有人好奇過藍(lán)牙嗎?它究竟是怎么做到 把兩臺(tái)不認(rèn)識(shí)的設(shè)備連接起來,又是怎么做到 無線跟有線一樣,連接的時(shí)候不被其他信號(hào)干擾的?
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藍(lán)牙既然是無線傳輸,那肯定又是電磁波了,拿經(jīng)典藍(lán)牙舉例,它在電磁光譜中的通信頻段是2.4GHz(頻率范圍是2400 MHz 到 2483.5 MHz),大概是這個(gè)位置,所以為了充分利用好這個(gè)開放頻段,經(jīng)典藍(lán)牙就把信道分成了79份,每個(gè)信道里面只有1MHz的帶寬。
明確了這個(gè)前提之后,讓我們看看耳機(jī)跟手機(jī)是怎么進(jìn)行連接和溝通的。
在連接之初,耳機(jī)和手機(jī)需要進(jìn)行一些簡(jiǎn)單的會(huì)話,來確定對(duì)方是不是自己要連接的設(shè)備,所以這些信道里就單獨(dú)分出了兩類,“查詢信道”和“頁(yè)面信道”,讓它們來完成確認(rèn)對(duì)話的工作。
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首先,耳機(jī)會(huì)在0、32、64(都是跳頻,一次只發(fā)一個(gè)信道),這三個(gè)信道里發(fā)出廣播,表明自己可以被連接,手機(jī)監(jiān)測(cè)到之后,在8、40、72里面發(fā)出連接請(qǐng)求,其中就包括手機(jī)的藍(lán)牙版本、設(shè)備地址等信息。耳機(jī)監(jiān)測(cè)到這個(gè)請(qǐng)求之后,就會(huì)對(duì)這些信息進(jìn)行判斷,如果符合自己的預(yù)期,就會(huì)向手機(jī)發(fā)送確認(rèn)信息(8、40、72),表示自己準(zhǔn)備好進(jìn)入連接狀態(tài)了。
連接狀態(tài)主要就是雙方互通信息以及確認(rèn)的步驟。手機(jī)和耳機(jī)會(huì)通過“身份驗(yàn)證協(xié)議”,確認(rèn)對(duì)方設(shè)備的合法性,如果可以就交換密鑰,穩(wěn)定傳輸鏈路,用來確保接下來的數(shù)據(jù)傳輸不會(huì)被竊聽或篡改,并且這份密鑰,如果手機(jī)端不主動(dòng)取消,就會(huì)一直保存,即使藍(lán)牙斷開重連。這就解釋了,為什么只需要手動(dòng)連接一次,之后就可以直接使用了。
那么傳輸鏈道穩(wěn)定之后,手機(jī)就會(huì)通過“服務(wù)發(fā)現(xiàn)協(xié)議”了解耳機(jī)支持的功能,然后根據(jù)“藍(lán)牙高級(jí)音頻分發(fā)協(xié)議”建立音頻通道,再根據(jù)耳機(jī)支持的編解碼器(如SBC、AAC等)來調(diào)整音頻傳輸?shù)馁|(zhì)量和壓縮方式。
總之,經(jīng)過這通操作之后,兩臺(tái)原本毫無關(guān)系的設(shè)備,就算連接起來了。
那么為什么在同一個(gè)房間內(nèi),多臺(tái)手機(jī)跟多臺(tái)耳機(jī)的連接不會(huì)混淆呢?
因?yàn)樵谥暗拿荑€交換中,設(shè)備之間就已經(jīng)確定了對(duì)方的ip地址,在使用的時(shí)候,數(shù)據(jù)包是由訪問地址,標(biāo)頭,有效載荷和CRC校驗(yàn)組成的,訪問地址用來區(qū)分使用的藍(lán)牙設(shè)備,標(biāo)頭可以確保數(shù)據(jù)的可靠性和穩(wěn)定性,有效載荷就是你要傳輸?shù)男畔ⅲ珻RC校驗(yàn)是用來檢測(cè)這一幀信息是否正確的。
也就是說,數(shù)據(jù)包只會(huì)被固定的設(shè)備接收,其他設(shè)備即使掃描到了也無法解析,所以會(huì)直接無視掉。
可是說了這么多,那些標(biāo)頭,CRC什么的,究竟是怎么傳輸?shù)哪兀簿褪钦f,藍(lán)牙的0和1是通過什么來表達(dá)的。
先前我們提到藍(lán)牙是有專用的信道的,但肯定不是一個(gè)信道代表一個(gè)數(shù)字。因?yàn)殡m然藍(lán)牙在開著的時(shí)候,會(huì)以每秒1600次的速率進(jìn)行跳頻,但不是每一次都會(huì)工作,它只在有信息傳輸?shù)臅r(shí)候,才會(huì)把這些信息分成很多個(gè)數(shù)據(jù)包,然后每次跳躍發(fā)送一小串,所以其實(shí)是需要在每個(gè)信道內(nèi)都做區(qū)分的。
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頻率調(diào)制
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相位調(diào)制技術(shù)
事實(shí)上,藍(lán)牙是采用“頻率調(diào)制”和“相位調(diào)制技術(shù)”這兩種方式,來區(qū)分每個(gè)信道的0和1的,頻率是單位時(shí)間內(nèi)波的周期數(shù),頻率越高,波形越密,頻率越低,波形就越稀疏;相位指的是波形的偏移量,簡(jiǎn)單來說就是,控制一個(gè)周期內(nèi)波形的開始位置,這是它們的區(qū)別。
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區(qū)別
然后,調(diào)制后的信號(hào)會(huì)通過載波調(diào)制到2.4 GHz的正弦波上,以電磁波的形式通過藍(lán)牙發(fā)送給另一個(gè)設(shè)備,從而達(dá)到信息傳輸?shù)哪康摹2磺宄d波這一步的,可以跳轉(zhuǎn)到無線電報(bào)那期,有詳細(xì)講解。
所以,雖然藍(lán)牙的通信頻段是2.4GHz,但實(shí)際數(shù)據(jù)在CPU和藍(lán)牙模塊之間的傳輸速率,最高只能達(dá)到3 Mbps。
這里是球村冷知識(shí),感謝關(guān)注,我們下期再見。
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