蓝牙技术简介

蓝牙技术简介

蓝牙技术是一种用于替代便携或固定电子设备上使用的电缆或连线的短距离无线连接技术。其设备使用全球通行的、无须申请许可的2.45GHz频段，可实时进行数据和语音传输，其传输速率可达到10Mbit/s，在支持3个话音频道的同时还支持高达723.2kbit/s的数据传输速率。也就是说，在办公室、家庭和旅途中，无须在任何电子设备间布设专用线缆和连接器，通过蓝牙遥控装置可以形成一点到多点的连接，即在该装置周围组成一个“微网”，网内任何蓝牙收发器都可与该装置互通信号。

蓝牙技术作为一种无线接入方式，是实现语音和数据无线传输的开放性通信标准。蓝牙技术使低带宽无线连接变得简单易行，从而可以轻松融入到我们的日常生活中。蓝牙技术应用的一个简单例子便是更新手机的电话号码簿。今天，人们还需要人工输入电话号码簿的姓名和电话号码，或者在电话和计算机之间采用线缆或ＩＲ连接，启动应用来同步联络信息。而采用蓝牙技术，这些都可以在电话进入与计算机通信的范围内时自动完成。当然，它的功能还在不断扩展，包括可以自动进行日历、工作表、备忘录、电子邮箱等的同步和更新。这仅仅只是这项新技术应用的一个方面。 蓝牙规范是一个全球性的开放标准，由“蓝牙特殊兴趣集团”(ＳＩＧ)管理。蓝牙ＳＩＧ由爱立信、ＩＢＭ 、Ｉｎｔｅｌ、 诺基亚、东芝5个创始公司及3Ｃｏｍ、朗讯科技、微软、摩托罗拉4个新成员公司领导。除此以外，蓝牙ＳＩＧ 还有1200多个公司成员。目前，蓝牙技术已被广泛应用，如今，爱立信的第一个蓝牙产品是蓝牙耳机和手机，已于2000年在欧洲问世，2001年会在香港上市。

蓝牙技术的起源

“蓝牙”（Bluetooth）原是一位在10世纪统一丹麦的国王，他将当时的瑞典、芬兰与丹麦统一起来。用他的名字来命名这种新的技术标准，含有将四分五裂的局面统一起来的意思。蓝牙技术使用高速跳频和时分多址等先进技术，在近距离内最廉价地将几台数字化设备（各种移动设备、固定通信设备、计算机及其终端设备、各种数字数据系统，如数字照相机、数字摄像机等，甚至各种家用电器、自动化设备）呈网状链接起来。蓝牙技术将是网络中各种外围设备接口的统一桥梁，它消除了设备之间的连线，取而代之以无线连接。

蓝牙技术的形成背景及现状

1998年5月，爱立信、诺基亚、东芝、IBM和英特尔公司等五家著名厂商，在联合开展短程无线通信技术的标准化活动时提出了蓝牙技术，其宗旨是提供一种短距离、低成本的无线传输应用技术。这五家厂商还成立了蓝牙特别兴趣组，以使蓝牙技术能够成为未来的无线通信标准。芯片霸主Intel公司负责半导体芯片和传输软件的开发，爱立信负责无线射频和移动电话软件的开发，IBM和东芝负责笔记本电脑接口规格的开发。1999年下半年，著名的业界巨头微软、摩托罗拉、三康、朗讯与蓝牙特别小组的五家公司共同发起成立了蓝牙技术推广组织，从而在全球范围内掀起了一股“蓝牙”热潮。全球业界即将开发一大批蓝牙技术的应用产品，使蓝牙技术呈现出极其广阔的市场前景，并预示着21世纪初将迎来波澜壮阔的全球无线通信浪潮。

目前，蓝牙技术已被普遍应用在笔记本电脑上，以帮助两台(或多台)笔记本电脑之间实现无线通信。较红外线传输“必须保证传输信息的两个设备正对，且中间不能有障碍物”、“几乎无法控制信息传输的进度”、“没有成为被广泛接受的工业标准、设备种类不多”等致命的缺陷，蓝牙的优势显示出了勃勃生机。全世界已有2161 家公司参加了SIG (Special Interest Group)组织，并正在共同制定蓝牙技术标准。SIG的核心公司除上述最初提出开发蓝牙技术的5家公司外，还有3com、Lucent技术、微软和摩托罗拉4 家。SIG 成员公司包括：PC个人电脑、移动电话、网络相关设备、外围辅助设备和A/ V设备、通讯设备和汽车电子、自动售货机、医药器械、计时装置等诸多领域的设备制造公司。

蓝牙技术的规范及特点

蓝牙的标准是IEEE802.15，工作在2.4GHz 频带，带宽为1Mb/s。以时分方式进行全双工通信，其基带协议是电路交换和分组交换的组合。一个跳频频率发送一个同步分组，每个分组占用一个时隙，使用扩频技术也可扩展到5个时隙。同时，蓝牙技术支持1个异步数据通道或3个并发的同步话音通道，或1个同时传送异步数据和同步话音的通道。每一个话音通道支持64kb/s的同步话音；异步通道支持最大速率为721kb/s，反向应答速率为57. 6 kb/s的非对称连接，或者是432. 6 kb/s的对称连接。

依据发射输出电平功率不同，蓝牙传输有3 种距离等级：Class1 为100m左右；Class2 约为10m；Class3 约为2-3m。一般情况下，其正常的工作范围是10m半径之内。在此范围内，可进行多台设备间的互联。

蓝牙技术的特点包括：1、采用跳频技术，数据包短，抗信号衰减能力强；2、采用快速跳频和前向纠错方案以保证链路稳定，减少同频干扰和远距离传输时的随机噪声影响；3、使用2.4GHzISM频段，无须申请许可证；4、可同时支持数据、音频、视频信号；5、采用FM调制方式，降低设备的复杂性。 

蓝牙匹配规则及使用注意

蓝牙技术作为一种标准开放性无线接入技术，用户在使用时必须了解和遵守其标准技术规范。

两个蓝牙设备在进行通讯前，必须将其匹配在一起，以保证其中一个设备发出的数据信息只会被经过允许的另一个设备所接受。

蓝牙技术将设备分为两种：主设备和从设备。

蓝牙主设备特点：主设备一般具有输入端。在进行蓝牙匹配操作时，用户通过输入端可输入随机的匹配密码来将两个设备匹配。蓝牙手机、安装有蓝牙模块的PC等都是主设备。（例如：蓝牙手机和蓝牙PC进行匹配时，用户可在蓝牙手机上任意输入一组数字，然后在蓝牙PC上输入相同的一组数字，来完成这两个设备之间的匹配。）

蓝牙从设备特点：从设备一般不具备输入端。因此从设备在出厂时，在其蓝牙芯片中，固化有一个4位或6位数字的匹配密码。蓝牙耳机、优士通UD笔等都是从设备。（例如：蓝牙PC与UD笔匹配时，用户将UD笔上的蓝牙匹配密码正确的输入到蓝牙PC上，完成UD笔与蓝牙PC之间的匹配。）

主设备与主设备之间、主设备与从设备之间，是可以互相匹配在一起的；而从设备与从设备是无法匹配的。例如：蓝牙PC与蓝牙手机可以匹配在一起；蓝牙PC也可以与UD笔匹配在一起；而UD笔与UD笔之间是不能匹配的。

一个主设备，根据其类型的不同，可匹配一个或多个其他设备。例如：一部蓝牙手机，一般只能匹配7个蓝牙设备。而一台蓝牙PC，可匹配十多个或数十个蓝牙设备。

在同一时间，蓝牙设备之间仅支持点对点通讯。

蓝牙技术在优士通UD笔中的应用

优士通UD笔内的蓝牙模块，采用了蓝牙1.1规范标准的从设备类型模块设计。

基于数据通讯的安全考虑，一只UD笔在同一时间内，只能与一个主设备保持通讯。

一台电脑，可同时匹配多支UD笔。但同一时间内，仅能有一支UD笔可与电脑保持数据传输。

举例来说：如果你先把UD笔匹配到了A电脑，再将UD笔和B电脑进行了匹配操作。这时，笔就会断开与A电脑的配对，只保持与B电脑配对。其具体示例如下：

蓝牙技术系统结构      
    蓝牙通信用的是频率为2.4ＧＨｚ未授权的ＩＳＭ频带。收发信号机利用跳频来减少干扰和信号衰减。典型蓝牙设备利用的范围为10ｍ。通信信道可以支持数据(异步)和话音(同步)通信，总带宽为1Ｍｂｉｔ／ｓ。支持的信道配置见表1。

    另外，还可通过预留固定间隔的插槽实现电路交换来提供同步话音信道。同步链路是指同步面向连接链路(ＳＣＯ)。异步链路是指异步无连接链路(ＡＣＬ)，它采用分组交换技术，利用轮询接入方案来实现。同时，还定义了组合数据和话音的同步面向连接包(ＳＣＯ ｐａｃｋｅｔ)。从而保证了在每个方向上可以提供速率为64ｋｂｉｔ／ｓ的话音业务和数据业务。 
蓝牙技术微网(Ｐｉｃｏｎｅｔ)简介  
    一个蓝牙设备可以与一个或多个其他蓝牙设备通过不同方式进行交互。最简单的情形是只有两个设备，称为点到点通信，其中一个设备作为主设备，另一个设备作为辅设备。这种专门的网络即称为微网。事实上，微网是任何一个既带主设备又带一个或多个辅设备的蓝牙网络。微网结构如图1所示。当有多个辅设备时，通信拓扑即为点到多点的网络结构。在这种情况下，微网中的所有设备共享信道及带宽。一个微网可以有7个激活的辅设备。每个激活的辅设备都有一个分配的3位数(3ｂｉｔ)激活成员地址(ＡＭ—ＡＤＤＲ)。 

    新加入的辅设备也可与主设备保持同步，但是没有激活成员地址，因而这些辅设备未被激活，称为待命(ｐａｒｋｅｄ)设备。当激活和待命设备同时存在时，所有信道均由主设备调控。一个待命设备有一个8位数的待命成员地址(ＰＭ—ＡＤＤＲ)，这样待命设备的数量就限制在256个。一个待命设备能与主 设备时钟保持同步，而且可以快速被激活，从而可以实现在微网中通信。 
蓝牙技术分散网(Ｓｃａｔｔｅｒｎｅｔ)简介 
    如果两个微网在同一覆盖区域内，假设某用户在一个包含手机和计算机的微网中，而隔壁的用户在一个包含手机、耳机和名片扫描器的微网中，由于两个微网离得很近，它们的覆盖区会重叠，这种情况称为分散网（ｓｃａｔｔｅｒｎｅｔ）。一个ｓｃａｔｔｅｒｎｅｔ的网络结构如图2所示。事实上，一个微网中的辅设备可以作为主设备或辅设备加入到另一个微网中，这要通过时分复用技术来完成。在一个ｓｃａｔｔｅｒｎｅｔ中，两个(或多个)微网在时间或频率上均不同步，每个微网都在自己的跳频信道内运行，而多个微网中的任何设备通过时分复用技术可在适当时间加入。 

蓝牙技术鉴权和私密性 
    虽然鉴权和私密性可以在软件协议层解决，但是蓝牙物理层也提供这些功能。用户可以规定某个连接是单向、双向还是无需鉴权。鉴权通过采用问询／回应系统来实现，该系统支持40或64位的密码。密码管理可在软件层完成。所有蓝牙设备都以相同方式在这种物理层上确保安全性。当然，对于高度机密的应用，最好在网络传输层或应用层采用更先进的运算法则。 
蓝牙技术硬件要求 
    蓝牙硬件可以分为无线模块和链路模块。现在，一个包含无线和链路子系统的完整蓝牙硬件模块的成本在25～30美元之间。但是业内大多数人认为在未来的几年内会降至5美元。 
蓝牙技术无线模块 
    如上所述，蓝牙设备是在2.4ＧＨｚ的工业科研医药(ＩＳＭ，Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ Ｍｅｄｉｃｉｎｅ)频带内运行的，2400～2483.5ＭＨｚ的频率范围在大多数国家是无需许可的频段。当然，与许多国际标准一样，它也有一些例外，如法国的的2446.5～2483.5ＭＨｚ和西班牙的2445～2475ＭＨｚ，目前这两个市场上使用的蓝牙产品均为当地定制版本，无法与使用全部频率范围内的国际版本实现互操作。这些本地化版本的频段范围更小，跳频算法也有不同。然而，蓝牙ＳＩＧ正与这两个国家的有关机构沟通以开通整个频率范围。为了简便起见，这里只介绍国际频率范围实施的情况。 
    所使用的ＲＦ信道的频率在2402～2480ＭＨｚ，信道间隔为1ＭＨｚ。业界己实施了跳频以降低干扰和信号衰减。这意味着信道每隔625μｓ就会跳到2402～2480ＭＨｚ范围内的另一个频率，即相当于1600跳／ｓ的速率。每个微网都有一个独特的跳频序列，这种序列是根据一种使用主设备的蓝牙设备地址的算法确定的。微网中的所有蓝牙单元都与这个跳频序列实现同步。 
    所有数据包传输都从某个时隙的开始部分开始，一个数据包传输也许需要多达5个时隙。一种时分双工机制被用于支持全双工传输，在每个偶数号插槽内，主设备开始传输；而在奇数号插槽，辅设备也开始传输。此外，这些时隙还可预留用于同步应用，如话音数据等。 
    蓝牙设备是以3个不同的功率级别分类的，见表2。 

    由于成本和电池使用寿命方面的问题，大多数便携式蓝牙设备都可能属于第1级或第2级。功率级别为1的设备要求进行功率控制以限制传输功率，使其不要超过200ｄＢｍ。虽然成本较高且功率较大，但它可以提供远达100ｍ的覆盖范围，这对于家庭网络和其他要求更大范围的应用已经足够了。 
    蓝牙无线模块利用高斯移频键控制(ＧＦＳＫ)来进行调制。蓝牙ＳＩＧ发布的蓝牙系统规范第一部分对无线模块作了详细介绍。蓝牙使用一种二进制系统，其中正频率偏移表示1，负频率偏移表示0。