蓝牙技术的概述_曾爱群.docx

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1、 P摘要 :本文在介绍蓝牙技术概念的基础上 ,简要介绍了蓝牙技术的特点、组 成、应用、发展趋势及所存在的问题。 关键词 :蓝牙技术 ;蓝牙系统 ;发展趋势 随着经济的发展 ,人们对随时随地提供信息服 务的移动计算机和宽带无线通信的需求越来迫切。 以人为本、个性化、智能化的移动计算机，以其方 便、快捷的无线接入、无线互联的新产品，已经逐渐 融人到人们的日常生活和工作中 。随之而来的便携 式终端和无线通信相关的新技术层出不穷 ,其中短 距离的无线通讯技术更是百花齐放、目不暇接。蓝 牙技术就是在这种背景下产生的。 I 2.什么是 蓝牙技术 | 蓝牙技术是一种无线数据与语音通信的开放 性全球规范，它以

2、低成本的近距离无线连接为基 础，为固定和移动设备通信环境建立一个特别连接 的短程无线电技术。蓝牙技术是爱立信 ,IBM,Intel, 诺基亚和东芝五家公司于 1998年 5月联合主推的 一项最新无线通信协议并成立了 “ 蓝牙 ” 特殊兴 趣集团 STG(Special Interest Group),旨在利用微波 取代传统网络中错综复杂的电缆，使家庭或办公场 所的移动电话、便携式计算机、打印机、复印机、键 盘、耳机及其它手持设备实现无线互连互通。其目 标是实现最高数据传输速度 1 Mb/s (有效传输速度 为 721kb/S)、 最大传输距离为 100m,用户不必经过 中请便可利用 2.4GH

3、z的 1SM(工业、利学、医学 )频 带，在其上设立 79个带宽为 1 MHz的信道 ,用每秒 钟切换 1600次的频率、滚齿方式的频谱扩散技术 来实现电波的收发。 . I 3.蓝牙技术的特点 3.1特性 蓝牙设备的工作频段选在全球通用的 2.4GHz 的ISM(工业、科学、医学 )频段，这样用户不必经过 申请便可以在 24002500MHz范围内选用适当的 蓝牙无线电收发器频段。频道采用 23个或 79个， 频道间隔均为 1MHz,采用时分双工方式。调制方 式为 BT=0.5的GFSK,调制指数为 0.280.35。蓝牙 的无线发射机采用 FM调制方式，从而能降低设备 的复杂性。最大发射功率

4、分为三个等级 ， l mW (20dBm)， 2.5mW(4dBm),lmw(0dBm),在 420dBm 范 围内要求采用功率控制，因此，蓝牙设备之间的有 效通讯距离大约为 l l m。 3.2 TDMA 结构 蓝牙的数据传输率为 lMb/s，采用数据包的形 式按时隙传送每时隙 0.625 JJL s。 蓝牙系统支持实时 的同步定向联接和非实时的异步不定向联接，蓝牙 技术支持一个异步数据通道或一个并发的同步语音 通道或一个同时传送异步数据和同步语音通道。每 一个语音通道支持 64KB/S的同步语音，异步通道支 持最大速率为 721KB/S， 反向应答速度为 57.6KB/S 的非对称连接，或

5、者一是速率为 432.6KB/S的对称 连接。 3.3使用跳频技术 跳频是蓝牙使用的关键技术之一。对于单时隙 包，蓝牙的跳频速率为 1600跳 /秒；对于多时隙 包，跳频速率有所降低 ;但在建链时则提髙为 3200 跳 /秒。使用这样高的调频速率，蓝牙系统具有足 够高的抗干扰能力，且硬件设备简单、性能优越。 3.4蓝牙设备的组网 蓝牙根据网络的概念提供点对点和点对多点 的无线连接，在任意一个有效通讯范围内，所有的 设备都是平等的，并且遵循相同的工作方式。基于 TDMA原理和蓝牙设备的平等性，任一蓝牙设备在 主从网络 (Piconet)和分散网络 (Scattemet)中，既可做 主设备 (Ma

6、ster),又可作从设备 (Slaver,还可同时既 是主设备 (Master),又是 从设备 (Slaver)。 因此在 蓝牙系统中没有从站的 概念，另外所有的设备 都是可移动的，组网十分方便。 3.5软件的层次结构 和许多通讯系统一样，蓝牙的通讯协议采用层 次式结构，其程序写在一个 9mm x 9mm的微芯片 中。其底层为各类应用所通用，高层则视具体应用 而有所不同，大体分为计算机背景和非计算机背景 两种方式，前者通过主机控制接口 HCI(Htwt Control Interface) 实现髙 、低层的连接。后 者则不需要 HCI。 层次结构使其设备具有最大的 通用性和灵活 性。根据通讯协

7、议，各种蓝牙设备无论 在任何地方， 都可以通过人土或自动査询来发现 其它蓝牙设备， 从而构成主从网和分散网，实现系统 提供的各种功 能，使用起来十分方便 |21。 | 4.蓝 牙系 统的组成 蓝牙系统一般由无线单元、链路控制 (硬件 单 元、链路管理 (软件 )单元和蓝牙软件协议栈 )单元等 四个功能单元组成如图 1所示： 4.1天线单元 蓝牙技术的天线部分体积十分小巧、重量轻， 属于微带大线。蓝牙空中接口建立在 0dBm(lmW) 的基础上，最大可达 20dBm(100mW,遵循 FCC(美 国联邦通信委员会 )有关电平为 OdBm的丨 SM频段 的标准。 4.2链路控制 (硬件 单元 目前

8、蓝牙产品的链路控制硬件单元包括 3个 集成器件：连接控制器、基带处理器以及射 频传输 / 接收器 ,此外还使用了 35个单独调谐件。基带链 路控制器负责处理基带协议和其它一些低层常规 协议。蓝牙基带协议是电路交换与分组交换的结 合，采用时分双工实现全双工传输。 4.3链路管理 (软件 )单元 链路管理 (LM)软件模块携带了链路的数据设 置、鉴权、链路硬件配置和其他一些协议。 LM能够 发现其它远端 LM并通过 LMP(链路管理协议 )与之 通信。 4.4软件 (协议栈 )单元 蓝牙规范接口可以直接集成到笔记本电脑上， 或者通过 PC卡或 USB接口连接，或者直接集成到 蜂窝电话中或通过附加设

9、备连接。蓝牙的软件 (协 议栈 )单元是一个独立的操作系统，不与任何操作 系统捆绑，它符合己经制定好的蓝牙规范。适用于 集中不同商用操作系统 (Windows, unix, PocketPC) 的蓝牙技术规范正在完善中。 5.蓝牙技术的应用 | 蓝牙技术主要针对 3大类的应用 :话音数据接 入、外围设备互联和个人局域网。蓝牙能够使蜂窝 电话系统、无绳通信系统、无线局域网和互联网等 现有网络增添新功能，使各类计算机、传真机、打印 机设备增添无线传输和组网功能，在家庭和办公自 动化、家庭娱乐、电子商务、无线公文包应用、各类 数字电子设备、工业控制、智能化建筑等场合以及 军事领域开辟了广阔的应用人地

10、。下面介绍几种主 要应用领域。 (1) 通讯 第一代蓝牙产品主要集中在语音通信方面。 如：移动电话使用的无线耳机。第二代产品是带有 嵌人式蓝牙技术模块的数据通信产品，它们能够在 单个设备之间，如：膝上计算机与 PDA间传送数据 或文件。蓝牙技术在通信方面的另一个应用是构成 特设网络。蓝牙技术产品应用于移动电话、家庭及 办公室电话系统中，可以实现真正意义上的个人通 信，即个人局域网。这种个人局域网采用移动电话 为信息网关，使各种便携式设备之间可以交换内 容。 (2) 计算机 蓝牙技术将广泛应用于计算机。无需安装费 用，无需下载软盘驱动器，移动电话就能与计算机 进行无线连接，这是计算机时代的梦想。

11、无线操作 的便携硬盘是蓝牙技术在计算机方面应用的一个 很好的例子。 (3) 家庭 在家庭应用方面，可用蓝牙技术实现 “ 三表 ” 自 动抄录和远程传输；还可用蓝牙技术改造电话系 统，实现真正意义的个人通讯。嵌人 了蓝牙芯片的 数字移动电话具备一机三用和耳机无线连接功能。 嵌人了蓝牙芯片的 “ 信息家电 ” ，也具有了网络信息 终端的功能，可以主动地发布、获取和处理相关信 息，使得个人家庭与现代信息社会的信息高速公路 通信网紧密相连。可以设想所有的信息家电通过一 个遥控器来进行控制，既可以控制电视，也可以控 制计算机和空调器，同时还可以用作无绳电话或者 移动电话，甚至可以在这些信息家电之间共享有

12、用 的信息，在家庭内部形成一个个人智能网络。 (4) 办公商务 在办公自动化和电子商务方面 ,蓝牙设备将消 除桌面上错综复杂的连线，将出现无线 鼠标和键 盘 ,通过无线接人局域网，实现文件、调制解调器、 打印机和服务器的共享。在开办公会议时，可以用 无线的方式访问其他成员，共享文件等信息。利用 蓝牙技术还可以制造电子钱包和电子锁，在很多消 费场合进行电子付账或在宾馆接待处实现电子登 记服务等。 (5) 军事应用 由于其特有的无需架设网络设施、可快速展 开、抗毁性强等特点，它的典型应用蓝牙网络已被 军事通信专家看好，用来发展相应的通信装备。建 立在网络基础上的 “ 蓝牙 ” 单兵数字化装备，无需

13、在 任何电子设备间布设专用线缆和连接器，通过 “ 蓝 牙 ”遥控装备就可以形成一点到多点的连接，进行 微微网网内设备通信 ,还可以利用蓝牙组成战术级 无线局域网传输战场信息、作战数据，实现快速的 战场通信 14。蓝牙还可以用于军事装备的性能检测、 故障诊断 ,尤其在战场环境中优势明显，可以产生 巨大的军事效益。 Ife.蓝牙技术的发展趋势 (1) 芯片越来越小巧 蓝牙技术界面是专用半导体集成电路芯片，用 于嵌人电子器件内。而与用户直接见面的产品界面 则是各种时尚电子产品。因此，蓝牙技术要嵌入到 电子器件内就要考虑蓝牙的芯片尺寸，它必须具有 小巧、廉价、结构紧凑和功能强大的特点才能放进 蜂窝电话

14、中。 (2) 与其它技术的兼容 蓝牙只是 WLAN中一项重要的技术，本身有 其局限， WLAN网的实现需要几种技术的结合如 IEEE802.15委员会采纳了可使蓝牙和 IEEE802. 1 lb共存的技术提案 解决蓝牙产品基础组件间 的兼容问题。 (3) 提高抗干扰能力和传输距离 实验表明，在同时使用无线 LAN和微波炉的 *情况下 ,蓝牙的性能明显下降，无干扰时，数据速率 为 500-600kb/s 旦 干 扰 出 现 ， 速 率 突 降 至 200kb/s。蓝牙只有 10m的传输距离也制约着它的 应用和发展，需要充分利用其功率类型，增加特殊 应用通信距离。 (4) 众多操作系统支持蓝牙 微

15、软公司于近年上市的所有 Windows搡作系 统均支持蓝牙。以 IBM为首的众多计算机厂商正 在努力达成协议，为 PC平台制定蓝牙标准，以解 决不同设备之间的兼容性。 (5) 支持漫游功能 蓝牙技术可以在微网络或扩大网之间切换，但 每次切换都必须断开与当前 PAN的连接。为解决 此问题 ,Commil技术公司设计了一种系统，即使在 蓝牙模式不同人口点之间漫游，仍可以维持连续 的、不中断的数据和声音交流 |61。 | 7. 术存 在的问题 任何科学技术的发展总是从不完善向完善发 展的，与其他通信技术一样，蓝牙技术也是一个开 放的技术，必然存在一些问题，如保密安全问题， 2.4GHz ISM频段使

16、用的电磁兼容与频率共用问 题，互操作性与兼容性问题，价格、可靠性等综合吸 引力问题等。下面主要对保密安全问题和 2.4GHz ISM频段使用的电磁兼容与频率共用问题进行阐 述。 蓝牙技术刚开始发展的时候，对保密安全问题 考虑不周全，虽采用了无线跳频技术，但窃听者和 截取者来说这不是一个技术障碍。蓝牙网络是一个 开放式网络，提供 128bit的芯片作为设备的健全 鉴权号，但在通讯中可以被篡改和冒用。 SIG已开 始重视蓝牙的保密安全问题 ,提出蓝牙的安全模式 问题。 蓝牙可以使用专用或共用 2类频段，但是由于 专用频带需占用较宽频带，而只有 2.4GHZ和 5.8GHz是当前蓝牙技术与 1SM共

17、用可以考虑的频 带范围，因此蓝牙技术只得使用与工、科、医设备相 同的频带，必然存在干扰问题。蓝牙技术采 用 2.4GHZ频带时，可能存在来自系统内部的干扰、蓝 牙与其他通信系统之间的干扰以及来自 ISM设备 的干扰。目前 ,蓝牙技术采用跳频扩谱技术 (FHSS), 其抗干扰能力很强，发射功率为毫瓦级，但必须检 验其实际共存的可靠性和可能性，以及管理规则的 协调配合问题等。 8.结束语 蓝牙作为一新兴的事物，发展迅速，产品市场 占有量稳步增长，前景光明。但也有一些不足之处， 如成本过高、有效距离短及速度和安全性能也不令 人满意等。但蓝牙与生俱来的开放性赋予了它强大 的生命力，从一问世，人们就看到

18、了它的巨大的商 业价值，可以预见，蓝牙将给我们的生活带来一场 革命。在不久的将来，蓝牙将形成一个新的浪潮，席 卷全球。 I参考文献： 1李元健 .蓝牙与智能家居 J.电子技术 .2007， 25-7. 2J符鹤，周忠华，彭智朝 .蓝牙技术的原理及其 应用 J.微型电脑应用 .2006第 22卷第 7期， 60-61. 3 焦聘武 .前景诱人的蓝牙技术及其在远程、 移动、网络教育中的应用展望 J.电化教育研究 . 2006 年第 9 期， 41-43. 4 张卉，曲爱华 .蓝牙网络及其应用展望Jj.中 国有线电视 .2005第丨 7期， 1675-丨 678 5 于进才，马岚，任晓明 .蓝牙技术

19、的现状及发 展 U.电子技术应用 .2004年第 6期 ,1-3. 6J罗辑，高家利，秦正 蓝牙技术的应用现状 及发展趋势 N.四川兵工学报 2( 6年 03期 ,36,37,43 (上接第 34页）功能，因此要求必须是低功耗的。 蓝牙协议中规定了蓝牙的多种操作模式，如活动模 式、呼吸模式和休眠模式。这些模式为节能提供了 前提，蓝牙设备可以仅在必要时运行，这样可以节 省很多能量。 输方式、组网不方便、检测参数单一、扩展交互能力 差的不足，有一部分检测仪器已经嵌人了蓝牙技 术，例如，心电监护仪、血压 HOLTER、 血糖 HOLTER等等医学仪器。尽管蓝牙技术在医疗设备 中的研究尚处于起步阶段，

20、但在国内甚至在全球都 已显示出广阔的前景。 .3.总结 g 蓝牙 （ Bluetooth)作为一种新的短距离无线通 信技术标准，它可以让许多智能设备无线互连，可 以传输文件和数据，支持语音通信，因此受到越来 越多的研究机构的广泛关注。再加上 Internet和移 动通信的迅速发展，使人们对便携设备的需求日益 增长。这给微型化、低功耗和低成本的蓝牙在人们 日常生活中的应用开拓了近乎无限的空间，同时也 给蓝牙技术在医学仪器中的应用提供了机遇。为了 克服传统测量仪器的体积大、附件多、有线检测传 1李伟 ,吴效明 .基于蓝牙技术的嵌入式多 生理参数监护仪 J.中文核心期刊 ,2006,22(2) f2张朝晖 .检测技术及应用 M.北京 :中国计 量出版社， 2005 3罗辑，髙家利，秦正 .蓝牙技术的应用现状 及发展趋势丨几综述， 2006， (3)