蓝牙技术原理及应用

蓝牙技术的原理及应用

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产生背景

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、快捷的无线接人、无线互联的新产品，已经逐渐融入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。

蓝牙技术的起源

1998年5月，爱立信、IBM、Intel、Nokia和东芝五家公司联合成立T蓝牙特别利益集团(Bluetoothspeeial Interest Group—BSIG)，并制订了近距离无线通信技术标准—蓝牙技术。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。它的命名借用了一千多年前一位丹麦皇帝哈拉德·布鲁斯(Harald Bluetooth)的名字。

所谓蓝牙技术，实际上是一种短距离无线电技术，它以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。利用“蓝牙”技术，能够有效地简化掌上电脑、笔记本电脑和移动电话等移动通信终端设备之间的通信，也能够成功地简化以上这些设备与因特网之间的通信，从而使这些现代通信设备与因特网之间的数据传输变得更加迅速高效，为无线通信拓宽了道路。它具有无线性、开放性、低功耗等特点。因此，蓝牙技术已经引起了全球通信业界和广泛用户的密切关注。

蓝牙技术的特点

蓝牙技术具有许多优越的技术性能,主要有蓝牙特性、TDMA结构、使用跳频技术、蓝牙设备的组网、软件的层次结构等，下面详细介绍其特点。

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2400～2500MHz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0.28～0.35。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。最大发射功率分为三个等级，100mW(20dBm)，2.5mW(4dBm)，1mW(OdBm)，在4～20dBm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约为：10～100m。

蓝牙的数据传输率为1Mb/s，采用数据包的形式按时隙传送每时隙0.625μs。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，或者一是速率为432.6KB/s 的对称连接。

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；但在建链时则提高为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。

蓝牙根据网络的概念提供点对点和点对多点有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(Scatt- er-net)中，既可用主设备(Master)，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，组网十分方便。

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×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实现高、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。根据通讯协议，各种蓝牙设备无论在任何地方，都可以通过人土或自动查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。

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。

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OdBm(1 mW)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ISM频段的标准。

目前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3～5个单独调谐元件。基带链路控制

器负责处理基带协议和其他一些低层常规协议。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传输。

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。

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的蓝牙技术规范正在完善中。

蓝牙技术的应用

自从BSIG向全世界发布了蓝牙技术标准，蓝牙技术的推广和应用得到迅猛发展，截至目前，BSIG的成品已经超过了2500家，几乎涵盖了全球各行各业，包括通信、计算机、商务办公、工业、家庭、医学、军事、农业等等。下面简单介绍蓝牙技术在几种行业的应用。

在通讯方面，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。；另外还可以构成特设网络。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。

在商务办公方面，可以实现数据共享，资料同步。如在开办公会议时,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。

在家庭方面，蓝牙技术可以将信息家电、家庭安防设施、家居自动化与某一类型的网络进行等有机结合，建立了一个智能家居系统。智能家居系统实际上可分为两大部分:一是家庭安防系统,另一部分就是现在常说的智能家居布线系统。家庭安防系统是在特定情况下将报警信号传送至户主的办公电话、计算机、移动电话、传呼机或者小区的安防控制中心,从而实现全天候、全方位、全自动的报警。家居布线系统则是将家庭内的网络信息家电、三表系统、各类开关、电话、传真、电脑、电视、影碟机、安防监控设备等各种设施统一规划在一个有序的状