CN111294737B

CN111294737B - 通过经典蓝牙生成和发射ble广播包的方法和系统

Info

Publication number: CN111294737B
Application number: CN202010134623.3A
Authority: CN
Inventors: 刘境发; 林锦鸿
Original assignee: Shenzhen Zhongke Lanxun Technology Co ltd
Current assignee: Shenzhen Zhongke Lanxun Technology Co ltd
Priority date: 2020-02-28
Filing date: 2020-02-28
Publication date: 2020-11-10
Anticipated expiration: 2040-02-28
Also published as: US11146937B2; CN111294737A; US20210274332A1

Abstract

本发明提供了一种通过经典蓝牙生成和发射BLE广播包的方法和系统，通过修改经典蓝牙的调制特性和数据包生成特性，将BLE广播包输入放入BR数据包中，同时修改经典蓝牙的最小正负频偏，并在数据发射阶段跳过BR数据包所属的Access Code和Header的发射阶段，使得经典蓝牙所发射的数据包为BLE广播包，实现蓝牙信标功能。

Description

通过经典蓝牙生成和发射BLE广播包的方法和系统

技术领域

本发明涉及蓝牙通信领域，具体涉及一种通过经典蓝牙生成和发射BLE广播包的方法和系统。

背景技术

蓝牙SIG(Bluetooth Special Interest Group，蓝牙技术联盟)在蓝牙4.0协议中发布了BLE(Bluetooth Low Energy，蓝牙低功耗)，为蓝牙注入了一股新的活力，近年来BLE应用遍地开花，普遍为广大消费者所接受。苹果公司为了改进蓝牙耳机体验效果，使用BLE广播配合手机弹窗的形式，大大方便了经典蓝牙连接的便捷性，国内一线手机品牌也纷纷效仿。

但对于一些老旧的单模经典蓝牙方案，或出于成本考虑不支持BLE功能的蓝牙方案，无法产生BLE广播，也就难以实现这种便捷的连接方式。

上述苹果公司的蓝牙耳机连接方式是基于BLE广播的蓝牙信标功能上进行工作的，耳机开机后会打开BLE广播使自身成为蓝牙信标，当苹果手机靠近时，会接收到该广播，并根据广播内容弹出相关连接菜单，这个功能简化了经典蓝牙的连接流程，极大地提升了用户体验。蓝牙信标传播速度快、安全性高、传输距离远，应用领域和市场前景广阔，常见应用场景包括：a、信息推送，例如商场、超市、博物馆、机场等等；b、室内导航，例如会展、图书馆、酒店、校园等等；c、和其他功能互动，例如微信摇一摇等等。

而在现有技术中，无法通过经典蓝牙来实现蓝牙信标功能。

发明内容

有鉴于此，一方面，本发明提供了一种通过经典蓝牙生成和发射BLE广播包的方法，该方法可以使经典蓝牙生成BLE广播包，实现蓝牙信标功能。

上述方法由以下技术方案实现：

一种通过经典蓝牙生成BLE广播包的方法，包括以下步骤：

S1011，根据广播数据，生成BLE广播包数据，BLE广播包数据包括Preamb le、Access Address、PDU和CRC；

S1012，生成BLE广播包数据时，根据PDU内容计算CRC；

S1013，根据BLE广播包数据长度选取适配的经典蓝牙数据包；

S1014，生成BR数据包，BR数据包包括Access Code、Header和Payload，其中，Access Code和Header部分由经典蓝牙的基带生成；

S1015，生成BR数据包时，BR数据包的Payload用于装载BLE广播包数据。

具体的，所述BLE广播包数据为需要广播的实质性内容。

具体的，步骤S1012中，根据BLE广播信道对PDU和CRC进行BLE白化处理。

具体的，所述BLE广播信道为蓝牙核心规范中规定的37、38、39信道。

具体的，步骤S1013中，所述经典蓝牙数据包为基本速率数据包。

具体的，步骤S1013中，所述经典蓝牙数据包的类型为不带有FEC纠错的数据包。

具体的，所述BR数据包的Payload长度与BLE广播包数据长度相适配。

一种通过经典蓝牙发射上述BLE广播包的方法，包括以下步骤：

S1021，通过调整经典蓝牙的Modem参数，修改最小正负频偏至BLE标准；

S1022，通过经典蓝牙RF发射所述BLE广播包，在发射该BLE广播包时，跳过步骤S1014所述BR数据包所属Access Code和Header的发射阶段。

具体的，步骤S1022中，通过经典蓝牙RF发射所述BLE广播包时，关闭经典蓝牙白化功能。

具体的，步骤S1022中，通过经典蓝牙RF发射所述BLE广播包时，在经典蓝牙的特定信道中发射所述BLE广播包。

具体的，所述跳过为控制经典蓝牙RF的上电时间。

上述通过经典蓝牙生成和发射BLE广播包的方法，通过将BLE广播包输入放入BR数据包中，同时修改经典蓝牙的最小正负频偏，并在数据发射阶段跳过BR数据包所属的Access Code和Header的发射阶段，使得经典蓝牙所发射的数据包为BLE广播包，实现蓝牙信标功能。

另一方面，本发明提供了一种应用上述方法的系统，该系统包括包含经典蓝牙的发射端，该发射端通过修改经典蓝牙的调制特性和数据包生成特性，发射B LE广播包。

具体的，所述修改调制特性包括修改经典蓝牙的调制频率。

具体的，所述广播包生成特性包括修改经典蓝牙的广播包生成方式。

上述系统通过修改数据包生成特性，使得所生成的数据包为包含BLE广播包的数据包，另外通过修改经典蓝牙的调制特性，使得所发生的数据包为BLE广播包，克服经典蓝牙无法发射BLE广播包的困难，实现蓝牙信标功能。

附图说明

附图1为BR数据包的数据格式示意图。

附图2为BLE广播包的数据格式示意图。

附图3为本发明第一实施例提供的通过经典蓝牙生成BLE广播包的方法流程图。

附图4为BR数据包的Payload装载整个BLE广播包的数据格式示意图。

附图5为BLE广播包中PDU的数据格式组成示意图。

附图6为本发明第二实施例提供的通过经典蓝牙发射BLE广播包的方法流程图。

附图7A为发射阶段经典蓝牙RF的正常上电时序图。

附图7B为发射阶段经典蓝牙RF跳过Access Code和Header的上电时序图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

关于经典蓝牙和BLE蓝牙的调制特性：

在经典蓝牙中，其包括79个信道，每个信道间隔1MHz，带宽1MHz，在79个信道中根据一定的规律跳频以进行传输或广播，中心频率从2402MHz到2480MHz，基本速率(1M速率)可使用GFSK(Gauss frequency Shift Keying，高斯频移键控)方式调制，正频偏表示符号1，负频偏表示符号0，蓝牙SIG要求调制最小正负频偏不能小于115KHz(即Fmin≥115KHz)。

经典蓝牙中心频率f＝2402+k MHz，其中，k为BR RF Channel，k＝0,1,2,3……,78。

而在BLE蓝牙中，其包括40个信道，每个信道间隔2MHz，带宽2MHz，在40个信道中规定了2种信道，分别为广播用的3个信道和传输用的37个信道，广播时仅在3个信道中跳频，中心频率分别为2402MHz、2426MHz和2480MHz，基本速率(1M速率)可使用GFSK方式调制，正频偏表示符号1，负频偏表示符号0，SIG要求在基本速率时调制最小正负频偏不能小于185KHz(即Fmin≥185KHz)。

由上述可知，BLE和经典蓝牙在调制特性上是非常相似的：

A)都是基本速率(1M速率)；

B)都是使用GFSK方式调制，正频偏调制符号1，负频偏调制符号0；

C)BLE广播信道频点与经典蓝牙信道频点可以按下表关系对应。

表1：

BLE Channel index	BLE RF Channel	RF Center Frequency	BR RF Channel
				37	0	2402MHz	0
38	12	2426MHz	24
				39	39	2480MHz	78

而BLE和经典蓝牙的不同之处在于最小正负频偏Fmin，BLE为了降低晶振频偏要求使用185KHz，因此，发明人发现，为了能通过经典蓝牙发射BLE广播包，需要将正负调制频偏由115KHz改为185KHz，而修改正负调制频偏可以通过修改Modem配置完成。

关于经典蓝牙和BLE蓝牙的广播包格式：

根据蓝牙协议，经典蓝牙基本速率数据包格式如图1所示，包括ACCESSCOD E、HEADER和PAYLOAD，其中ACCESS CODE部分为该数据包的接入码，与经典蓝牙地址关联，无法改变；HEADER部分用于传输控制，包含HEC(Header Error Check头错误校验)校验和FEC(Forward Error Correction，前向纠错)纠错，一般由基带逻辑产生，也无法改变。PAYLOAD部分携带了所要发送的数据，可以修改。

而BLE蓝牙基本速率广播包格式如图2所示，包括Preamble、Access Addr ess、PDU(Protocol Data Unit，协议数据单元)和CRC(Cyclic Redundancy Check，循环冗余校验)，其中Preamble部分为前导帧，用于根据信号强度配置自动增益控制，Access Address部分为广播接入地址，在广播、扫描、发起连接时使用，两者均为为固定值，在蓝牙核心规范中有规定，PDU部分为广播内容，根据实际功能修改，CRC是对整个PDU内容的校验。

由上述可知，经典蓝牙的广播包格式和BLE蓝牙广播包格式互不相同，经典蓝牙的数据包内容中仅有Payload部分可供修改，所以发明人在使用经典蓝牙生成数据包时跳过Access Code和Header的数据段，将需要调制的BLE数据位流放到Payload部分，即经典蓝牙的Payload部分携带整个BLE广播包。

通过上述对经典蓝牙的调制频率修改，适应BLE蓝牙的调制频率，通过上述对经典蓝牙的数据包修改，由经典蓝牙所发射的数据包实际仅包含Payload部分，而经过编辑修改，Payload部分所携带的为BLE蓝牙广播包格式的数据流。因此通过调制频率修改和数据包修改，经典蓝牙所发射的数据包能够被BLE蓝牙所接收、解调、识别，进而实现蓝牙信标功能。

第一实施例：

基于上述内容，本发明提供了一种通过经典蓝牙生成BLE广播包的方法，下述中，BR数据包为上述经典蓝牙所生成的数据包，BLE广播包为BLE蓝牙所生成的广播包，参照图3，该方法包括以下步骤：

S1011，根据广播数据，产生BLE广播包数据，BLE广播包数据包括Preamble、AccessAddress、PDU和CRC；

S1012，生成BLE广播包数据时，根据PDU内容计算CRC；

S1013，根据BLE广播包数据长度选取适配的经典蓝牙数据包；

上述CRC是一种根据网络数据包或计算机文件等数据产生简短固定位数校验码的一种散列函数，主要用来检测或校验数据传输或者保存后可能出现的错误，生成的数字在传输或者存储之前计算出来并且附加到数据后面，然后接收方进行检验确定数据是否发生变化。

CRC的值通常由两部分字节数据流采用模2除法相除所得到的余数，在本发明中，步骤S1012中所述CRC的除数为长度为(n+1)的预定义的二进制数，通常用多项式的系数来表示，被除数为需要计算校验和的信息数据流的二进制表示，即PDU的二进制表示。

作为本实施例的一种具体的实施方式，上述n＝24，多项式为x²⁴+x¹⁰+x⁹+x⁶+x⁴+x³+x+1。

上述PDU为需要广播的实质性内容，为可配置的，该内容根据需求不同，其长短可能有所不同，因此，在步骤S1031中，需要根据BLE广播包的数据长度来选取与该长度相适配的经典蓝牙数据包类型和长度。

进一步的，在上述步骤S1013中，为匹配BLE蓝牙的特性，经典蓝牙的传输速率选择为基本速率，经典蓝牙数据包为基本速率数据包。

参照图2，如步骤S1011所述，BLE广播包数据包括了表示增益控制的Preamble、表示接入地址的Access Address、表示广播内容的PDU以及校验PDU内容的CRC四个部分，其中，Preamble、Access Address和CRC三个部分加起来实际占用了8byte。此外，在步骤S1015中，BR数据包的Payload是用于装载BLE广播包数据的，如图4所示，因此，所选取的BR数据包应该能容纳整个BLE广播包数据，BR数据包中Payload部分的长度须大于或等于BLE广播包数据长度，类似的BR数据包类型包括且不限于DH1、DH3、DH5等，DH1、DH3、DH5类型BR数据包的最大Payload长度分别为27byte、183byte、339byte。

如图5所示，BLE广播包的PDU包括PDU_Header和PDU_Payload，其中，PDU_Header用于表示PDU内容信息，根据PDU_Payload的类型、长度等生成，PDU_Payload用于装载广播内容，PDU_Header的长度为固定的2byte，PDU_Payload的长度则根据广播内容来决定，即广播内容数据长度＝PDU_Payload长度＝PDU长度–PDU_Header长度。

例如，当BLE广播包中广播内容PDU_Payload的长度为4byte时，BLE广播包中PDU的长度为PDU_Header和PDU_Payload的和，为2byte+4byte＝6byte，整个BLE广播包的数据长度为Preamble、Access Address、PDU和CRC四者的长度之和，为8byte+6byte＝14byte，14byte在DH1、DH3、DH5类型BR数据包的最大Payload长度27byte、183byte、339byte内，因此BR数据包的类型可选择为DH1、DH3或DH5中的任一个，优选为DH1；当BLE广播包中广播内容PDU_Payload的长度为37byte时，BLE广播包中PDU的长度为PDU_Header和PDU_Payload的和，为2byte+37byte＝39byte，整个BLE广播包的数据长度为Preamble、Access Address、PDU和CRC四者的长度之和，为8byte+39byte＝47byte，47byte的长度已超出DH1类型BR数据包的最大Payload长度27byte，而在DH3、DH5类型BR数据包的最大Payload长度183byte、339byte内，因此BR数据包的类型不适用DH1，可选择为DH3或DH5中的一个，优选为DH3。一般BLE广播包的最大PDU长度为37byte，所以DH3已经能满足使用需求。

根据上述内容，为更直观地表示BR数据包类型和各类型数据包的最大Payload长度、BLE广播包最大PUD长度、BLE广播包中PDU的最大PUD_Payload之间的长度关系，可参照下表：

表2：

BR数据包类型	最大Payload长度	最大BLE PDU长度	最大PDU_Payload数据长度
				DH1	27byte	19byte	17byte
DH3	183byte	175byte	173byte
				DH5	339byte	331byte	329byte

进一步的，上述步骤S1013中，所选取的BR数据包的类型为不带有FEC纠错的数据包。FEC利用数据进行传输冗余信息，当传输中出现错误时，允许接收方对传输数据进行重建。但是，带FEC纠错的数据包类型，基带逻辑会对Payload内容产生额外的冗余纠错信息，会打乱BLE广播包数据的数据位流，因此，在步骤S1013中BR数据包的类型选用不带有FEC纠错的数据包。

进一步的，由于经典蓝牙和BLE在传输时对数据位流的白化处理是互不兼容的，因此，在上述步骤S1012中，在BLE广播包数据生成PDU和CRC后，应根据发射信道对PDU和CRC进行BLE白化处理，使数据位流符合核心规范的BLE白化要求。同时，在发射BLE广播包时，关闭经典蓝牙白化功能，避免对数据位流进行经典蓝牙白化处理。

第二实施例：

基于上述内容，在实施例一的基础上，本发明提供了一种通过经典蓝牙发射第一实施例所述BLE广播包的方法，参照图6，该方法包括以下步骤：

S1022，通过经典蓝牙RF发射所述BLE广播包，在发射该BLE广播包时，跳过第一实施例中步骤S1014所述BR数据包所属Access Code和Header的发射阶段。

上述步骤S1021中，由上述关于经典蓝牙和BLE蓝牙的调制特性可知，经典蓝牙的最小正负频偏为115KHz，BLE蓝牙的最小正负频偏为185KHz，通过修改经典蓝牙的Modem配置，具体修改方式可以为修改GFSK的调制指数，从经典蓝牙的调制指数0.28-0.35修改至BLE的调制指数0.45-0.55，如此，Modem将直接由Payload数据决定调制的符号。

上述步骤S1022中，在发射所述BLE广播包时，可跳过第一实施例中步骤S1011所述BR数据包所属Access Code和Header的发射阶段。经典蓝牙在发射BR数据包时，按照BR数据包内容顺序发送，首先发射Access Code部分，然后是Header部分，最后是Payload部分，而因为对于BLE广播包的接收端来说，Access Code和Header两部分是无法用BLE标准来识别的，两者为无用数据，甚至可能导致整个BLE广播包无法被解析，因此，在生成BR数据包时，Access Code部分和Header部分被跳过，具体跳过方式在本实施例中可以是控制经典蓝牙的RF的上电时间，在发射Access Code部分和Header部分时，延迟经典蓝牙的RF上电时间，在发射Payload部分时，上电，Payload数据被发射广播。如此可以跳过发射前面AccessCode和Header部分，另一方面还可避免干扰其他设备。

参照图7A、7B，图7A示出了经典蓝牙RF的正常发射过程，在Access Code部分发射阶段，RF上电，在Header部分发射阶段，RF上电，在Payload部分发射阶段，RF上电；图7B示出了经典蓝牙RF跳过Access Code和Header部分的发射过程，在Access Code部分发射阶段，RF被延迟上电，在Header部分发射阶段，RF被延迟上电，在Payload部分发射阶段，RF上电。

进一步的，上述步骤S1022中，由于经典蓝牙和BLE之间的蓝牙标准不同，所使用的白化处理是互不兼容的，而且在第一实施例中，生成BLE广播包时，针对PDU和CRC的数据位流已经做了白化处理，因此，在发射BR数据包时，应通过修改基带配置，关闭经典蓝牙的白化功能。

另外，在上述步骤S1022中，为符合BLE广播包特性，通过经典蓝牙RF发射所述BLE广播包时，应当在经典蓝牙的特定信道中发射BLE广播包。该特定信道指的是经典蓝牙RF的0、24、78信道，由表1可知，对应BLE广播信道的37、38、39信道，中心频率分别为2402MHz、2426MHz、2480MHz。

第三实施例：

基于上述内容，本发明提供了一种应用上述第一实施例和第二实施例的系统，该系统包括包含经典蓝牙的发射端，该发射端通过修改经典蓝牙的调制特性和广播包生成特性，发射BLE广播包。

上述系统中，参照第二实施例所述内容，广播包生成特性包括修改经典蓝牙的广播包生成方式。

上述系统中，参照第一实施例所述内容，修改调制特性包括修改经典蓝牙的调制频率。

需要说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种通过经典蓝牙生成BLE广播包的方法，包括以下步骤：

S1011，根据广播数据，生成BLE广播包数据，BLE广播包数据包括Preamb le、AccessAddress、PDU和CRC；

S1012，生成BLE广播包数据时，根据PDU内容计算CRC；

S1013，根据BLE广播包数据长度选取适配的经典蓝牙数据包；

S1014，生成BR数据包，BR数据包包括Access Code、Header和Payload，其中，AccessCode和Header部分由经典蓝牙的基带生成；

2.如权利要求1所述的方法，所述BLE广播包数据为需要广播的实质性内容。

3.如权利要求1所述的方法，步骤S1012中，根据BLE广播信道对PDU和CRC进行BLE白化处理。

4.如权利要求1所述的方法，所述BLE广播信道为蓝牙核心规范中规定的37、38、39信道。

5.如权利要求1所述的方法，步骤S1013中，所述经典蓝牙数据包为基本速率数据包。

6.如权利要求1所述的方法，步骤S1013中，所述经典蓝牙数据包的类型为不带有FEC纠错的数据包。

7.如权利要求1-6任一项所述的方法，所述BR数据包的Payload长度与BLE广播包数据长度相适配。

8.一种通过经典蓝牙发射权利要求1-7中任一项所述的BLE广播包的方法，包括以下步骤：

9.如权利要求8所述的方法，步骤S1022中，通过经典蓝牙RF发射所述BLE广播包时，关闭经典蓝牙白化功能。

10.如权利要求8所述的方法，步骤S1022中，通过经典蓝牙RF发射所述BLE广播包时，在经典蓝牙的特定信道中发射所述BLE广播包。

11.如权利要求8-10任一项所述的方法，所述跳过为控制经典蓝牙RF的上电时间。

12.一种应用权利要求1-11任一项所述方法的系统，该系统包括包含经典蓝牙的发射端，该发射端通过修改经典蓝牙的调制特性和数据包生成特性，发射BLE广播包。

13.如权利要求12所述的方法，所述修改调制特性包括修改经典蓝牙的调制频率。

14.如权利要求12所述的方法，所述广播包生成特性包括修改经典蓝牙的广播包生成方式。