蓝牙工作原理

由:Curt富兰克林克里斯Pollette|
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虽然蓝牙技术已经成为耳机的代名词,但它乐动-软件被用于各种无线设备。布鲁姆制作/盖蒂图片社

随着我们的世界联系越来越紧密,我们采用了许多技术来帮助我们与朋友和家人保持联系。乐动-软件其中最流行的是蓝牙技术,它可以在我们每天使用的许多设备中找到。乐动-软件的无线技术乐动-软件连接鼠标和键盘到我们的电脑。它连接我们的手机和汽车它能让我们在早上上下班的路上赶上最新的播客,还能把我们的智能手表和活动追踪器与我们的智能手机连接起来。

当任何两个设备需要相互通信时,它们必须在对话开始之前就一些要点达成一致。第一个共识是身体上的:他们是通过电线还是无线信号交谈?如果他们使用电线,需要多少根——1根、2根、8根还是25根?一旦确定了物理属性,就会出现几个问题:

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  • 一次将发送多少数据?例如,串口发送数据1同时,并行端口一次发送若干位。
  • 他们将如何相互交谈?电子讨论中的所有各方都需要知道比特的含义,以及他们接收到的信息是否与发送的信息相同。这意味着开发一组命令和响应,称为协议

蓝牙特殊兴趣小组(Bluetooth Special Interest Group, SIG)在不需要物理连接的情况下创建了无线技术标准,供硬件制造商在创建新设备时使用。乐动-软件随着技乐动-软件术的发展,无线通信技术也在发展。在撰写本文时,开发人员使用两种蓝牙技术标准来保持连接。乐动-软件虽然相似,但有细微的差异,使它们适用于不同的应用程序。下面我们将了解两种类型的蓝牙技术。乐动-软件

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蓝牙连接

无线通信现在是一种普遍现象。我们很多人在办公室和家里都有WiFi网络。但蓝牙设备之间直接通信,而不是通过中间设备(如无线路由器)发送流量。这使得生活非常方便,并保持极低的电力消耗,改善电池的生活。

蓝牙设备使用低功耗进行通信无线电波频率介乎2.400 GHz至2.483.5 GHz[来源:蓝牙特别兴趣小组(SIG)].这是由工业、科学和医疗设备(ISM)使用的国际协议规定的少数波段之一。

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您可能已经使用的许多设备都利用了相同的无线电频段,包括婴儿监视器车库门开关和最新一代的无绳电话.确保蓝牙设备和其他无线通信技术不会相互干扰是至关重要的。乐动-软件

截至2020年,蓝牙技术有两种类型:低功耗蓝牙(LE)和经典蓝牙(乐动-软件更正式的说法是蓝牙基本速率/增强数据速率,或BR/EDR)[来源:蓝牙技术联盟].两者都使用相同的频段,但蓝牙LE是目前为止更受欢迎的选择。它需要更少的能量来运行,除了允许两个设备之间的点对点连接进行通信外,还可以用于广播或网状网络。

经典的蓝牙技术可以提供比蓝牙LE稍高的数据速乐动-软件率(3mbs而不是1Mbs或2mbs),但只能用于使用点对点连接的两台设备之间的直接通信。两种类型的蓝牙技术都有其独特的优势,制造商采用最适合其产品需求的版本。乐动-软件

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蓝牙技术如何运作乐动-软件

蓝牙BR/EDR设备必须始终配对,这一过程导致两个设备相互信任,并能够使用加密以安全的方式交换数据。

当蓝牙BR/EDR设备在彼此的范围内时,会发生电子对话,以确定它们是否相互信任并共享数据。乐动体育网站5.0用户通常不需要按下按钮或发出命令——电子对话自动发生。一旦对话发生,这些设备——无论它们是计算机系统的一部分还是立体声音响——就形成了一个网络。

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蓝牙LE的工作方式不同。设备也可以配对以在它们之间形成可信的关系,但并非所有类型的产品都需要这样做。希望被发现的蓝牙LE设备在一个称为广告的过程中广播特殊消息(称为数据包)。广告包包含关于广告设备的有用信息。另一个合适的设备将通过扫描(监听)广告包并选择来自合适设备的广告包来找到广告设备。通常情况下,扫描只有在用户触发时才会发生,比如在智能手机应用程序中按下一个按钮。通常情况下,用户会看到已发现的适当设备的详细信息,然后选择一个设备进行连接。

连接到同一中心设备(例如,智能手机)的蓝牙外围设备(例乐动体育网站5.0如,活动跟踪器和智能手表)形成个人区域网络(PAN)或微微网这可能会填满一整栋楼,也可能只相当于你口袋里的智能手机和手腕上的手表之间的距离。一旦一个微型网络建立起来,它的成员就会一致地跳跃无线电频率,这样它们就能彼此保持联系,避免干扰可能在同一房间运行的其他蓝牙微型网络或使用其他无线技术(如WiFi)的设备。乐动-软件蓝牙技术甚至可以了解乐动-软件哪些无线电信道工作正常,哪些信道受到干扰,从而动态避免不良信道,只使用没有干扰的信道。这个过程叫做自适应跳频使蓝牙设备能够很好地工作,即使在有大量无线设备运行的环境中。

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蓝牙范围

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蓝牙技术支持智能手机乐动-软件和智能音箱。Yagi工作室/Getty Images

尽管许多人认为蓝牙主要是一种短距离技术,但它也可以用于连接距离超过一公里(3280英尺)的设备[来源:乐动-软件蓝牙技术联盟].事实上,许多类型的产品,如无线耳机,都要求设备的通信范围非常短。但由于蓝牙技术非常灵活,可以根据应用程序的需乐动-软件要进行配置,制造商可以调整设备上的蓝牙设置,以达到所需的范围,同时最大限度地延长电池寿命,实现最佳信号质量。

有几个因素会影响蓝牙设备的范围:

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  • 无线电频谱:蓝牙技术的频带使其成为乐动-软件无线通信的良好选择。
  • 物理层(PHY):定义了如何使用无线电传输和接收数据的一些关键方面,如数据速率、如何执行错误检测和纠正、干扰保护以及在不同范围内影响信号清晰度的其他技术。乐动-软件乐动体育网站5.0
  • 接收机灵敏度:接收机仍能接收并正确解码数据的最小信号强度的量度。
  • 传动功率如你所料,传输的信号强度越高,可以达到的距离就越远。但增加传输功率也会更快地耗尽电池。
  • 天线增益从本质上讲,这是将从发射机发出的电信号转换成无线电波,然后在接收端再转换回来。
  • 路径损耗:有几个因素可能会减弱信号,包括距离、湿度和信号传播的介质(如木材、混凝土或金属)。乐动体育网站5.0

蓝牙技术的最新更新之一介绍了一种技术称为乐动-软件前向纠错(FEC),以提高接收器的灵敏度。FEC可以纠正接收端检测到的数据错误,并在不使用更多发射功率的情况下将设备的有效距离提高4倍或更多。这意味着当设备距离发射机的距离远得多时,它可以成功地接收数据,而发射机的信号要弱得多[来源:蓝牙技术联盟].

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蓝牙安全

蓝牙技术包括许多安全乐动-软件措施,甚至可以满足最严格的安全要求,如包括在联邦信息处理标准(FIPS)。

在设置新设备时,用户通常会经历一个名为配对.配对为每个设备配备了特殊的安全密钥,并使它们相互信任。需要配对的设备将不会连接到尚未配对的另一个设备。

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这些安全密钥允许蓝牙技术以多种方式保护数据和用户。乐动-软件例如,设备之间交换的数据可以加密,这样其他设备就无法读取。它还可以允许作为设备身份的地址,包括在无线数据交换中,每隔几分钟就可以伪装和更改。这可以保护用户免受使用个人电子设备传输的数据被跟踪的风险。

如果你拥有蓝牙设备,你一定亲身经历过。例如,如果你买了一个无绳鼠标,当你第一次打开它时,你就把它与你计划使用的设备配对。你可以打开鼠标,一旦在附近的蓝牙配件列表中看到它的名字,就可以转到电脑上的蓝牙设置,对设备进行配对。根据设计,一台电脑可以同时处理多个蓝牙连接。你可能需要使用无绳鼠标、键盘和耳机。

然而,这些配件的制造商打算限制每次只能连接一个。乐动体育网站5.0你希望你的键盘只能在你的电脑上打字,或者你的耳机只能听手机的声音。有些设备允许用户将设备与多台电脑、平板电脑或手机配对,但一次可能只允许连接一台。这完全取决于制造商认为什么对他们的产品是明智的。

有些设备在与另一个设备配对时需要一个安全代码。这是一个例子身份验证它确保您正在与之建立信任关系的设备是您认为的设备,而不是环境中的其他设备。例如,许多汽车让你不用把手从方向盘上拿开就可以接电话。当你第一次想使用这个设备时,你必须将你的手机和汽车的音频系统配对,使用汽车的娱乐显示器和你的智能手机。汽车会给你一个号码,让你输入。你的手机让你知道一个设备想要配对使用一个数字代码。您从娱乐显示中输入代码,以确认这是一个经过授权的配对。之后,你就可以使用免提电话系统,而无需再次配对。

用户还可以控制一个设备对其他蓝牙设备的可见性。例如,在电脑或智能手机上,你也可以简单地将设备的蓝牙模式切换为“不可发现”模式,或者干脆禁用蓝牙,直到你再次需要它。

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最初发布日期:2019年11月11日

蓝牙常见问题解答

WiFi和蓝牙有什么区别?
WiFi和蓝牙都是用于连接设备的无线技术,但WiFi主要用于将设备连接到互乐动-软件联网,而蓝牙则用于在电子设备之间短距离传输数据。
什么是蓝牙驱动程序?
蓝牙驱动程序允许蓝牙笔记本电脑、台式电脑或平板电脑与其他蓝牙设备(如鼠标、键盘和耳机)之间进行无线通信。乐动体育网站5.0它通常可以同时与多个蓝牙设备配对。
哪些设备使用蓝牙?
蓝牙是作为有线键盘、耳机和扬声器的无线替代品而发明的。乐动体育网站5.0现在,蓝牙被广泛应用,从连接我们的手机到我们的汽车,从耳机到我们的手机,到智能家庭安全设备。乐动体育网站5.0
谁来监管蓝牙技术?乐动-软件
蓝牙特别兴趣小组(SIG)为硬件制造商创建新设备时使用的无线技术标准。乐动-软件
最新的蓝牙版本是什么?
蓝牙5.2是蓝牙无线通信标准的最新版本。此外,SIG在2020年1月宣布了一种新的蓝牙音频标准,称为LE(低能量)音频。
如何在电脑上添加蓝牙?
大多数个人电脑已经内置了蓝牙,所以在购买任何东西之前,请仔细检查一下你的电脑是否真的没有。如果你需要添加蓝牙,你需要一个免费的USB端口。购买一个USB蓝牙适配器或加密狗并将其插入端口,然后从适配器制造商的网站上下载驱动程序(或者它可能会提示您自己下载)。一旦你完成了这些,你就可以配对你的蓝牙设备并开始使用它们了。

更多信息

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更多优质链接

来源

  • Afaneh,穆罕默德。《关于蓝牙范围你不知道的5件事》Bluetooth.com。(2020年8月26日)https://www.Bluetooth.com/bluetooth-resources/5-things-you-dont-know-about-bluetooth-range/
  • 蓝牙特别兴趣小组(SIG)(2019年10月21日)http://www.Bluetooth.com
  • 蓝牙技术联盟。“蓝牙核心规范v5.1。”2019年1月21日。(2019年10月28日)https://www.Bluetooth.org/docman/handlers/downloaddoc.ashx?doc_id=457080
  • 蓝牙技术联盟。“了解蓝牙:无线电版本。”(2020年8月25日)https://www.Bluetooth.com/learn-about-Bluetooth/bluetooth-tech乐动-软件nology/radio-versions/
  • 蓝牙技术联盟。“了解蓝牙范围。”(2019年10月27日)https://www.Bluetooth.com/bluetooth-tec乐动-软件hnology/range/
  • 古德曼,拉尔夫。“智能锁和蓝牙如何让你的家更安全。”2016年6月14日。(2020年8月25日)https://www.bluetooth.com/blog/part-2-how-do-smart-locks-and-bluetooth-work-to-keep-your-home-safe/
  • 伍利,马丁,高级开发者关系经理,EMEA,蓝牙特殊兴趣集团,公司,个人面试。(2020年8月31日)
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