藍牙技術的起源

“藍牙”（Bluetooth）原是一位在10世紀統一丹麥的國王，他將當時的瑞典、芬蘭與丹麥統一起來。用他的名字來命名這種新的技術標準，含有將四分五裂的局面統一起來的意思。藍牙技術使用高速跳頻和時分多址等先進技術，在近距離內最廉價地將幾臺數字化設備（各種移動設備、固定通信設備、計算機及其終端設備、各種數字數據系統，如數字照相機、數字攝像機等，甚至各種家用電器、自動化設備）呈網狀鏈接起來。藍牙技術將是網絡中各種外圍設備接口的統一橋梁，它消除了設備之間的連線，取而代之以無線連接。

藍牙技術的形成背景及現狀

1998年5月，愛立信、諾基亞、東芝、IBM和英特爾公司等五家著名廠商，在聯合開展短程無線通信技術的標準化活動時提出了藍牙技術，其宗旨是提供一種短距離、低成本的無線傳輸應用技術。這五家廠商還成立了藍牙特別興趣組，以使藍牙技術能夠成為未來的無線通信標準。芯片霸主Intel公司負責半導體芯片和傳輸軟件的開發，愛立信負責無線射頻和移動電話軟件的開發，IBM和東芝負責筆記本電腦接口規格的開發。1999年下半年，著名的業界巨頭微軟、摩托羅拉、三康、朗訊與藍牙特別小組的五家公司共同發起成立了藍牙技術推廣組織，從而在全球范圍內掀起了一股“藍牙”熱潮。全球業界即將開發一大批藍牙技術的應用產品，使藍牙技術呈現出極其廣闊的市場前景，并預示著21世紀初將迎來波瀾壯闊的全球無線通信浪潮。

目前，藍牙技術已被普遍應用在筆記本電腦上，以幫助兩臺(或多臺)筆記本電腦之間實現無線通信。較紅外線傳輸“必須保證傳輸信息的兩個設備正對，且中間不能有障礙物”、“幾乎無法控制信息傳輸的進度”、“沒有成為被廣泛接受的工業標準、設備種類不多”等致命的缺陷，藍牙的優勢顯示出了勃勃生機。全世界已有2161 家公司參加了SIG (Special Interest Group)組織，并正在共同制定藍牙技術標準。SIG的核心公司除上述最初提出開發藍牙技術的5家公司外，還有3com、Lucent技術、微軟和摩托羅拉4 家。SIG 成員公司包括：PC個人電腦、移動電話、網絡相關設備、外圍輔助設備和A/ V設備、通訊設備和汽車電子、自動售貨機、醫藥器械、計時裝置等諸多領域的設備制造公司。

藍牙技術的規范及特點

藍牙的標準是IEEE802.15，工作在2.4GHz 頻帶，帶寬為1Mb/s。以時分方式進行全雙工通信，其基帶協議是電路交換和分組交換的組合。一個跳頻頻率發送一個同步分組，每個分組占用一個時隙，使用擴頻技術也可擴展到5個時隙。同時，藍牙技術支持1個異步數據通道或3個并發的同步話音通道，或1個同時傳送異步數據和同步話音的通道。每一個話音通道支持64kb/s的同步話音；異步通道支持最大速率為721kb/s，反向應答速率為57. 6 kb/s的非對稱連接，或者是432. 6 kb/s的對稱連接。

依據發射輸出電平功率不同，藍牙傳輸有3 種距離等級：Class1 為100m左右；Class2 約為10m；Class3 約為2-3m。一般情況下，其正常的工作范圍是10m半徑之內。在此范圍內，可進行多臺設備間的互聯。

藍牙技術的特點包括：1、采用跳頻技術，數據包短，抗信號衰減能力強；2、采用快速跳頻和前向糾錯方案以保證鏈路穩定，減少同頻干擾和遠距離傳輸時的隨機噪聲影響；3、使用2.4GHzISM頻段，無須申請許可證；4、可同時支持數據、音頻、視頻信號；5、采用FM調制方式，降低設備的復雜性。 

藍牙匹配規則及使用注意

藍牙技術作為一種標準開放性無線接入技術，用戶在使用時必須了解和遵守其標準技術規范。

兩個藍牙設備在進行通訊前，必須將其匹配在一起，以保證其中一個設備發出的數據信息只會被經過允許的另一個設備所接受。

藍牙技術將設備分為兩種：主設備和從設備。

藍牙主設備特點：主設備一般具有輸入端。在進行藍牙匹配操作時，用戶通過輸入端可輸入隨機的匹配密碼來將兩個設備匹配。藍牙手機、安裝有藍牙模塊的PC等都是主設備。（例如：藍牙手機和藍牙PC進行匹配時，用戶可在藍牙手機上任意輸入一組數字，然后在藍牙PC上輸入相同的一組數字，來完成這兩個設備之間的匹配。）

藍牙從設備特點：從設備一般不具備輸入端。因此從設備在出廠時，在其藍牙芯片中，固化有一個4位或6位數字的匹配密碼。藍牙耳機、優士通UD筆等都是從設備。（例如：藍牙PC與UD筆匹配時，用戶將UD筆上的藍牙匹配密碼正確的輸入到藍牙PC上，完成UD筆與藍牙PC之間的匹配。）

主設備與主設備之間、主設備與從設備之間，是可以互相匹配在一起的；而從設備與從設備是無法匹配的。例如：藍牙PC與藍牙手機可以匹配在一起；藍牙PC也可以與UD筆匹配在一起；而UD筆與UD筆之間是不能匹配的。

一個主設備，根據其類型的不同，可匹配一個或多個其他設備。例如：一部藍牙手機，一般只能匹配7個藍牙設備。而一臺藍牙PC，可匹配十多個或數十個藍牙設備。

在同一時間，藍牙設備之間僅支持點對點通訊。

藍牙技術在優士通UD筆中的應用

優士通UD筆內的藍牙模塊，采用了藍牙1.1規范標準的從設備類型模塊設計。

基于數據通訊的安全考慮，一只UD筆在同一時間內，只能與一個主設備保持通訊。

一臺電腦，可同時匹配多支UD筆。但同一時間內，僅能有一支UD筆可與電腦保持數據傳輸。

舉例來說：如果你先把UD筆匹配到了A電腦，再將UD筆和B電腦進行了匹配操作。這時，筆就會斷開與A電腦的配對，只保持與B電腦配對。其具體示例如下：

藍牙技術系統結構      
    藍牙通信用的是頻率為2.4ＧＨｚ未授權的ＩＳＭ頻帶。收發信號機利用跳頻來減少干擾和信號衰減。典型藍牙設備利用的范圍為10ｍ。通信信道可以支持數據(異步)和話音(同步)通信，總帶寬為1Ｍｂｉｔ／ｓ。支持的信道配置見表1。

    另外，還可通過預留固定間隔的插槽實現電路交換來提供同步話音信道。同步鏈路是指同步面向連接鏈路(ＳＣＯ)。異步鏈路是指異步無連接鏈路(ＡＣＬ)，它采用分組交換技術，利用輪詢接入方案來實現。同時，還定義了組合數據和話音的同步面向連接包(ＳＣＯ ｐａｃｋｅｔ)。從而保證了在每個方向上可以提供速率為64ｋｂｉｔ／ｓ的話音業務和數據業務。 
藍牙技術微網(Ｐｉｃｏｎｅｔ)簡介  
    一個藍牙設備可以與一個或多個其他藍牙設備通過不同方式進行交互。最簡單的情形是只有兩個設備，稱為點到點通信，其中一個設備作為主設備，另一個設備作為輔設備。這種專門的網絡即稱為微網。事實上，微網是任何一個既帶主設備又帶一個或多個輔設備的藍牙網絡。微網結構如圖1所示。當有多個輔設備時，通信拓撲即為點到多點的網絡結構。在這種情況下，微網中的所有設備共享信道及帶寬。一個微網可以有7個激活的輔設備。每個激活的輔設備都有一個分配的3位數(3ｂｉｔ)激活成員地址(ＡＭ—ＡＤＤＲ)。 

    新加入的輔設備也可與主設備保持同步，但是沒有激活成員地址，因而這些輔設備未被激活，稱為待命(ｐａｒｋｅｄ)設備。當激活和待命設備同時存在時，所有信道均由主設備調控。一個待命設備有一個8位數的待命成員地址(ＰＭ—ＡＤＤＲ)，這樣待命設備的數量就限制在256個。一個待命設備能與主 設備時鐘保持同步，而且可以快速被激活，從而可以實現在微網中通信。 
藍牙技術分散網(Ｓｃａｔｔｅｒｎｅｔ)簡介 
    如果兩個微網在同一覆蓋區域內，假設某用戶在一個包含手機和計算機的微網中，而隔壁的用戶在一個包含手機、耳機和名片掃描器的微網中，由于兩個微網離得很近，它們的覆蓋區會重疊，這種情況稱為分散網（ｓｃａｔｔｅｒｎｅｔ）。一個ｓｃａｔｔｅｒｎｅｔ的網絡結構如圖2所示。事實上，一個微網中的輔設備可以作為主設備或輔設備加入到另一個微網中，這要通過時分復用技術來完成。在一個ｓｃａｔｔｅｒｎｅｔ中，兩個(或多個)微網在時間或頻率上均不同步，每個微網都在自己的跳頻信道內運行，而多個微網中的任何設備通過時分復用技術可在適當時間加入。 

藍牙技術鑒權和私密性 
    雖然鑒權和私密性可以在軟件協議層解決，但是藍牙物理層也提供這些功能。用戶可以規定某個連接是單向、雙向還是無需鑒權。鑒權通過采用問詢／回應系統來實現，該系統支持40或64位的密碼。密碼管理可在軟件層完成。所有藍牙設備都以相同方式在這種物理層上確保安全性。當然，對于高度機密的應用，最好在網絡傳輸層或應用層采用更先進的運算法則。 
藍牙技術硬件要求 
    藍牙硬件可以分為無線模塊和鏈路模塊?，F在，一個包含無線和鏈路子系統的完整藍牙硬件模塊的成本在25～30美元之間。但是業內大多數人認為在未來的幾年內會降至5美元。 
藍牙技術無線模塊 
    如上所述，藍牙設備是在2.4ＧＨｚ的工業科研醫藥(ＩＳＭ，Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ Ｍｅｄｉｃｉｎｅ)頻帶內運行的，2400～2483.5ＭＨｚ的頻率范圍在大多數國家是無需許可的頻段。當然，與許多國際標準一樣，它也有一些例外，如法國的的2446.5～2483.5ＭＨｚ和西班牙的2445～2475ＭＨｚ，目前這兩個市場上使用的藍牙產品均為當地定制版本，無法與使用全部頻率范圍內的國際版本實現互操作。這些本地化版本的頻段范圍更小，跳頻算法也有不同。然而，藍牙ＳＩＧ正與這兩個國家的有關機構溝通以開通整個頻率范圍。為了簡便起見，這里只介紹國際頻率范圍實施的情況。 
    所使用的ＲＦ信道的頻率在2402～2480ＭＨｚ，信道間隔為1ＭＨｚ。業界己實施了跳頻以降低干擾和信號衰減。這意味著信道每隔625μｓ就會跳到2402～2480ＭＨｚ范圍內的另一個頻率，即相當于1600跳／ｓ的速率。每個微網都有一個獨特的跳頻序列，這種序列是根據一種使用主設備的藍牙設備地址的算法確定的。微網中的所有藍牙單元都與這個跳頻序列實現同步。 
    所有數據包傳輸都從某個時隙的開始部分開始，一個數據包傳輸也許需要多達5個時隙。一種時分雙工機制被用于支持全雙工傳輸，在每個偶數號插槽內，主設備開始傳輸；而在奇數號插槽，輔設備也開始傳輸。此外，這些時隙還可預留用于同步應用，如話音數據等。 
    藍牙設備是以3個不同的功率級別分類的，見表2。 

    由于成本和電池使用壽命方面的問題，大多數便攜式藍牙設備都可能屬于第1級或第2級。功率級別為1的設備要求進行功率控制以限制傳輸功率，使其不要超過200ｄＢｍ。雖然成本較高且功率較大，但它可以提供遠達100ｍ的覆蓋范圍，這對于家庭網絡和其他要求更大范圍的應用已經足夠了。 
    藍牙無線模塊利用高斯移頻鍵控制(ＧＦＳＫ)來進行調制。藍牙ＳＩＧ發布的藍牙系統規范第一部分對無線模塊作了詳細介紹。藍牙使用一種二進制系統，其中正頻率偏移表示1，負頻率偏移表示0。