluetooth SIG 标准。

单模和双模是什么意思？

单双模说明：蓝牙目前有分为 2.0/3.0/4.0/5.0 多个版本，3.0 的蓝牙和兼容 2.0 的蓝牙，但 4.0 并不对低版本进行兼容。其中常说 BLE 指的是 4.0，而经典蓝牙 SPP 就是 3.0 版本。5.0 版本的蓝牙，主要对比以前版本的优势是可以组网，但目前没有产品使用的不多。主要是以 BLE4.0 的单模比较常见。

什么是单模，就是指有一种蓝牙版本，运行一种蓝牙协议栈的模块，常用在BLE模块时，是单模式模块，简称单模。什么是双模，内置两个蓝牙版本，运行两套协议栈的蓝牙模块。

单模，双模的区别在于兼容的蓝牙协议数量。

什么是蓝牙双模标准？

蓝牙无线通讯技术从 4.0 开始包含两个蓝牙标准，准确来讲，是蓝牙史上第一个双模标准的开始。

它包含传统蓝牙部分（称为经典蓝牙 Classic Bluetooth）和低功耗蓝牙两个部分（Bluetooth Low Energy）。这两个部分分别适用于不同的应用或者应用条件。传统蓝牙（也称之为经典蓝牙）是在之前的 1.0.1.2、2.0+EDR、2.1+EDR、3.0+EDR 等基础上发展和完善起来的，而低功耗蓝牙是 Nokia 的 Wibree 标准上发展起来的。

经典蓝牙可以用数据量比较大的传输，如：图像、视频、音乐等。低功耗蓝牙的数据传输用于实时性要求比较高但数据速率比较低的产品，如智能穿戴设备、遥控类的，鼠标，键盘，遥控鼠标（Air Mouse），还有传感设备的数据发送，如心跳带，血压计，温度传感器等等、其应用的行业和方向也比较广泛。

开发者选经典蓝牙，还是 BLE 还是双模蓝牙?

A、经典蓝牙：

1）、传声音：如蓝牙耳机、蓝牙音箱。蓝牙设计的时候就是为了传声音的，所以是近距离的音频传输的不二选择。现在也有基于 WIFI 的音频传输方案，例如 Airplay 等，但是 WIFI 功耗比蓝牙大很多，设备无法做到便携。因此固定的音响有 WIFI 的，移动的如耳机、便携音箱清一色都是基于经典蓝牙协议的。

2）、传大量数据：例如某些工控场景，使用 Android 或 Linux 主控，外挂蓝牙遥控设备的，可以使用经典蓝牙里的 SPP 协议，当作一个无线串口使用。速度比 BLE 传输快多了。

B、BLE 蓝牙:

1）、耗电低，数据量小，如遥控类（鼠标、键盘），传感设备（心跳带、血压计、温度传感器、共享单车锁、智能锁、防丢器、室内定位）。

2）、目前手机和智能硬件通信的性价比最高的手段，直线距离约50米，一节5号电池能用一年，传输模组成本便宜，远比 WIFI、4G 等大数据量的通信协议更实用。虽然蓝牙距离近了点，但胜在直连手机，价格超便宜。以室内定位为例，商场每家门店挂个蓝牙 beacon，就可以对手机做到精度10米级的室内定位，将来的蓝牙5.1更可以实现厘米级室内定位。

C、双模蓝牙:

1）、智能电视遥控器：很多智能电视配的遥控器带有语音识别，需要用经典蓝牙才能传输声音。而如果做复杂的按键，例如原本键盘表上没有的功能，经典蓝牙的 HID 按键协议就不行了，得用 BLE 做私有协议。

2）、降噪耳机：很多降噪耳机上通过 APP 来调节降噪效果，也是通过 BLE 来实现的私有通信协议。

有哪些蓝牙芯片厂商？

目前出名的蓝牙芯片厂商，CSR、博通、IT、Nordic，还有台湾创杰、珠海杰理等。全球主要低功耗蓝牙厂商有 Nordic、Dialog、TI、ST、Cypress、Silicon lab、Microchip、Toshiba、泰凌微等。

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蓝牙为什么采用跳频通信？

与定频通信相比，跳频通信比较隐蔽也难以被截获。只要对方不清楚载频跳变的规律，就很难截获我方的通信内容。同时，跳频通信也具有良好的抗干扰能力，即使有部分频点被干扰，仍能在其他未被干扰的频点上进行正常的通信。由于跳频通信系统是瞬时窄带系统，它易于与其他的窄带通信系统兼容，也就是说，跳频电台可以与常规的窄带电台互通，有利于设备的更新。

蓝牙跳频技术，是实现蓝牙扩谱的关键技术。由于 2.4GHz ISM 频段是对所有无线电系统都开放的频段，而蓝牙系统不是工作在该频段的第一个系统，大多数无线局域网、某些无绳电话以及某些军用或民用通信都在使用该频段，微波炉、高压钠灯的无线电波也在此频率范围之内，所以 ISM 频谱已变得相当拥挤而嘈杂，使用 ISM 频段的任何系统都会遇到干扰。蓝牙技术通过使用扩频的方式，使得系统所传输的信号工作在一个很宽的频带上，传统的窄带干扰只能影响到扩频信号的一小部分，这就使得信号不容易受到电磁噪声和其他干扰信号的影响，从而更加稳定。同时，蓝牙以跳频技术作为频率调制手段，如果在一个频道上遇到干扰，就可以迅速跳到可能没有干扰的另一个频道上工作；如果在一个频道传送的信号因受到干扰而出现了差错，就可以跳到另一个频道上重发，从而加强了信号的可靠性和安全性。

由于扩频降低了信号的功率谱密度，所以被监听的可能也大大减小了，对其他窄带通信系统的干扰也很小。蓝牙采用跳频技术进行扩频，上述的伪随机扩频码序列在蓝牙技术内被称为跳频序列。蓝牙主设备决定跳频序列，从设备依照该序列以每秒 1600 跳的频率进行跳频。双方需要周期进行同步，以保证在可容许的误差内同时跳到相同的频率。