技术原理
蓝牙的传输频率为2.47 GHz，即蓝牙信号每秒可切换状态达24亿次。起初我曾以为信号每变化一次即可传递一个移位的信息。按照这一假设，蓝牙在一秒内理论上能够传输24亿位的信息。由于一个字节等于8个比特，计算可得蓝牙的理论最大传输速度可达到300 MB/s。
然而，蓝牙的实际最高传输速度仅为约3 MB/s，与理论计算的300 MB/s存在显著差距。
蓝牙通信的本质是在无线信道中传输二进制的"0"和"1"，以实现设备之间的数据交互。然而，不同的通信协议采用的具体数据格式和帧结构各不相同，这使得它们在性能和应用场景上有所差异。
例如，在某些通信协议中，一帧数据可能仅包含10位信息，而在其他复杂的协议中，每帧数据可能达到108位，以支持更多的信息传输。对于蓝牙通信，其主要分为经典蓝牙（BR/EDR）和低功耗蓝牙（BLE）两种类型，其数据帧格式也存在显著差异：
经典蓝牙（BR/EDR）
每帧数据包的最大长度为357字节。
帧结构通常包括访问码、标头（Header）和数据负载（Payload）。访问码用于设备间的同步，标头携带设备地址、类型及校验信息，而数据负载承载用户的实际数据内容。
经典蓝牙通常用于高带宽场景，如音频传输、文件共享等。
低功耗蓝牙（BLE）
每帧数据包的最大长度为261字节。
帧结构更加紧凑，通常包括Preamble（序言）、访问地址、协议数据单元（PDU）和CRC校验字段。PDU中既包含控制信息，也包含有效数据。
BLE以低功耗为核心，主要应用于物联网设备和传感器通信，适合小型数据包的传输需求。
经典蓝牙
经典蓝牙的协议构成包含多个部分，各部分具有不同的功能，以确保通信的可靠性和准确性。具体结构如下：
访问地址（Access Address）
开头为9个字节的访问地址。
访问地址的主要作用是区分每一个蓝牙设备，确保数据能准确地发送到目标设备。
标头（Header）
紧接访问地址的是7个字节的标头。
标头的作用是提供数据的控制信息，包括数据类型、传输状态以及其他与协议相关的信息，以确保通信的可靠性和稳定性。
数据域（Payload）
标头之后是数据域，其长度在0到339字节之间。
数据域承载实际传输的数据内容。例如，当传输的是简单的控制指令时，数据域可能非常短，仅包含1到2个字节的信息；而在传输音频信号时，数据域的长度可能达到数百字节，以满足高数据量的需求。
CRC校验（Cyclic Redundancy Check）
数据帧的最后2个字节为CRC校验字段。
CRC校验的作用是验证接收数据的完整性，检测传输过程中可能出现的错误，从而确保数据的可靠性。
低功耗蓝牙
蓝牙通信中，为了检测一帧数据的正确性，低功耗蓝牙（BLE）的数据帧结构与经典蓝牙有所不同，其组成部分如下：
预补码（Preamble）
数据帧的开头是一个预补码，用于时钟同步和信道估计。
该部分确保接收端能够与发送端的信号保持同步，并对通信信道的特性进行估计，以提高传输的可靠性。
访问地址（Access Address）
紧随预补码之后的是4个字节的访问地址。
访问地址用于区分不同的蓝牙设备，确保数据被正确发送到目标设备。
数据域（Payload）
数据域的长度范围为2到253字节，承载实际传输的数据内容。
数据域可以包含简单的控制指令或复杂的应用数据。
CRC校验（Cyclic Redundancy Check）
数据帧的最后是3个字节的CRC校验字段。
CRC校验用于检测数据在传输过程中是否出现错误，从而确保通信的可靠性。
| 属性 | 经典蓝牙（Classic Bluetooth） | 低功耗蓝牙（BLE, Bluetooth Low Energy） |
|---|---|---|
| 传输速率 | 高达3 Mbps | 最大约1 Mbps |
| 功耗 | 较高 | 极低 |
| 应用场景 | 高数据量传输（音频、视频、文件等） | 物联网设备（传感器、可穿戴设备、智能家居等） |
| 数据包长度 | 数据域最大339字节 | 数据域最大253字节 |
| 帧结构 | 开头为9字节访问地址 ，包含7字节标头 | 开头为预补码 ，包含4字节访问地址 |
| CRC校验位 | 2字节 | 3字节 |
| 传输频率 | 2.4 GHz ISM频段 | 2.4 GHz ISM频段 |
| 配对时间 | 较长 | 较短 |
| 连接设备数量 | 支持同时连接多个设备 | 一般支持单一连接（广播模式例外） |
| 协议复杂度 | 较高，支持多种复杂协议栈 | 较低，协议栈设计更简洁 |
| 成本 | 较高 | 较低 |
| 调制方式 | 频率跳变调制（FHSS）+ GFSK | GFSK、π/4-DQPSK、8DPSK |
| 应用程序支持 | 适合高性能需求的设备，如耳机、音响等 | 适合低功耗设备，如健康监测仪、智能手环等 |
蓝牙的传输依赖于专门的蓝牙模块，其主要作用是将CPU发出的低频数字信号转化为高频的载波信号。在无线通信中，多个高频载波信号通过调制过程来表示二进制的"0"和"1"。因此，尽管蓝牙的工作频率是2.47 GHz，但其数据传输速率最快仅为3 Mbps。
蓝牙的频率范围并非单一，而是利用了高斯频移键控（GFSK）技术来进行信号调制。在蓝牙技术中，信号的频率并不是固定的，而是在中心频率的基础上进行偏移。具体来说，蓝牙的载波频率通常以2.402 GHz为中心，偏移量为±185 kHz。因此，信号的实际频率会在2.402 GHz附近变化，形成两个频率：一个是偏移加185 kHz，另一个是偏移减185 kHz。
考虑到同一空间内可能有多个蓝牙设备工作，蓝牙技术通过多信道通信来避免信号干扰。低功耗蓝牙（BLE）使用40个信道，频率范围从2.402 GHz到2.480 GHz，每个信道的间隔为2 MHz。经典蓝牙则使用79个信道，其频率范围同样是从2.402 GHz到2.480 GHz，但每个信道的间隔为1 MHz。在传输过程中，蓝牙设备会频繁地在不同信道之间切换，一秒钟内可能会进行上百次的频率跳变（频率跳跃技术），以此避免不同蓝牙设备之间的干扰，从而保持通信的稳定性。
需要注意的是，蓝牙的最高数据传输速率为3 Mbps，是指数据在CPU与蓝牙模块之间的传输速率。而蓝牙的工作频率为2.47 GHz，是指蓝牙信号在空气中传播时的载波频率。通过频率跳跃和多个信道的使用，蓝牙能够有效避免干扰并实现稳定的通信。