藍牙技術(shù)剖析

藍牙技術(shù)剖析





　　很長一段時間以來，無線網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用一直是業(yè)界關(guān)注的熱點。甚至有專家預(yù)計2001年將是
“無線網(wǎng)絡(luò)年”。而藍牙這一“無線新貴”更是引來無數(shù)廠商和用戶的追捧。到底藍牙是一種什么
技術(shù)？它能給我們的生活帶來怎么樣的影響？

　　所謂藍牙(Bluetooth)技術(shù)，實際上是一種短距離無線電技術(shù)，通俗一點說，就是藍牙技術(shù)使
得現(xiàn)代一些輕易攜帶的移動通信設(shè)備和電腦設(shè)備，不必借助電纜就能聯(lián)網(wǎng)，并且能夠?qū)崿F(xiàn)無線上因
特網(wǎng)，其實際應(yīng)用范圍還可以拓展到各種家電產(chǎn)品、消費電子產(chǎn)品和汽車等信息家電，組成一個巨
大的無線通信網(wǎng)絡(luò)。

　　我們以這個專題來介紹一下了藍牙的由來、原理、組成，和其它幾種無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的區(qū)別以及
它的應(yīng)用領(lǐng)域。



　藍牙的基本原理

　　藍牙(Bluetooth)技術(shù)是一種短距離無線電技術(shù)，利用"藍牙"技術(shù)，能夠有效地簡化掌上電
腦、筆記本電腦和移動電話手機等移動通信終端設(shè)備之間的通信，也能夠成功地簡化以上這些設(shè)備
與因特網(wǎng)Internet之間的通信，從而使這些現(xiàn)代通信設(shè)備與因特網(wǎng)之間的數(shù)據(jù)傳輸變得更加迅速
高效，為無線通信拓寬道路。



　　藍牙技術(shù)采用跳頻擴展技術(shù)（FHSS），跳頻速率為每秒1600次。其設(shè)備采用的是GFSK調(diào)制技
術(shù)，其最高傳輸速率為1Mbps，實際數(shù)據(jù)有效速率為721Kbps，話音采用連續(xù)可變斜率調(diào)制CVSD
（ContinuousVariableSlopeDeltaModulation連續(xù)可變斜率調(diào)制）編碼方式，CVSD方式抗干擾
能力很強，即使在誤碼率達到4％時，仍然有可以接受的話音質(zhì)量。通信協(xié)議則采用TDMA（時分多
址），在2.4GHz的ISM頻帶上設(shè)立79個帶寬為1MHz的信道，用每秒鐘切換1600次的頻率的跳頻
(Hobbing)擴展技術(shù)來實現(xiàn)信息的收發(fā)。藍牙技術(shù)支持一個異步數(shù)據(jù)通道，或3個并發(fā)的同步話音
通道，或一個同時傳送異步數(shù)據(jù)和同步話音的通道。每一個話音通道支持64kbps的同步話音；異
步通道支持最大速率721kbps、反向應(yīng)答速率為57.6kbps的非對稱連接，或者是432.6kbps的對稱
連接。



一、什么是藍牙技術(shù)



　　所謂藍牙(Bluetooth)技術(shù)，實際上是一種短距離無線電技術(shù)，利用“藍牙”技術(shù)，能夠有效
地簡化掌上電腦、筆記本電腦和移動電話手機等移動通信終端設(shè)備之間的通信，也能夠成功地簡化
以上這些設(shè)備與因特網(wǎng)Internet之間的通信，從而使這些現(xiàn)代通信設(shè)備與因特網(wǎng)之間的數(shù)據(jù)傳輸
變得更加迅速高效，為無線通信拓寬道路。說得通俗一點，就是藍牙技術(shù)使得現(xiàn)代一些輕易攜帶的
移動通信設(shè)備和電腦設(shè)備，不必借助電纜就能聯(lián)網(wǎng)，并且能夠?qū)崿F(xiàn)無線上因特網(wǎng)，其實際應(yīng)用范圍
還可以拓展到各種家電產(chǎn)品、消費電子產(chǎn)品和汽車等信息家電，組成一個巨大的無線通信網(wǎng)絡(luò)。
“藍牙”技術(shù)屬于一種短距離、低成本的無線連接技術(shù)，是一種能夠?qū)崿F(xiàn)語音和數(shù)據(jù)無線傳輸?shù)拈_
放性方案，因此，目前無線通信的“藍牙”剛剛露出一點兒芽尖，卻已經(jīng)引起了全球通信業(yè)界和廣
大用戶的密切關(guān)注。



二、藍牙的由來



　　藍牙以公元10世紀統(tǒng)一丹麥和瑞典的一位斯堪的納維亞國王的名字命名。它孕育著頗為神奇的
前景：對手機而言，與耳機之間不再需要連線；在個人計算機，主機與鍵盤、顯示器和打印機之間
可以擺脫紛亂的連線；在更大范圍內(nèi)，電冰箱、微波爐和其它家用電器可以與計算機網(wǎng)絡(luò)的連接，
實現(xiàn)智能化操作。



　　 發(fā)明藍牙技術(shù)的是瑞典電信巨人愛立信公司。由于這種技術(shù)具有十分可喜的應(yīng)用前景，1998
年5月，五家世界頂級通信/計算機公司：愛立信、諾基亞、東芝、IBM和英特爾經(jīng)過磋商，聯(lián)合成
立了藍牙共同利益集團（Bluetooth SIG）, 目的是加速其開發(fā)、推廣和應(yīng)用。此項無線通信技術(shù)
公布后，便迅速得到了包括摩托羅拉、3Com、朗訊、康柏、西門子等一大批公司的一致?lián)碜o，至
今加盟藍牙SIG的公司已達到2000多個，其中包括許多世界最著名的計算機、通信以及消費電子產(chǎn)
品領(lǐng)域的企業(yè)，甚至還有汽車與照相機的制造商和生產(chǎn)廠家。一項公開的技術(shù)規(guī)范能夠得到工業(yè)界
如此廣泛的關(guān)注和支持，這說明基于此項藍牙技術(shù)的產(chǎn)品將具有廣闊的應(yīng)用前景和巨大的潛在市
場。藍牙共同利益集團現(xiàn)已改稱藍牙推廣集團。



三、藍牙的技術(shù)內(nèi)容



　　藍牙技術(shù)產(chǎn)品是采用低能耗無線電通信技術(shù)來實現(xiàn)語音、數(shù)據(jù)和視頻傳輸?shù)�，其傳輸速率最�?br />為每秒1Mb/s，以時分方式進行全雙工通信，通信距離為10米左右，配置功率放大器可以使通信距
離進一步增加。



　　藍牙產(chǎn)品采用的是跳頻技術(shù)，能夠抗信號衰落；采用快跳頻和短分組技術(shù)，能夠有效地減少
同頻干擾，提高通信的安全性；采用前向糾錯編碼技術(shù)，以便在遠距離通信時減少隨機噪聲的干
擾；采用2.4GHz的ISM (即工業(yè)、科學(xué)、醫(yī)學(xué))頻段，以省去申請專用許可證的麻煩；采用FM調(diào)制
方式，使設(shè)備變得更為簡單可靠；“藍牙”技術(shù)產(chǎn)品一個跳頻頻率發(fā)送一個同步分組，每組一個分
組占用一個時隙，也可以增至5個時隙；“藍牙”技術(shù)支持一個異步數(shù)據(jù)通道，或者3個并發(fā)的同步
語音通道，或者一個同時傳送異步數(shù)據(jù)和同步語音的通道�！八{牙”的每一個話音通道支持
64Kbps的同步話音，異步通道支持的最大速率為721Kbps、反向應(yīng)答速率為57.6Kbps的非對稱連
接，或者432.6Kbps的對稱連接。



　　藍牙技術(shù)產(chǎn)品與因特網(wǎng)Internet之間的通信，使得家庭和辦公室的設(shè)備不需要電纜也能夠?qū)?br />現(xiàn)互通互聯(lián)，大大提高辦公和通信效率。因此， “藍牙”將成為無線通信領(lǐng)域的新寵，將為廣大
用戶提供極大的方便而受到青睞。







四、藍牙技術(shù)指標和系統(tǒng)參數(shù)



　　目前所公布的藍牙技術(shù)參數(shù)如表1所示。



表1　　藍牙技術(shù)參數(shù)





工作頻段 ISM頻段，2.402~2.480GHz

雙工方式 全雙工，TDD時分雙工

業(yè)務(wù)類型 支持電路交換和分組交換業(yè)務(wù)

數(shù)據(jù)速率 1Mb/s

非同步信道速率 非對稱連接721/57.6kb/s，對稱連接432.6kb/s

同步信道速率 64Kb/s

功率 美國FCC要求＜0dbm(1mW)，其他國家可擴展為100mW

跳頻頻率數(shù) 79個頻點/MHz

跳頻速率 1600次/s

工作模式 PARK/HOLD/SNIFF

數(shù)據(jù)連接方式 面向連接業(yè)務(wù)SCO，無連接業(yè)務(wù)ACL

糾錯方式 1/3FEC，2/3FEC，ARQ

鑒權(quán) 采用反應(yīng)邏輯算術(shù)

信道加密 采用0位、40位、60位密鑰

語音編碼方式 連續(xù)可變斜率調(diào)制CVSD

發(fā)射距離 一般可達10~10cm，增加功率情況下可達100m







五、藍牙技術(shù)中的名詞術(shù)語



　　微微網(wǎng)（Piconet）是由采用藍牙技術(shù)的設(shè)備以特定方式組成的網(wǎng)絡(luò)。微微網(wǎng)的建立是由兩臺
設(shè)備（如便攜式電腦和蜂窩電話）的連接開始，最多由8臺設(shè)備構(gòu)成。所有的藍牙設(shè)備都是對等
的，以同樣的方式工作。然而，當一個微微網(wǎng)建立時，只有一臺為主設(shè)備，其他均為從設(shè)備，而且
在一個微微網(wǎng)存在期間將一直維持這一狀況。



　　分布式網(wǎng)絡(luò)（Scatternet）是由多個獨立、非同步的微微網(wǎng)形成的。



　　主設(shè)備（Master unit）是指在微微網(wǎng)中，如果某臺設(shè)備的時鐘和跳頻序列用于同步其他設(shè)
備，則稱它為主設(shè)備。從設(shè)備（Slave unit）是指非主設(shè)備的設(shè)備均為從設(shè)備。



　　MAC地址(MAC address)是用3比特表示的地址，用于區(qū)分微微網(wǎng)中的設(shè)備。休眠設(shè)備
（Parked units）在微微網(wǎng)中只參與同步，但沒有MAC地址的設(shè)備。監(jiān)聽及保持方式（Sniff
and Hold mode）指微微網(wǎng)中從設(shè)備的兩種低功耗工作方式。





無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)比較

　　無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)日趨火熱，以藍牙，IEEE 802.11等為代表的一批無線網(wǎng)絡(luò)連接技術(shù)正得到日益
普及的應(yīng)用。 無線網(wǎng)絡(luò)具有以下優(yōu)勢：



● 支持移動聯(lián)網(wǎng)。用戶可以象使用移動電話那樣靈活的移動計算設(shè)備的位置，保持持續(xù)的網(wǎng)絡(luò)連
接。

● 不需要使用物理線路，安裝非常簡便。

● 因為無線網(wǎng)絡(luò)所使用的高頻率無線電波可以穿透墻壁或玻璃窗，所以網(wǎng)絡(luò)設(shè)備可以在有效范圍
內(nèi)任意放置。

● 多層安全防護措施可以充分確保用戶隱私。

● 改動網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)或布局時，不需要對網(wǎng)絡(luò)進行重新設(shè)置。 　　





如今，無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)日趨火熱，以藍牙，IEEE 802.11等為代表的一批無線網(wǎng)絡(luò)連接技術(shù)正得到日
益普及的應(yīng)用。







　　一般來說，無線網(wǎng)絡(luò)的有效傳輸距離在250英尺左右，不需要固定設(shè)備的具體位置。



　　無線網(wǎng)絡(luò)具有以下優(yōu)勢：

● 支持移動聯(lián)網(wǎng)。用戶可以象使用移動電話那樣靈活的移動計算設(shè)備的位置，保持持續(xù)的網(wǎng)絡(luò)連
接。

● 不需要使用物理線路，安裝非常簡便。

● 因為無線網(wǎng)絡(luò)所使用的高頻率無線電波可以穿透墻壁或玻璃窗，所以網(wǎng)絡(luò)設(shè)備可以在有效范圍
內(nèi)任意放置。

● 多層安全防護措施可以充分確保用戶隱私

● 改動網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)或布局時，不需要對網(wǎng)絡(luò)進行重新設(shè)置。



　　常見的無線網(wǎng)絡(luò)接入技術(shù)有下面三種：



1、IEEE802.11家族



　　IEEE802.11是IEEE最初制定的一個無線局域網(wǎng)標準，主要用于解決辦公室局域網(wǎng)和校園網(wǎng)
中，用戶與用戶終端的無線接入，業(yè)務(wù)主要限于數(shù)據(jù)存取，速率最高只能達到2Mb/s。目前，3Com
等公司都有基于該標準的無線網(wǎng)卡。



　　由于IEEE802.11在速率和傳輸距離上都不能滿足人們的需要，因此，IEEE小組又相繼推出了
IEEE802.11b和IEEE802.11a兩個新標準。三者之間技術(shù)上的主要差別在于MAC子層和物理層。




　　IEEE802.11b物理層支持5.5Mb/s和11Mb/s兩個新速率，IEEE802.11標準在擴頻時是一個11
位調(diào)制芯片，而IEEE802.11b標準采用一種新的調(diào)制技術(shù)CCK完成。IEEE802.11b使用動態(tài)速率漂
移，可因環(huán)境變化，在11Mb/s、5.5Mb/s、2Mb/s、1Mb/s之間切換，且在2Mb/s、1Mb/s速率時與
IEEE802.11兼容。



　　IEEE802.11a工作在5GHz U-NII頻帶，物理層速率可達54Mb/s，傳輸層達25Mb/s。采用正交
頻分復(fù)用（OFDM）的獨特擴頻技術(shù)；可提供25Mb/s的無線ATM接口和10Mb/s的以太網(wǎng)無線幀結(jié)構(gòu)
接口，以及TDD/TDMA的空中接口；支持語音、數(shù)據(jù)、圖像業(yè)務(wù)；一個扇區(qū)可接入多個用戶，每個
用戶可帶多個用戶終端。但是，芯片沒有進入市場、設(shè)備昂貴、空中接力不好、點對點連接很不經(jīng)
濟、不適合小型設(shè)備。值得慶幸的是，Radiata的低成本COMS無線引擎芯片裝置可支持
IEEE802.11a。



2、藍牙新貴



　　藍牙（IEEE802.15）是一項最新標準，對于IEEE802.11來說，它的出現(xiàn)不是為了競爭而是相
互補充。藍牙比IEEE802.11更具移動性，比如，IEEE802.11限制在辦公室和校園內(nèi)，藍牙能把一
個設(shè)備連接到LAN和WAN，甚至支持全球漫游。此外，藍牙成本低、體積小，可用于更多的設(shè)備。
但是，藍牙主要是點對點的短距離無線發(fā)送技術(shù)，本質(zhì)上要么是RF要么是紅外線。而且，藍牙被設(shè)
計成低功耗、短距離、低帶寬的應(yīng)用，嚴格來講，不算是真正的局域網(wǎng)技術(shù)。



3、家庭網(wǎng)絡(luò)的HomeRF



　　HomeRF主要為家庭網(wǎng)絡(luò)設(shè)計，是IEEE802.11與DECT的結(jié)合，旨在降低語音數(shù)據(jù)成本。HomeRF
也采用了擴頻技術(shù)，工作在2.4GHz頻帶，能同步支持4條高質(zhì)量語音信道。但目前HomeRF的傳輸速
率只有1~2Mb/s。FCC建議增加到10Mb/s。



　　通過比較分析可以看出，各種標準都是根據(jù)不同的使用場合，不同的用戶需求而制定的。有的
是為了增加帶寬和傳輸距離，有的則是考慮移動性和經(jīng)濟性，局部最優(yōu)不等于全局最優(yōu)。因此，用
戶應(yīng)視實際需求選擇適合自己的標準。



表2 幾種無線網(wǎng)絡(luò)接入技術(shù)的比較





IEEE802.11 IEEE802.11b IEEE802.11a Bluetooth HomeRF

頻率 2.4GHz 2.4GHz 5GHz 2.4HGz 2.4GHz

帶寬 1~2Mb/s 可達11Mb/s 可達54Mb/s 1Mb/s 1~2Mb/s

可增至1Mb/s

距離 100m 100m

功率增加可擴展 5~10km 10~100m 100m

業(yè)務(wù) 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)/圖像 語音/數(shù)據(jù)/圖像 語音/數(shù)據(jù) 語音/數(shù)據(jù)





藍牙技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域

　　象任何新技術(shù)一樣，藍牙必有適合它生長的需要和自身的優(yōu)勢之處，開發(fā)它的一些應(yīng)用功能要
比作其他事情需要更多的時間。從目前的藍牙產(chǎn)品來看，藍牙主要應(yīng)用在這幾個方面：



● 藍牙應(yīng)用在手機上。

● 藍牙應(yīng)用在掌上電腦上。

● 藍牙應(yīng)用于其它數(shù)字設(shè)備，如數(shù)字照相機、數(shù)字攝象機等。

● 籃牙技術(shù)構(gòu)成的電子錢包和電子鎖。

● 籃牙系統(tǒng)嵌入微波爐、洗衣機、電冰箱、空調(diào)機等傳統(tǒng)家用電器。





1、在手機上的應(yīng)用



　　嵌入藍牙技術(shù)的數(shù)字移動電話將可實現(xiàn)一機三用，真正實現(xiàn)個人通信的功能。應(yīng)用模式如圖
1。在辦公室可作為內(nèi)部的無線集團電話,回家后可當作無繩電話來使用，不必支付昂貴的移動電話
的話費。到室外或乘車的路上,仍作為移動電話與掌上電腦或個人數(shù)字助理 PDA結(jié)合起來，并通過
嵌入藍牙技術(shù)的局域網(wǎng)接入點,隨時隨地都可以到因特網(wǎng)上沖浪瀏覽,那將使我們的數(shù)字化生活變得
更加方便和快捷。同時,借助嵌入藍牙的頭戴式話筒和耳機以及話音撥號技術(shù)，不用動手就可以接
聽或撥打移動電話。





2、在掌上電腦上的應(yīng)用



　　掌上PC越來越普及，嵌入藍牙芯片的掌上PC將提供想象不到的便利，藍牙技術(shù)在掌上電腦上
的應(yīng)用模式如圖2;通過掌上PC你不僅可以編寫 Email,而且可以立即發(fā)送出去,沒有外線與 PC連
接,一切都由藍牙設(shè)備來傳送。這樣,在飛機上用掌上PC寫 Email,當飛機著陸后，你只須打開手
機，所有信息可通過機場的藍牙設(shè)備自動發(fā)送。有了藍芽技術(shù),你的掌上PC能夠與桌面系統(tǒng)保持同
步。即使是把PC放口袋中，桌面系統(tǒng)的任何變化都可以按預(yù)先設(shè)置好的更新原則，將變化傳到掌上
PC中�；氐郊抑�,隨身攜帶的PDA通過藍牙芯片與家庭設(shè)備自動通信，可以為你自動打開門鎖、開
燈,并將室內(nèi)的空調(diào)或暖氣調(diào)到預(yù)定的溫度等等。進入旅館可以自動登記，并將你房間的電子鑰匙
自動傳送到你的 PDA中，從而你可輕輕一按，就可打開你所定的房間。

3、其它數(shù)字設(shè)備上的應(yīng)用



　　數(shù)字照相機、數(shù)字攝象機等設(shè)備裝上 Bluetooth系統(tǒng)，既可免去使用電線的不使，又可不受
存儲器容量的困憂，隨時隨地可將所攝圖片或影象通過同樣裝備 Bluetooth系統(tǒng)的手機或其它設(shè)
備傳回指定的計算饑中，藍牙技術(shù)還可以應(yīng)用于投影機產(chǎn)品，實現(xiàn)投影機的無線連接。



4、籃牙技術(shù)構(gòu)成的電子錢包和電子鎖



　　籃牙構(gòu)成的無線電電子鎖比其它非接觸式電子鎖或IC鎖具有更高的安全性和適用性。各種無線
電遙控器(特別是汽車防盜和遙控)比紅外線遙控器的功能更強大,在餐館酒樓用膳時菜單的雙向無
線傳輸或招呼服務(wù)員提供指定的服務(wù)將更為方便等等。



　　在超市購物時，當你走向收銀臺時，藍牙電子錢包會發(fā)出一個信號，證明您的信用卡或現(xiàn)金卡
上有足夠的余額。因此,您不必掏出錢包便可自動為所購物品付款。然后收銀臺會向您的電子錢包
發(fā)回一個信號，更新您的現(xiàn)金卡余額。利用這種無線電子錢包，可輕松地接入航空公司、飯店、劇
場、零售商店和餐館的網(wǎng)絡(luò)，自動辦理入住、點菜、購物和電子付帳。



5、籃牙技術(shù)在傳統(tǒng)家電中的應(yīng)用



　　藍牙系統(tǒng)嵌入微波爐、洗衣機、電冰箱、空調(diào)機等傳統(tǒng)家用電器，使之智能化并具有網(wǎng)絡(luò)信息
終端的功能，能夠主動地發(fā)布、獲取和處理信息，賦予傳統(tǒng)電器以新的內(nèi)涵。其應(yīng)用模式如圖3。








　　網(wǎng)絡(luò)微被爐應(yīng)該能夠存儲許多微波爐菜譜，同時還應(yīng)該能夠提高通過生產(chǎn)廠家的網(wǎng)絡(luò)或烹調(diào)服
務(wù)中心自動下載新菜譜；網(wǎng)絡(luò)冰箱能夠知道自己存儲的食品種類、數(shù)量和存儲日期，可以提醒存儲
到期和發(fā)出存量不足的警告,甚至自動從網(wǎng)絡(luò)訂購;網(wǎng)絡(luò)洗衣機可以從網(wǎng)絡(luò)上獲得新的洗衣程序。帶
藍牙的信息家電還能主動向網(wǎng)絡(luò)提供本身的一些有用信息,如向生產(chǎn)廠家提供有關(guān)故障并要求維修
的反饋信息等。藍牙信息家電是網(wǎng)絡(luò)上的家電，不再是計算機的外設(shè)，它也可以各自為戰(zhàn),提示主
人如何運作。我們可以設(shè)想把所有的藍牙信息家電通過一個遙接器來進行控制。這一個遙控器不但
可以控制電視、計算機、空調(diào)器,同時還可以用作無繩電話或者移動電話，甚至可以在這些藍牙信
息家電之間共享有用的信息，比如把電視節(jié)目或者電話語音錄制下來存儲到電腦中。