蓝牙技术及其原理瞄述(精)

蓝牙技术及其原理综述

Internet和移动通信的迅速发展, 使人们对电脑以外的各种数据源和网络服务的需求日益增长。蓝牙作为一个全球开放性无线应用标准, 通过把网络中的数据和语音设备用无线链路连接起来, 使人们能够随时随地实现个人区域内语音和数据信息的交换与传输, 从而实现快速灵活的通信。

一、蓝牙出现的背景

早在1994年,瑞典的E r icsson公司便已经着手蓝牙技术的研究开发工作, 意在通过一种短程无线链路, 实现无线电话用PC机、耳机及台式设备等之间的互联。

19 98年2月, Ericsson、Nokia、Intel、Toshiba和IBM共同组建特别兴趣小组。在此之后,3Com、 Lucent、Microsoft和Mo torola也相继加盟蓝牙计划。它们的共同目标是开发一种全球通用的小范围无线通信技术,即蓝牙。它是针对目前近距的便携式器件之间的红外线链路(infrared l ink,简称IrDA而提出的。应用红外线收发器链接虽然能免去电线或电缆的连接, 但是使用起来有许多不便, 不仅距离只限于

1~2m, 而且必须在视线上直接对准, 中间不能有任何阻挡,同时只限于在两个设备之间进行链接,不能同时链接更多的设备。 " 蓝牙 " 技术的目的是使特定的移动电话、便携式电脑以及各种便携式通信设备的主机之间在近距离内实现无缝的资源共享。

蓝牙是一个开放性的无线通信标准, 它将取代目前多种电缆连接方案, 通过统一的短程无线链路, 在各信息设备之间可以穿过墙壁或公文包,实现方便快捷、灵活安全、低成本小功耗的话音和数据通信。它推动和扩大了无线通信的应用范围, 使网络中的各种数据和语音设备能互连互通,从而实现个人区域内的快速灵活的数据和语音通信。

二、蓝牙中的主要技术

蓝牙技术是一种无线数据与语音通信的开放性全球规范, 它以低成本的近距离无线连接为基础, 为固定与移动设备通信环境建立一个特别连接的短程无线电技

术。其实质内容是要建立通用的无线电空中接口 (radio air interface 及其控制软件的公开标准, 使通信和计算机进一步结合, 使不同厂家生产的便携式设备在没有电

线或电缆相互连接的情况下, 能在近距离范围内具有互用、互操作的性能(interoperabil ity。

"蓝牙 " 技术的作用是简化小型网络设备(如移动PC、掌上电脑、手机之间以及这些设备与Internet之间的通信, 免除在无绳电话或移动电话、调制解调器、头套式送 /受话器、PDA、计算机、打印机、幻灯机、局域网等之间加装电线、电缆和连接器。此外, 蓝牙无线技术还为已存在的数字网络和外设提供通用接口以组建一个远离固定网络的个人特别连接设备群。

蓝牙的载频选用在全球都可用的2. 45GHz工业、科学、医学(ISM频带,其收

发信机采用跳频扩谱(Frequency Hopping Spread Spect rum 技术, 在2. 45GHz ISM频带上以1600跳/s的速率进行跳频。依据各

国的具体情况,以2.45GHz为中心频率,最多可以得到79个1MHz带宽的信

道。在发射带宽为1MHz时, 其有效数据速率为721kbit/s, 并采用低功率时分复用

方式发射,适合30英尺(约10m范围内的通信。数据包在某个载频上的某个时隙内

传递,不同类型的数据(包括链路管理和控制消息占用不同信道,并通过查询(inqu iry

和寻呼 (paging过程来同步跳频频率和不同蓝牙设备的时钟。除采用跳频扩谱的低功率传输外,蓝牙还采用鉴权和加密等措施来提高通信的安全性。

蓝牙支持点到点和点到多点的连接,可采用无线方式将若干蓝牙设备连成一个

微微网 (Piconet , 多个微微网又可互连成特殊分散网, 形成灵活的多重微微网的拓扑结构, 从而实现各类设备之间的快速通信。它能在一个微微网内寻址8个设备 (实际上互联的设备数量是没有限制的,只不过在同一时刻只能激活8个,其中1个为主7个为从。

蓝牙技术涉及一系列软硬件技术、方法和理论,包括无线通信与网络技术,软件工程、软件可靠性理论, 协议的正确性验证、形式化描述和一致性与互联测试技术,

嵌入式实时操作系统(Embedded RTOS,跨平台开发和用户界面图形化技术,软硬件接口技术(如RS232,UART,USB等,高集成、低功耗芯片技术等。

三、蓝牙系统组成

蓝牙系统一般由天线单元、链路控制(固件单元、链路管理(软件单元和蓝牙软件 (协议栈单元四个功能单元组成。

1.天线单元

蓝牙要求其天线部分体积十分小巧、重量轻,因此,蓝牙天线属于微带天线。蓝牙空中接口是建立在天线电平为0dB的基础上的。空中接口遵循Federal communi cation Commission (简称FCC, 即美国联邦通信委员会有关电平为 0 dB的ISM频段的标准。如果全球电平达到 100mw以上, 可以使用扩展频谱功能来增加一些补充业务。频谱扩展功能是通过起始频率为2. 402GHz, 终止频率为2. 48 0GHz,间隔为1MHz的 79个跳频频点来实现的。出于某些本地规定的考虑,日本、法国和西班牙都缩减了带宽。最大的跳频速率为1660跳/s。理想的连接范围为100 mm~10m,但是通过增大发送电平可以将距离延长至100m。蓝牙工作在全球通用的

2.4GHzISM(即工业、科学、医学频段。蓝牙的数据速率为1Mbit/s。 ISM频带是对所有无线电系统都开放的频带, 因此使用其中的某个频段都会遇到不可预测的干扰源。例如某些家电、无绳电话、汽车房开门器、微波炉等等, 都可能是干扰源。为此, 蓝牙特别设计了快速确认和跳频方案以确保键路稳定。跳频技术是把频带分成若干个跳频信道(hop channel,在一次连接中,无线电收发器按一定的码序列(即一定的规律,技术上叫做 " 伪随机码 " ,就是 " 假 " 的随机码不断地从一个信道 " 跳 " 到另一个信道, 只有收发双方是按这个规律进行通信的, 而其它的干扰不可能按同样的规律进行干扰; 跳频的瞬时带宽是很窄的, 但通过扩展频谱技术使这个窄带成百倍地扩展成宽频带, 使干扰可能造成的影响变得很小。时分双工 (Time Division Duplex, 简称TDD 方案被用来实现全双工传输。

与其它工作在相同频段的系统相比,蓝牙跳频更快,数据包更短,这使蓝牙比其它系