藍(lán)牙技術(shù)及其原理綜述

1、        和移動通信的迅速發(fā)展，使人們對電腦以外的各種數(shù)據(jù)源和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的需求日益增長。藍(lán)牙作為一個全球開放性無線應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，通過把網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)和語音設(shè)備用無線鏈路連接起來，使人們能夠隨時隨地實現(xiàn)個人區(qū)域內(nèi)語音和數(shù)據(jù)信息的交換與傳輸，從而實現(xiàn)快速靈活的通信。  一、藍(lán)牙出現(xiàn)的背景     早在年，瑞典的r公司便已經(jīng)著手藍(lán)牙技術(shù)的研究開發(fā)工作，意在通過一種短程無線鏈路，實現(xiàn)無線電話用機、耳機及臺式設(shè)備等之間的互聯(lián)。年月， 、和共同組建特別興趣小組。在此之后，、 、和

2、也相繼加盟藍(lán)牙計劃。它們的共同目標(biāo)是開發(fā)一種全球通用的小范圍無線通信技術(shù)，即藍(lán)牙。它是針對目前近距的便攜式器件之間的紅外線鏈路（ ，簡稱）而提出的。應(yīng)用紅外線收發(fā)器鏈接雖然能免去電線或電纜的連接，但是使用起來有許多不便，不僅距離只限于，而且必須在視線上直接對準(zhǔn)，中間不能有任何阻擋，同時只限于在兩個設(shè)備之間進(jìn)行鏈接，不能同時鏈接更多的設(shè)備。"藍(lán)牙"技術(shù)的目的是使特定的移動電話、便攜式電腦以及各種便攜式通信設(shè)備的主機之間在近距離內(nèi)實現(xiàn)無縫的資源共享。     藍(lán)牙是一個開放性的無線通信標(biāo)準(zhǔn)，它將取代目前多種電纜連接方案，通過統(tǒng)一的短程無線鏈路，在各

3、信息設(shè)備之間可以穿過墻壁或公文包，實現(xiàn)方便快捷、靈活安全、低成本小功耗的話音和數(shù)據(jù)通信。它推動和擴大了無線通信的應(yīng)用范圍，使網(wǎng)絡(luò)中的各種數(shù)據(jù)和語音設(shè)備能互連互通，從而實現(xiàn)個人區(qū)域內(nèi)的快速靈活的數(shù)據(jù)和語音通信。   二、藍(lán)牙中的主要技術(shù)       藍(lán)牙技術(shù)是一種無線數(shù)據(jù)與語音通信的開放性全球規(guī)范，它以低成本的近距離無線連接為基礎(chǔ)，為固定與移動設(shè)備通信環(huán)境建立一個特別連接的短程無線電技術(shù)。其實質(zhì)內(nèi)容是要建立通用的無線電空中接口（ ）及其控制軟件的公開標(biāo)準(zhǔn)，使通信和計算機進(jìn)一步結(jié)合，使不同廠家生產(chǎn)的便攜式設(shè)備

4、在沒有電線或電纜相互連接的情況下，能在近距離范圍內(nèi)具有互用、互操作的性能（）。     "藍(lán)牙"技術(shù)的作用是簡化小型網(wǎng)絡(luò)設(shè)備（如移動、掌上電腦、手機）之間以及這些設(shè)備與之間的通信，免除在無繩電話或移動電話、調(diào)制解調(diào)器、頭套式送受話器、計算機、打印機、幻燈機、局域網(wǎng)等之間加裝電線、電纜和連接器。此外，藍(lán)牙無線技術(shù)還為已存在的數(shù)字網(wǎng)絡(luò)和外設(shè)提供通用接口以組建一個遠(yuǎn)離固定網(wǎng)絡(luò)的個人特別連接設(shè)備群。     藍(lán)牙支持點到點和點到多點的連接，可采用無線方式將若干藍(lán)牙設(shè)備連成一個微微網(wǎng)（），多個微微網(wǎng)又可互連成特殊分散網(wǎng)，形成

5、靈活的多重微微網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，從而實現(xiàn)各類設(shè)備之間的快速通信。它能在一個微微網(wǎng)內(nèi)尋址個設(shè)備（實際上互聯(lián)的設(shè)備數(shù)量是沒有限制的，只不過在同一時刻只能激活個，其中個為主個為從）。     藍(lán)牙技術(shù)涉及一系列軟硬件技術(shù)、方法和理論，包括無線通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，軟件工程、軟件可靠性理論，協(xié)議的正確性驗證、形式化描述和一致性與互聯(lián)測試技術(shù)，嵌入式實時操作系統(tǒng)（ ），跨平臺開發(fā)和用戶界面圖形化技術(shù)，軟硬件接口技術(shù)（如，等），高集成、低功耗芯片技術(shù)等。  三、藍(lán)牙系統(tǒng)組成  天線單元      與其它工作在相同頻段

6、的系統(tǒng)相比，藍(lán)牙跳頻更快，數(shù)據(jù)包更短，這使藍(lán)牙比其它系統(tǒng)都更穩(wěn)定。（ ，前向糾錯）的使用抑制了長距離鏈路的隨機噪音；應(yīng)用了二進(jìn)制調(diào)頻（）技術(shù)的跳頻收發(fā)器被用來抑制干擾和防止衰落。  鏈路控制（固件）單元     在目前藍(lán)牙產(chǎn)品中，人們使用了個分別作為聯(lián)接控制器、基帶處理器以及射頻傳輸接收器，此外還使用了個單獨調(diào)諧元件。 基帶鏈路控制器負(fù)責(zé)處理基帶協(xié)議和其它一些低層常規(guī)協(xié)議。它有種糾錯方案：比例前向糾錯（）碼、比例前向糾錯碼和數(shù)據(jù)的自動請求重發(fā)方案。采用（前向糾錯）方案的目的是為了減少數(shù)據(jù)重發(fā)的次數(shù)，降低數(shù)據(jù)傳輸負(fù)載。但是，要實現(xiàn)數(shù)據(jù)的無差錯傳輸

7、，就必然要生成一些不必要的開銷比特而降低數(shù)據(jù)的傳送效率。這是因為數(shù)據(jù)包對于是否使用是彈性定義的。報頭總有占比例的碼起保護(hù)作用，其中包含了有用的鏈路信息。 在無編號的方案中，在一個時隙中傳送的數(shù)據(jù)必須在下一個時隙得到"收到"的確認(rèn)。 只有數(shù)據(jù)在收端通過了報頭錯誤檢測和循環(huán)冗余檢測后認(rèn)為無錯才向發(fā)端發(fā)回確認(rèn)消息，否則返回一個錯誤消息。比如藍(lán)牙的話音信道采用 （簡稱，即連續(xù)可變斜率增量調(diào)制技術(shù)）話音編碼方案，獲得高質(zhì)量傳輸?shù)囊纛l編碼。編碼擅長處理丟失和被損壞的語音采樣，即使比特錯誤率達(dá)到，編碼的語音還是可聽的。 模塊提供如下服務(wù)：    

8、·發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。     ·請求名稱。     ·鏈路地址查詢。     ·建立連接。     ·鑒權(quán)。     ·鏈路模式協(xié)商和建立。     ·決定幀的類型。     ·將設(shè)備設(shè)為（呼吸）模式。（主機）只能有規(guī)律地在特定的時隙發(fā)送數(shù)據(jù)。     ·將設(shè)備設(shè)為保持模

9、式。工作在模式的設(shè)備為了節(jié)能在一個較長的周期內(nèi)停止接收數(shù)據(jù)，每一次激活鏈路，這由定義，（鏈路控制器）具體操作。     ·當(dāng)設(shè)備不需要傳送或接收數(shù)據(jù)但仍需保持同步時將設(shè)備設(shè)為暫停模式。處于暫停模式的設(shè)備周期性地激活并跟蹤同步，同時檢查消息。     ·建立網(wǎng)絡(luò)連接。在內(nèi)的連接被建立之前，所有的設(shè)備都處于（待命）狀態(tài)。在這種模式下，未連接單元每隔.周期性地"監(jiān)聽"信息。每當(dāng)一個設(shè)備被激活，它就監(jiān)聽規(guī)劃給該單元的個跳頻頻點。跳頻頻點的數(shù)目因地理區(qū)域的不同而異，這個數(shù)字適用于除日本、法國和西班芽之外的

10、大多數(shù)國家。作為的設(shè)備首先初始化連接程序，如果地址已知，則通過尋呼（）消息建立連接，如果地址未知，則通過一個后接消息的（查詢）消息建立連接。在最初的尋呼狀態(tài)，單元將在分配給被尋呼單元的個跳頻頻點上發(fā)送一串個相同的消處。如果沒有應(yīng)答，則按照激活次序在剩余個頻點上繼續(xù)尋呼。從機收到從發(fā)來的消息的最大的延遲時間為激活周期的倍.，平均延遲時間是激活周期的一半（.S）。消息主要用來尋找藍(lán)牙設(shè)備，如共享打印機、傳真機和其它一些地址未知的類似設(shè)備，消息和消息很相像，但是消息需要一個額外的數(shù)據(jù)串周期來收集所有的響應(yīng)。如果中已經(jīng)處于連接的設(shè)備在較長一段時間內(nèi)沒有數(shù)據(jù)傳輸，藍(lán)牙還支持節(jié)能工作模式?？梢园阎脼椋ū３?/p>

11、）模式，在這種模式下，只有一個內(nèi)部計數(shù)器在工作。也可以主動要求被置為模式。模式一般被用于連接好幾個的情況下或者耗能低的設(shè)備，如溫度傳感器。除模式外，藍(lán)牙還支持另外兩種節(jié)能工作模式：（呼吸）模式和（暫停）模式。在模式下，降低了從"收聽"消息的速率，"呼吸"間隔可以依應(yīng)用要求做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。在模式下，設(shè)備依然與同步但沒有數(shù)據(jù)傳送。工作在模式下的設(shè)備放棄了地址，偶爾收聽的消息并恢復(fù)同步、檢查廣播消息。如果我們把這幾種工作模式按照節(jié)能效率以升序排隊，那么依次是：呼吸模式、保持模式和暫停模式。      ·連接類型和

12、數(shù)據(jù)包類型。連接類型定義了哪種類型的數(shù)據(jù)包能在特別連接中使用。藍(lán)牙基帶技術(shù)支持兩種連接類型：同步定向連接（ ，簡稱）類型，主要用于傳送話音；異步無連接（ 簡稱）類型，主要用于傳送數(shù)據(jù)包。      同一個中不同的主從對可以使用不同的連接類型，而且在一個階段內(nèi)還可以任意改變連接類型。每個連接類型最多可以支持種不同類型的數(shù)據(jù)包，其中包括個控制分組，這一點對和來說都是相同的。兩種連接類型都使用（時分雙工傳輸方案）實現(xiàn)全雙工傳輸。 連接為對稱連接，利用保留時隙傳送數(shù)據(jù)包。連接建立后，和可以不被選中就發(fā)送數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)包既可以傳送話音，也可以傳送數(shù)據(jù)，但在傳送數(shù)據(jù)時，

13、只用于重發(fā)被損壞的那部分的數(shù)據(jù)。      鏈路就是定向發(fā)送數(shù)據(jù)包，它既支持對稱連接，也支持不對稱連接。負(fù)責(zé)控制鏈路帶寬，并決定中的每個可以占用多少帶寬和連接的對稱性。只有被選中時才能傳送數(shù)據(jù)。鏈路也支持接收發(fā)給中所有的廣播消息。  軟件（協(xié)議棧）單元     藍(lán)牙規(guī)范的協(xié)議棧仍采用分層結(jié)構(gòu)，分別完成數(shù)據(jù)流的過濾和傳輸、跳頻和數(shù)據(jù)幀傳輸、連接的建立和釋放、鏈路的控制、數(shù)據(jù)的拆裝、業(yè)務(wù)質(zhì)量（）、協(xié)議的復(fù)用和分用等功能。在設(shè)計協(xié)議棧，特別是高層協(xié)議時的原則就是最大限度地重用現(xiàn)存的協(xié)議，而且其高層應(yīng)用協(xié)議（協(xié)議棧的垂直層

14、）都使用公共的數(shù)據(jù)鏈路和物理層。     藍(lán)牙協(xié)議可以分為層，即核心協(xié)議層、電纜替代協(xié)議層、電話控制協(xié)議層和采納的其它協(xié)議層。 、核心協(xié)議    、電纜替代協(xié)議     串行電纜仿真協(xié)議（）像一樣位于之上，作為一個電纜替代（ ）協(xié)議，它通過在藍(lán)牙的基帶上仿真的控制和數(shù)據(jù)信號，為那些將串行線用作傳輸機制的高級業(yè)務(wù)（如協(xié)議）提供傳輸能力。該協(xié)議由藍(lán)牙特別興趣小組在的基礎(chǔ)上開發(fā)而成。    、電話控制協(xié)議     電話控制協(xié)議包括電話控制規(guī)范二進(jìn)制（）協(xié)議和一套電話控制命

15、令（）。其中， 定義了在藍(lán)牙設(shè)備間建立話音和數(shù)據(jù)呼叫所需的呼叫控制信令；則是一套可在多使用模式下用于控制移動電話和調(diào)制解調(diào)器的命令，它由藍(lán)牙特別興趣小組在 的基礎(chǔ)上開發(fā)而成。    、采納的其它協(xié)議     藍(lán)牙技術(shù)把各種便攜式計算機設(shè)備與蜂窩移動電話用無線鏈路連接起來，使計算機與通信更加密切結(jié)合起來，使人們能隨時隨地進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的交換與傳輸。因此藍(lán)牙技術(shù)雖然出現(xiàn)不久，但已受到許多行業(yè)的關(guān)注。據(jù)國際開發(fā)中心（）預(yù)測，到 年，藍(lán)牙在美國將被嵌入到萬臺設(shè)備內(nèi)，在全世界將被嵌入到萬臺設(shè)備內(nèi)；到年內(nèi)，其市場規(guī)模將達(dá)到億美元。今年底，的數(shù)字式移動電話將注入藍(lán)牙技術(shù)，一個全新的無線通信時代已經(jīng)開始。 藍(lán)牙技術(shù)在電信業(yè)、計算機業(yè)、家電業(yè)有著