蓝牙技术的原理及其应用
符鹤1 周忠华2 彭智朝2
1 空军驻长沙地区军事代表室 长沙 410081；
2 中南大学信息学院 长沙 410083
摘 要：本文介绍了蓝牙技术，阐述了其技术特点、系统组成和应用，最后讨论了蓝牙技术在应用中的一些问题和发展前景。
关键词：蓝牙技术 系统组成 应用
Principle and Application of Bluetooth Technology
FU He ZHOU Zhonghua PENG Zhichao2
1 Changsha’s Military Delegation of Air Force of PLA, Changsha, 410083;
2 School of Information Science and Engineering, Central South University, Changsha,410083
Abstract:This article discusses the technological characters、Systematic components and application of Bluetooth.At last,we put forward its problem and propensity.
Keywords: Bluetooth technology; systematic components; application
1 引 言
随着通信网络的发达，各种通信电缆五花八门，不但办公室中电缆无处不在，家用设备的发展也使居室成了电缆的世界。
人们在觉得它们必不可少的同时，又伤透了脑筋，如电缆使用不便，连线频出故障，各种电缆之间无法通用。
电缆成为现代通信中的美中不足。
为了取消连线，以较低成本实现各设备间的无线通信，诞生了蓝牙 (Bluetooth）技术。
2 什么是蓝牙技术
爱立信、IBM、Intel、Nokia和东芝五家公司于1998年5月联合成立了蓝牙特别利益集团(Bluetooth Special Interest Group-BSIG)，并制订了近距离无线通信技术标准—— 蓝牙技术。
它的命名借用了一千多年前一位丹麦皇帝Harald Bluetooth的名字。
所谓蓝牙(Bluetooth)技术，实际上是一种短距离无线电技术，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，目前“蓝牙”刚刚露出一点儿芽尖，却已经引起了全球通信业界和广大用户的密切关注。
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3 蓝牙的技术特点
蓝牙技术利用短距离、低成本的无线连接替代了电缆连接，从而为现存的数据网络和小型的外围设备提供了统一的连接。
下面介绍一些它的主要技术特点。
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(0dBm)，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大约为10～100m。
3.2 TDMA结构
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，3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。
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(Scatternet)中，既可作主设备(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× 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（Host Control Interface）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，都可以通过人工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。
4 蓝牙系统的组成
蓝牙技术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，如图1所示。
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（1）天线单元
蓝牙技术的天线部分体积十分小巧、重量轻，属于微带天线。
蓝牙空中接口建立在0dbm （1mW）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
图1 蓝牙系统的组成
（2）链路控制（硬件）单元
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工传输。
（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能够发现其他远端LM并通过LMP（链路管理协议）与之通信。
（4）件（协议栈）单元
蓝牙技术的规范接口可以直接集成到笔记本电脑或者通过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。
蓝牙技术系统中的软件（协议栈）是一个独立的操作系统，不与任何操作系统捆绑，它符合已经制定好的蓝牙规范，适用于集中不同商用操作系统（Windows，unix，Pocket Pc等）的蓝牙技术规范正在完善中。
5 蓝牙的应用领域及产品
自从1999年7月BSIG向全世界发布蓝牙技术标准1.0A版本,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。
包括通信网络、外设、芯片、转件等广商,甚至消费类电器厂商和汽车制造商也加入BSIG组织。
目前国内外蓝牙产品主要有蓝牙芯片、蓝牙适配器、蓝牙记忆棒、蓝牙天线、蓝牙耳机、蓝牙手机、蓝牙笔记本电脑、蓝牙硬盘、蓝牙打印机、蓝牙鼠标、蓝牙手表、蓝牙圆珠笔、蓝牙数码相机和蓝牙标签等。
引人注目的是，Bluetooth Developers Conference 会议上推出了使用蓝牙技术控制汽车内部的篮牙样车。
6 结束语
作为一个新兴事物，蓝牙技术的应用还存在许多问题和不足之处，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。
但毫无疑问，蓝牙技术已成为近年应用最快的无线通信技术，其席卷全球之势不可阻挡，它必将在不久的将来渗透到我们生活的各个方面，我们有理由相信蓝牙的明天会更好。
参考文献
[1] Bluetooth. SIG Specification of the Bluetooth SystemV o.1一Core[EB／OL], Http：//,
Version 1.1, 2001-02.
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[3] 金纯, 许光辰, 等编著.《蓝牙技术》北京电子工业出版社, 2001.
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