藍牙無線技術---陳友祥 (中無通訊第102期)
本帖最後由 VR2ZWP 於 4-5-2023 21:30 編輯本文原刋載於 中無通訊第102期(2023年4月版) ，作者為 陳友祥先生。
藍牙 無線技術Bluetooth Wireless Technilogy
藍牙，最易想起耳機，由最初拖住個電池盒，到今日細細粒，藍牙咪，唔怕回輸，不用拉線，條形音箱 ( Soundbar )，容易安裝...實際上還有很多產品，家用電話有藍牙，手機連通後變室內子機，手機打街線，與家用電話對講，汽車音響連接手機成免提通話，成車人聽到你講話 ( 一笑 有其他免提方法 )，藍牙打印機 ( Printer ) 電腦周邊，藍牙遙控燈掣...新的藍牙陸續有來。
藍牙 Bluetooth 屬短距離無線傳輸技術 SRW ( Short Range Wireless )之一，尚有很多如 Zeebee、WiFi、更短距離之近場通訊 NFC ( Near Field Communication )...
藍牙源於 愛立信 Ericsson 及 Nokia 採用 short-link 技術開發無線耳機，1996年Intel、Ericsson、Nokia 聯同定立技術標準，用了一位古丹麥和挪威的國王的稱號 "藍牙"，國王團結了斯堪的納維亞半島，統一了丹麥與挪威各部族，死後牙齒呈深藍色而得名。國王名字 King Harald "Bluetooth"Gormsson，藍牙標誌是把 Harald 的首字母 Younger Futhark 符文 (Hagall) (ᚼ) 和 (Bjarkan) (ᛒ) 的組合。
藍牙技術聯盟 Bluetooth Special Interest Group 簡稱 SIG，1998年於美國西岸成立，成員包括：新力愛立信 Sony Ericsson，東芝 Toshiba，諾基亞 Nokia，英特爾 Intel及 國際商業機器公司 IBM，藍牙技術公開，技術資料可在 Bluetooth 網頁下載。
藍牙技術分兩階段，早期的稱作傳統藍牙 ( Bluetooth Classic )，於短距離範圍，用無線取代接線，隨後發展功能更強大的低功耗藍牙 LE ( Bluetooth Low Energy )， ( 見表一 )，最新規格是 Version 5.4。 表一：Bluetooth Classic 與 Bluetooth LE 比較
藍牙採用免授權 ISM 2.4 GHz 頻段 ( 2.400 MHz ~ 2.4835 MHz )，使用高斯頻移鍵控 GFSK 調制，還有兩款調制方式，發射功率 1mW ~ 100mW 分三級 ( 見表二 )，藍牙設備會按訊號強弱，調整發射功率，分 79 個頻道 ，每頻道 1MHz，使用跳躍展頻技術 FHSS，每秒跳動 1600 次，稱作傳統藍牙 ( Bluetooth Classic )。
ISM bands (Industrial, Scientific, and Medical) 供科學、醫療和工業設備一般使用 GFSK ( Gaussian frequency-shift keying Modulation ) FHSS ( Frequency-Hopping Spread Spectrum )
表二：發射功率規格 Version 5.4
本帖最後由 VR2ZWP 於 4-5-2023 21:06 編輯
低功耗藍牙 LE ( Bluetooth Low Energy )，於 2010 年發表，更省電，用途更廣，同是 2.4 GHz 頻段 ( 2.400 MHz ~ 2.4835 MHz )，改為 40 個頻道，每頻道 2MHz，GFSK 調制，FHSS 跳頻，增加了數據傳輸方式。
藍牙設備採用主從配置，分主機 ( Master ) 子機 ( Slave )，主機負責頻道調配、數據傳輸方式..等功能，角色亦可互換 (只能做子機者例外 )，先要求連線者便成主機，亦可釋放主機功能變成子機，子機只能與主機連通，藍牙網路由一對裝置組成，最多可擴展至八個裝置 ( 主機 + 七個子機 ) 組成一個微微網 ( Piconet )，多個微微網組成散射網 ( Scatternet ) 擴展覆蓋範圍並增加裝置數量 ( 見圖一 )。
圖一：Point to Point，Piconet and Scatternet
藍牙配對簡單，只要打開藍牙，周圍的藍牙設備就會顯示，選擇需要者即可，選擇後留下記憶，下次接近即會連通，有產品第一次使用，會要求輸入簡單密碼，以作識別，沒有顯示器的用閃燈，按一下指定的按掣確定連接。
圖二：藍牙配對後留下記憶
藍牙音頻 ( Audio ) 及數據 ( Data ) 通過無線電波傳送，音頻編碼成數碼，高頻送出，接收後解碼成音頻，放大後輸出喇叭或耳機，藍牙 LE 用上新的 LC3 編碼技術，編、解碼過程兼顧省電與效率，同樣音質的音頻訊號，輸出數據速率( Data rate ) 比前縮小近半，多流音頻 ( Multiple-streams audio)，左、右聲道分別接收，減少延遲，提升了音質 ( 見圖三 )。
LC3 Low Complexity Communications Codec 低複雜性通信編碼
圖三：LE audio 多流音頻，左、右聲道分別接收
本帖最後由 VR2ZWP 於 4-5-2023 21:24 編輯
圖四：藍牙 LE 新功能 ( 取自 SIG 網頁 )
Auracast 音頻廣播 ( Auracast broadcast audio )，在任何地方設置多個廣播台，周邊的人都能用配合器材收到聲音，手機通過 Broadcast scan 選擇廣播台並接通收聽，亦可加密給只獲授權人仕收聽，在博物館，人走到展品面前，立即會聽到介紹，助聽器加上此功能，弱聽人仕同樣能收聽，此功能可以加到戲院、醫院、公眾會堂 ...
藍牙定向，有如無線電定向，在大型展覽會場地、商場、機場...協助人們找尋場館、商店、登機口...甚至商品，採用三點定位 ( 設立三個發射器 ) 還可以給物流貨倉尋找貨品。
圖五：幾蚊掏返嚟嘅藍牙立體聲，天線印在 PCB
圖六：一粒 IC 做晒接收同解碼，加放大可以出喇叭
參考資料https://www.bluetooth.com/learn-about-bluetooth/tech-overview/https://www.bluetooth.com/media/le-audio/le-audio-faqs/https://www.bluetooth.com/learn-about-bluetooth/recent-enhancements/le-audio/https://www.bluetooth.com/bluetooth-resources/enhancing-bluetooth-location-services-with-direction-finding/
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