藍芽"（ Bluetooth）技術是由世界著名的5家大公司--愛立信（Ericsson）、諾基亞（Nokia、東芝（Toshiba）、國際商用機器公司（IBM）和英特爾（Intel），於1998年5月聯合宣佈的一種無線通訊新技術，借用了一千多年前一位丹麥皇帝哈拉德·布魯斯（Harald Bluetooth）的名字命名的。它是針對目前相距很近的行動式器件之間的連結主要是用紅外線鏈路（infraredlink，簡稱IrDA）進行而提出的。應用紅外線收發器連結雖然能免去電線或電纜的連線，但是使用起來有許多不便，不僅距離只限於1～2m，而且必須在視線上直接對準，中間不能有任何阻擋，同時只限於在兩個裝置之間進行連結，不能同時連結更多的裝置。另一方面，人們對無線電通訊技術很熟悉，無線電技術能實現遠距離的通訊，可以實現衛星通訊以至宇宙太空的通訊。"藍芽"技術的目的是利用短距離、低成本的無線多媒體通訊技術在小範圍內將各種移動通訊裝置、固定通訊裝置、計算機及其終端裝置、各種數字系統（包括數字照相機、數字攝影機等）甚至家用電器連線起來，實現無縫的資源共享。1999年7月，藍芽正式公佈了藍芽技術規範Bluetooth Version1.0。藍芽已成為通訊領域目前的一個新熱點，極有可能在不遠的將來成為小範圍無線多媒體通訊的國際標準。 2 藍芽的技術特點 藍芽技術利用短距離、低成本的無線連線替代了電纜連線，從而為現存的資料網路和小型的外圍裝置介面提供了統一的連線。它具有許多優越的技術性能，以下介紹一些主要的技術特點。 2.1 射頻特性 藍芽裝置的工作頻段選在全世界範圍內都可以自由使用的2.4GHz的ISM（工業、科學、醫學）頻段，這樣使用者不必經過申請便可以在2400～2500MHz範圍內選用適當的藍芽無線電收發器頻段。頻道採用23個或79個，頻道間隔均為1MHz，採用時分雙工方式。調製方式為BT= 0.5的GFSK，調製指數為0.28～ 0.35。藍芽的無線發射機採用FM調製方式，從而能降低裝置的複雜性。最大發射功率分為三個等級，100mW(20dBm)，2.5mW(4dBm)，1mW(0dBm)，在4～20dBm範圍內要求採用功率控制，因此，藍芽裝置之間的有效通訊距離大約為10～100m。 2.2 TDMA結構 藍芽的資料傳輸率為1Mb/s，採用資料包的形式按時隙傳送每時隙0.625μs 。藍芽系統支援實時的同步定向聯接和非實時的非同步不定向聯接，藍芽技術支援一個非同步資料通道，3個併發的同步語音通道或一個同時傳送非同步資料和同步語音通道。每一個語音通道支援64KB/S 的同步語音，非同步通道支援最大速率為721KB/S，反向應答速度為57.6KB/s的非對稱連線，或者是速率為432.6KB/S的對稱連線。 2.3 使用跳頻技術 跳頻是藍芽使用的關鍵技術之一。對應單時隙包，藍芽的跳頻速率為1600跳/秒；對於多時隙包，跳頻速率有所降低；但在建鏈時則提高為3200跳/秒。使用這樣高的調頻速率，藍芽系統具有足夠高的抗干擾能力，且硬體裝置簡單、效能優越。 2.4 藍芽裝置的組網 藍芽根據網路的概念提供點對點和點對多點的無線連線，在任意一個有效通訊範圍內，所有的裝置都是平等的，並且遵循相同的工作方式。基於TDMA原理和藍芽裝置的平等性，任一藍芽裝置在主從網路（Piconet）和分散網路（Scatternet）中，既可作主裝置（Master），又可作從裝置(Slaver)，還可同時既是主裝置（Master），又是從裝置(Slaver)。因此在藍芽系統中沒有從站的概念，另外所有的裝置都是可移動的，組網十分方便。 2.5 軟體的層次結構 和許多通訊系統一樣，藍芽的通訊協議採用層次式結構，其程式寫在一個9mm× 9mm的微晶片中。其底層為各類應用所通用，高層則視具體應用而有所不同，大體分為計算機背景和非計算機背景兩種方式，前者透過主機控制介面HCI（Host Control Interface）實現高、低層的連線。後者則不需要HCI。層次結構使其裝置具有最大的通用性和靈活性。根據通訊協議，各種藍芽裝置無論在任何地方，都可以透過人工或自動查詢來發現其它藍芽裝置，從而構成主從網和分散網，實現系統提供的各種功能，使用起來十分方便。 3 藍芽系統的功能模組 藍芽系統的基本功能模組如圖1所示。它的功能模組包括天線單元、鏈路控制器、鏈路管理、軟體功能。 3.1 無線技術規範 藍芽天線屬於微帶天線，藍芽無線介面是基於常規無線發射功率0dbm設計的，符合美國聯通訊委員會（FCC）的ISM頻段的規定。擴充套件頻譜技術的應用使得功率可增至100dbm，可滿足不同國家的需要。在日本、西班牙、法國，由於當地規定的頻段相對較窄，可用內部軟體來轉換實現。 3.2 基帶技術規範 基帶描述了裝置的數字訊號處理部分，即藍芽鏈路控制器，它完成基帶協議和其它底層的鏈路規程。主要包括以下幾個方面： （1）網路連線的建立。 （2）鏈路型別和分組型別。 鏈路型別決定了哪種分組模式能在特定的鏈路上使用，藍芽基帶技術支援兩種鏈路型別：即同步面向連線型別SCO（主要用於語音）和非同步非連線型別ACL（主要用於分組資料）。 （3）糾錯 基帶控制器採用3種糾錯方式：1/3速率前向糾錯編碼（FEC）、2/3速率前向糾錯編碼（FEC）、對資料的自動請求重傳（ACL）。 （4）鑑權和加密 藍芽基帶部分在物理層為使用者提供保護和資訊保密機制。鑑權基於"請求一響應"運演算法則。鑑權是藍芽系統中的關鍵部分，它允許使用者為個人的藍芽裝置建立一個信任域，比如只允許主人自己的膝上型電腦透過主人自己的行動電話通訊。加密被用來保護連線的個人資訊。金鑰由程式的高層來管理。網路傳送協議和應用程式可以為使用者提供一個較強的安全機制。 3.3 鏈路管理協議 鏈路管理（LM）軟體模組攜帶了鏈路的資料設定、鑑權、鏈路硬體配置和其它一些協議。LM能夠發現其它遠端LM並透過LMP（鍵路管理協議）與之通訊。LM模組提供如下服務： （1）傳送和接收資料。 （2）請求名稱。 （3）鏈路地址查詢。 （4）建立連線。 （5）鑑權。 （6）鏈路模式協商和建立。 （7）決定幀的型別。 （8）將裝置設為sniff模式。master只能有規律地在特定的時隙傳送資料。 （9）將裝置設為hold模式。工作在hold模式的裝置為了節能在一個較長的週期內停止接收資料，平均每啟用一次鏈路，這由LM定義，LC（鏈路控制器）具體操作。 （10）當裝置不需要傳送或接收資料但仍需保持同步時將裝置設為暫停模式。處於暫停模式的裝置週期性地啟用並跟蹤同步，同時檢查page訊息。 （11）建立網路連線。 3.4 軟體（協議）單元 藍芽基帶協議結合電路開關和分組交換機，適用於語音和資料傳輸。Bluetooth軟體構架規範要求與Bluetooth相順從的裝置支援基本水平的互操作性。這種順從水平由不同的應用來決定。 藍芽裝置需要支援一些基本互操作特性要求。對某些裝置，這種要求涉及到無線模組、空中協議以及應用層協議和對像交換格式。Bluetooth1.0標準由兩個檔案組成。一個叫FoundationCore，它規定的是設計標準。另一個叫FoundationProfile，它規定的是相互運作性準則。藍芽裝置必須能夠彼此識別並裝載與之相應的軟體以支援裝置更高層次的效能。 藍芽的軟體（協議）單元是一個獨立的作業系統，不與任何作業系統捆綁，軟體（協議）結構需有如下功能： （1）設定及故障診斷工具； （2）能自動識別其它裝置； （3）取代電纜連線； （4）與外設通訊； （5）音訊通訊與呼叫控制； （6）商用卡的交易與號簿網路協議。 4 藍芽系統的應用 藍芽技術廣泛應用於各種電話系統、無線電纜、無線公文包、各類數位電子裝置、電子商務等領域。 跳線和TDMA等技術的應用使得藍芽的射頻電路較為簡單，通訊協議的大部分內容可以用專用積體電路和軟體來實現，因此從技術上保證了藍芽裝置的高效能和低成本。 以摩托羅拉藍芽解決方案為例，摩托羅拉在先進射頻技術方面素有經驗。摩托羅拉藍芽解決方案可利用UART、RS-232、USB或SPI連線主處理器，而主處理器可透過這些介面處理藍芽協議上的堆疊及主控制器的介面等功能；而這個藍芽解決方案則負責執行下堆疊（主控制器介面、鏈路管理程式協議、基帶及射頻）其餘的功能。並採用摩托羅拉的MCORETM32位精簡指令集運算（SISC）處理器核心，內含一個高度靈活的外圍裝置集，適用於多種不同的嵌入式藍芽應用方案。 圖2為一個採用摩托羅拉解決方案用於蜂窩式電話的例子。通用非同步收發器是連線蜂窩式電話基帶處理器與摩托羅拉解決方案的介面，而SSI則為語音通訊提供支援。
藍芽"（ Bluetooth）技術是由世界著名的5家大公司--愛立信（Ericsson）、諾基亞（Nokia、東芝（Toshiba）、國際商用機器公司（IBM）和英特爾（Intel），於1998年5月聯合宣佈的一種無線通訊新技術，借用了一千多年前一位丹麥皇帝哈拉德·布魯斯（Harald Bluetooth）的名字命名的。它是針對目前相距很近的行動式器件之間的連結主要是用紅外線鏈路（infraredlink，簡稱IrDA）進行而提出的。應用紅外線收發器連結雖然能免去電線或電纜的連線，但是使用起來有許多不便，不僅距離只限於1～2m，而且必須在視線上直接對準，中間不能有任何阻擋，同時只限於在兩個裝置之間進行連結，不能同時連結更多的裝置。另一方面，人們對無線電通訊技術很熟悉，無線電技術能實現遠距離的通訊，可以實現衛星通訊以至宇宙太空的通訊。"藍芽"技術的目的是利用短距離、低成本的無線多媒體通訊技術在小範圍內將各種移動通訊裝置、固定通訊裝置、計算機及其終端裝置、各種數字系統（包括數字照相機、數字攝影機等）甚至家用電器連線起來，實現無縫的資源共享。1999年7月，藍芽正式公佈了藍芽技術規範Bluetooth Version1.0。藍芽已成為通訊領域目前的一個新熱點，極有可能在不遠的將來成為小範圍無線多媒體通訊的國際標準。 2 藍芽的技術特點 藍芽技術利用短距離、低成本的無線連線替代了電纜連線，從而為現存的資料網路和小型的外圍裝置介面提供了統一的連線。它具有許多優越的技術性能，以下介紹一些主要的技術特點。 2.1 射頻特性 藍芽裝置的工作頻段選在全世界範圍內都可以自由使用的2.4GHz的ISM（工業、科學、醫學）頻段，這樣使用者不必經過申請便可以在2400～2500MHz範圍內選用適當的藍芽無線電收發器頻段。頻道採用23個或79個，頻道間隔均為1MHz，採用時分雙工方式。調製方式為BT= 0.5的GFSK，調製指數為0.28～ 0.35。藍芽的無線發射機採用FM調製方式，從而能降低裝置的複雜性。最大發射功率分為三個等級，100mW(20dBm)，2.5mW(4dBm)，1mW(0dBm)，在4～20dBm範圍內要求採用功率控制，因此，藍芽裝置之間的有效通訊距離大約為10～100m。 2.2 TDMA結構 藍芽的資料傳輸率為1Mb/s，採用資料包的形式按時隙傳送每時隙0.625μs 。藍芽系統支援實時的同步定向聯接和非實時的非同步不定向聯接，藍芽技術支援一個非同步資料通道，3個併發的同步語音通道或一個同時傳送非同步資料和同步語音通道。每一個語音通道支援64KB/S 的同步語音，非同步通道支援最大速率為721KB/S，反向應答速度為57.6KB/s的非對稱連線，或者是速率為432.6KB/S的對稱連線。 2.3 使用跳頻技術 跳頻是藍芽使用的關鍵技術之一。對應單時隙包，藍芽的跳頻速率為1600跳/秒；對於多時隙包，跳頻速率有所降低；但在建鏈時則提高為3200跳/秒。使用這樣高的調頻速率，藍芽系統具有足夠高的抗干擾能力，且硬體裝置簡單、效能優越。 2.4 藍芽裝置的組網 藍芽根據網路的概念提供點對點和點對多點的無線連線，在任意一個有效通訊範圍內，所有的裝置都是平等的，並且遵循相同的工作方式。基於TDMA原理和藍芽裝置的平等性，任一藍芽裝置在主從網路（Piconet）和分散網路（Scatternet）中，既可作主裝置（Master），又可作從裝置(Slaver)，還可同時既是主裝置（Master），又是從裝置(Slaver)。因此在藍芽系統中沒有從站的概念，另外所有的裝置都是可移動的，組網十分方便。 2.5 軟體的層次結構 和許多通訊系統一樣，藍芽的通訊協議採用層次式結構，其程式寫在一個9mm× 9mm的微晶片中。其底層為各類應用所通用，高層則視具體應用而有所不同，大體分為計算機背景和非計算機背景兩種方式，前者透過主機控制介面HCI（Host Control Interface）實現高、低層的連線。後者則不需要HCI。層次結構使其裝置具有最大的通用性和靈活性。根據通訊協議，各種藍芽裝置無論在任何地方，都可以透過人工或自動查詢來發現其它藍芽裝置，從而構成主從網和分散網，實現系統提供的各種功能，使用起來十分方便。 3 藍芽系統的功能模組 藍芽系統的基本功能模組如圖1所示。它的功能模組包括天線單元、鏈路控制器、鏈路管理、軟體功能。 3.1 無線技術規範 藍芽天線屬於微帶天線，藍芽無線介面是基於常規無線發射功率0dbm設計的，符合美國聯通訊委員會（FCC）的ISM頻段的規定。擴充套件頻譜技術的應用使得功率可增至100dbm，可滿足不同國家的需要。在日本、西班牙、法國，由於當地規定的頻段相對較窄，可用內部軟體來轉換實現。 3.2 基帶技術規範 基帶描述了裝置的數字訊號處理部分，即藍芽鏈路控制器，它完成基帶協議和其它底層的鏈路規程。主要包括以下幾個方面： （1）網路連線的建立。 （2）鏈路型別和分組型別。 鏈路型別決定了哪種分組模式能在特定的鏈路上使用，藍芽基帶技術支援兩種鏈路型別：即同步面向連線型別SCO（主要用於語音）和非同步非連線型別ACL（主要用於分組資料）。 （3）糾錯 基帶控制器採用3種糾錯方式：1/3速率前向糾錯編碼（FEC）、2/3速率前向糾錯編碼（FEC）、對資料的自動請求重傳（ACL）。 （4）鑑權和加密 藍芽基帶部分在物理層為使用者提供保護和資訊保密機制。鑑權基於"請求一響應"運演算法則。鑑權是藍芽系統中的關鍵部分，它允許使用者為個人的藍芽裝置建立一個信任域，比如只允許主人自己的膝上型電腦透過主人自己的行動電話通訊。加密被用來保護連線的個人資訊。金鑰由程式的高層來管理。網路傳送協議和應用程式可以為使用者提供一個較強的安全機制。 3.3 鏈路管理協議 鏈路管理（LM）軟體模組攜帶了鏈路的資料設定、鑑權、鏈路硬體配置和其它一些協議。LM能夠發現其它遠端LM並透過LMP（鍵路管理協議）與之通訊。LM模組提供如下服務： （1）傳送和接收資料。 （2）請求名稱。 （3）鏈路地址查詢。 （4）建立連線。 （5）鑑權。 （6）鏈路模式協商和建立。 （7）決定幀的型別。 （8）將裝置設為sniff模式。master只能有規律地在特定的時隙傳送資料。 （9）將裝置設為hold模式。工作在hold模式的裝置為了節能在一個較長的週期內停止接收資料，平均每啟用一次鏈路，這由LM定義，LC（鏈路控制器）具體操作。 （10）當裝置不需要傳送或接收資料但仍需保持同步時將裝置設為暫停模式。處於暫停模式的裝置週期性地啟用並跟蹤同步，同時檢查page訊息。 （11）建立網路連線。 3.4 軟體（協議）單元 藍芽基帶協議結合電路開關和分組交換機，適用於語音和資料傳輸。Bluetooth軟體構架規範要求與Bluetooth相順從的裝置支援基本水平的互操作性。這種順從水平由不同的應用來決定。 藍芽裝置需要支援一些基本互操作特性要求。對某些裝置，這種要求涉及到無線模組、空中協議以及應用層協議和對像交換格式。Bluetooth1.0標準由兩個檔案組成。一個叫FoundationCore，它規定的是設計標準。另一個叫FoundationProfile，它規定的是相互運作性準則。藍芽裝置必須能夠彼此識別並裝載與之相應的軟體以支援裝置更高層次的效能。 藍芽的軟體（協議）單元是一個獨立的作業系統，不與任何作業系統捆綁，軟體（協議）結構需有如下功能： （1）設定及故障診斷工具； （2）能自動識別其它裝置； （3）取代電纜連線； （4）與外設通訊； （5）音訊通訊與呼叫控制； （6）商用卡的交易與號簿網路協議。 4 藍芽系統的應用 藍芽技術廣泛應用於各種電話系統、無線電纜、無線公文包、各類數位電子裝置、電子商務等領域。 跳線和TDMA等技術的應用使得藍芽的射頻電路較為簡單，通訊協議的大部分內容可以用專用積體電路和軟體來實現，因此從技術上保證了藍芽裝置的高效能和低成本。 以摩托羅拉藍芽解決方案為例，摩托羅拉在先進射頻技術方面素有經驗。摩托羅拉藍芽解決方案可利用UART、RS-232、USB或SPI連線主處理器，而主處理器可透過這些介面處理藍芽協議上的堆疊及主控制器的介面等功能；而這個藍芽解決方案則負責執行下堆疊（主控制器介面、鏈路管理程式協議、基帶及射頻）其餘的功能。並採用摩托羅拉的MCORETM32位精簡指令集運算（SISC）處理器核心，內含一個高度靈活的外圍裝置集，適用於多種不同的嵌入式藍芽應用方案。 圖2為一個採用摩托羅拉解決方案用於蜂窩式電話的例子。通用非同步收發器是連線蜂窩式電話基帶處理器與摩托羅拉解決方案的介面，而SSI則為語音通訊提供支援。