【文章內(nèi)容簡介】 系統(tǒng)的理想選擇。 藍牙技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢隨著計算機網(wǎng)絡(luò)和移動電話技術(shù)的迅猛發(fā)展，人們越來越迫切需要發(fā)展一定范圍內(nèi)的無線數(shù)據(jù)與語音通信。正是在這種大環(huán)境下，以愛立信為首，由五家 IT界巨人 Ericsson，TOSHIBA，IBM，INTEL 和 NOKIA 于 1998 年 5 月共同提出了一種近距離無線數(shù)字通信的技術(shù)標準，這就是藍牙（Bluetooth）技術(shù)。這項技術(shù)公布后，迅速得到包括摩托羅拉、朗訊、康柏、西門子、高通、3COM、TDK等大公司在內(nèi)的許多廠商的支持和采納。到目前為止，已經(jīng)有 2000 多家公司和機構(gòu)宣布加入藍牙特別興趣小組（SIG），其中包括許多世界著名的計算機、通信、家電業(yè)廠商以及汽車、照相機制造商。Bluetooth 的目標是在一定范圍內(nèi)的移動設(shè)備、各種信息傳輸設(shè)備乃至于各種電器設(shè)備之間建立起無線鏈接。就目前的發(fā)展來看，Bluetooth 產(chǎn)品將會較快地和如下設(shè)備或系統(tǒng)融為一體，從而提供新的服務(wù)。(1) 各種電話系統(tǒng)：Bluetooth 產(chǎn)品將會首先應(yīng)用于數(shù)字手機、家庭及辦公室電話等系統(tǒng)中，實現(xiàn)真正意義上的個人通信。例如三合一電話，這種應(yīng)用模式允許一部移動電話既可以作為標準的蜂窩電話，也可以用作無繩電話與語音接入點（無繩電話基站）進行連接，還可以用作內(nèi)部通信設(shè)備，與其他鄰近的設(shè)備直接進行通話。目前，國際上各大手機制造商都在加緊開發(fā) Bluetooth 手機，無繩電話和有線電話的制造商也感受到 Bluetooth 帶來的挑戰(zhàn)和機遇，競相研發(fā)帶有 Bluetooth功能的新產(chǎn)品，這些都將推動藍牙技術(shù)迅速發(fā)展。(2) 無線電纜：Bluetooth 基于無線電纜的概念，使信息傳輸設(shè)備除電源線外再無其它連線，甚至包括鍵盤、鼠標等也采用無線傳輸。Bluetooth 企圖建立一個全無線的工作環(huán)境和生活環(huán)境，由于這些設(shè)備類多量廣，無論是硬體還是軟件，都有著極大的商機。(3) 無線公文包：以便攜式計算機和掌上計算機為代表，采用無線方式和其他設(shè)備或網(wǎng)絡(luò)相連接，使人們擁有一個流動的辦公室。Bluetooth 標準已制定了和計算機以及與Internet 、PSTN 、ISDN(Integrated Services Digital Network) 、 LAN 、WAN 、XDSL (x Digital Subscriber Loop)等網(wǎng)絡(luò)的接口協(xié)議，其目標是用單一的Bluetooth標準來建立起和眾多國際標準的連接。目前它用 1Mb/s 的速率已完全可以勝任這些工作，將來根據(jù) IEEE 的發(fā)展計劃，可以將速率提高到 20Mb/s 以上。(4) 各類數(shù)字電子設(shè)備：數(shù)字照相機、數(shù)字攝像機等設(shè)備裝上 Bluetooth 系統(tǒng)，可免去使用電纜的不便，隨時隨地將所攝圖片或影像通過同樣裝上Bluetooth系統(tǒng)的手機或其他設(shè)備傳回指定的計算機中。PDA(Personal Digital Assistant)裝上 Bluetooth系統(tǒng)后，采用無線方式收、發(fā)甚至瀏覽網(wǎng)頁將更為方便。Bluetooth的硬體電路可以做到微型化，在Headset上應(yīng)用非常合適。裝上Bluetooth系統(tǒng)的Headset可以使它和手機進行無線連接，也可以使人在小范圍內(nèi)自由走動地打電話、收聽音樂，在較大的范圍內(nèi)召開電話會議，應(yīng)用前景十分誘人。微型化、低功耗和低成本的特性給Bluetooth在人們?nèi)粘Ｉ钪械膽?yīng)用開拓了近乎無限的空間。例如，Bluetooth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。(5) 電子商務(wù)：Bluetooth 的安全保密特性將大大擴展現(xiàn)有電子商務(wù)系統(tǒng)的功能。例如，可用它在很多消費場合構(gòu)成電子付賬系統(tǒng)，賓館接待處的電子登記服務(wù)等。(6) 將來的應(yīng)用：現(xiàn)在藍牙技術(shù)的發(fā)展顯然已經(jīng)超出了當初的設(shè)想，一整套的藍牙系統(tǒng)可以用一個手機控制家中的任何電器，包括加上了“藍牙卡片”的門窗。Bluetooth 芯片的微型化和低成本將為它在家庭和辦公室自動化、家庭娛樂、電子商務(wù)、工業(yè)控制、智能化建筑物等場合開辟廣闊的應(yīng)用前景。 藍牙技術(shù)與其它相關(guān)技術(shù)的比較分析作為一種近距離的無線通信技術(shù)，藍牙技術(shù)并不是唯一的。目前無線個人區(qū)域網(wǎng)（WPAN）的技術(shù)中， ，HomeRF，以下針對它們的特點分別進行比較。它只規(guī)定了開放式系統(tǒng)互聯(lián)參考模型（OSI/RM）的物理層和 MAC層，其 MAC 層利用載波監(jiān)聽多重訪問/沖突避免（CSMA/CA：Carrier SenseMultiple Access with Collision Avoidance）協(xié)議，而在物理層， 定義了三種不同的物理介質(zhì)：紅外線、跳頻擴譜方式(FHSS：Frequency Hopping SpreadSpectrum) 以及直擴方式(DSSS：Direct Sequence Spread Spectrum )。 支持1～11Mbps 較高的數(shù)據(jù)速率，但是它只支持數(shù)據(jù)通信，為進行無線數(shù)據(jù)通信，數(shù)據(jù)設(shè)備先要安裝有無線網(wǎng)卡。 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 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 和 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。 ， 標準在擴頻時是一個 11 位調(diào)制芯片，而 標準采用一種新的調(diào)制技術(shù)CCK(Complementary Code Keying，補碼鍵控)完成。 使用動態(tài)速率漂移，可因環(huán)境變化，在 11Mb/s、2Mb/s及1Mb/s 之間切換，且在 2Mb/s、1Mb/s 速率時與 。 工作在 5GHz UNII 頻帶，物理層速率可達 54Mb/s，傳輸層達25Mb/s。采用正交頻分復用（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，芯片仍在研制階段，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 。HomeRF 是專門為家庭用戶設(shè)計的。HomeRF 利用跳頻擴譜方式，通過家庭中的一臺主機在移動數(shù)據(jù)和語音設(shè)備之間實現(xiàn)通信，既可以通過時分復用支持語音通信，又能通過載波監(jiān)聽多重訪問/沖突避免協(xié)議提供數(shù)據(jù)通信服務(wù)。同時，HomeRF 提供了與 TCP/IP 良好的集成，支持廣播、多播和48位 IP 地址。同 ，HomeRF 從一開始設(shè)計上就是為了滿足消費者在家庭網(wǎng)絡(luò)上的需求。除了提供良好的服務(wù)質(zhì)量外，簡單、保密、易用是很顯著的特點。在家庭網(wǎng)絡(luò)上，HomeRF 是消費者適合的選擇。 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 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。藍牙技術(shù)與上面兩種技術(shù)不同，它具有一整套全新的協(xié)議，可以應(yīng)用于更多的場合。藍牙技術(shù)中的跳頻更快，因而更加穩(wěn)定，同時它還具有低功耗、低成本和比較靈活等特點。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?？偟膩碇v， 比較適于辦公室中的企業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)，HomeRF 可以應(yīng)用于家庭中的移動數(shù)據(jù)和語音設(shè)備與主機之間的通信，而藍牙技術(shù)則可以應(yīng)用于任何可以用無線方式替代線纜的場合。目前這些技術(shù)還處于并存的狀態(tài)，但是可能引起干擾等問題，從長遠看，隨著產(chǎn)品與市場的不斷發(fā)展，它們將走向融合，盡管它們可能在邊緣上是競爭的，但在本質(zhì)上是互補性的。藍牙以其低成本，接入的快捷性、方便性來形成大量電子設(shè)備之間的無線數(shù)據(jù)傳輸、同步平臺。 藍牙的協(xié)議體系結(jié)構(gòu)藍牙技術(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。其實質(zhì)內(nèi)容是要建立通用的無線電空中接口（RadioAir Interface）及其控制軟件的公開標準，使通信和計算機進一步結(jié)合，使不同廠家生產(chǎn)的便攜式設(shè)備在沒有電纜相互連接的情況下，能在近距高范圍內(nèi)具有互用、互操作（Interoperability）的性能。藍牙的載頻選用在全球都可用的 （ISM）頻帶，其收發(fā)信機采用跳頻擴譜技術(shù)（Frequency Hopping Spread Spectrum），在 ISM頻帶上以 1600跳／秒的速率進行跳頻。依據(jù)各國的具體情況，以 ，最多可以得到79個1MHz 帶寬的信道。在發(fā)射帶寬為1MHz 時，其有效數(shù)據(jù)速率為721kbit/s，并采用低功率時分復用方式發(fā)射，適合10m 范圍內(nèi)的通信。數(shù)據(jù)包在某個載頻上的某個時隙內(nèi)傳遞，不同類型的數(shù)據(jù)（包括鏈路管理和控制消息）占用不同信道，并通過查詢（Inquiry）和尋呼（Paging）過程來同步跳頻頻率和不同藍牙設(shè)備的時鐘。除采用跳頻擴譜的低功率傳輸外，藍牙還采用鑒權(quán)和加密等措施來提高通信的安全性。 選用藍牙模塊在藍牙協(xié)議棧中，HCI以上部分通常用軟件實現(xiàn)，包括邏輯鏈路控制和適配協(xié)議L2CAP、串行方針RFCOMM、鏈路管理協(xié)議（LMP）、電話替代協(xié)議和選用協(xié)議；而HCI以下部分則用硬件實現(xiàn)，包括基帶協(xié)議和鏈路管理協(xié)議(LMP)，這部分也叫作藍牙協(xié)議體系結(jié)構(gòu)中的底層硬件模塊。藍牙技術(shù)標準中，選擇了USB、UART、或是RS232作為硬件模塊與主機間的接口。當藍牙模塊以USB、UART、或是RS232中的任何一個接口與主機連接時，HCI接口上層的通信協(xié)議由主機負責處理，而HCI接口下層的通信協(xié)議則由模塊內(nèi)的基帶層芯片與RF芯片負責。底層模塊是藍牙技術(shù)的核心模塊，主要由射頻（RF）單元電路、基帶層（base band）電路和鏈路管理層（LPM，Link Manage Protocol）電路組成。本系統(tǒng)選用愛立信公司的藍牙模塊ROK 101 008。連接時，HCI接口上層的通信協(xié)議由主機負責處理，而HCI接口下層的通信協(xié)議則由模塊內(nèi)的基帶層芯片與RF芯片負責。連接時，HCI接口上層的通信協(xié)議由主機負責處理，而HCI接口下層的通信協(xié)議則由模塊內(nèi)的 表41 藍牙工作數(shù)據(jù)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。6 kb/s同步信道速率64 kb/s，功率美國FCC要求＜1mW，其他國家可擴展為100 mW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)采用質(zhì)詢—響應(yīng)方式信道加密采用0位、40位、60位密碼語音編碼方式連續(xù)可變斜率調(diào)制CVSD發(fā)射距離一般可達1~10m，增加功率情況下可達100m圖41 單個藍牙模塊的結(jié)構(gòu)方框圖基帶層芯片與RF芯片負責。底層模塊是藍牙技術(shù)的核心模塊，主要由射頻 （RF）單元電路、基帶層（base band）電路和鏈路管理層（LPM，Link Manage Protocol）電路組成。本系統(tǒng)選用愛立信公司的藍牙模塊ROK 101 008。ROK 101 008的Ericsson 公司生產(chǎn)的一種在各式電子設(shè)備中實現(xiàn)藍牙功能的短距離通信模塊。它支持USB、UART 和I2C ，具有聲音和數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓δ堋?版本，并通過了FCC/ ETST 類型認證。 ROK101 008的工作原理ROK 101 008 模塊的方框圖如圖42所示，該模塊主要包括三個主要部分:基帶控制器、～ GHz ISM頻段的射頻模塊。(1)射頻模塊：藍牙射頻用來實現(xiàn)藍牙設(shè)備間的無線連接，具體要完成頻率的合成、基帶模塊的數(shù)據(jù)bit 信號到無線電信號的轉(zhuǎn)換過濾，并負責將無線電信號以一定的功率和跳頻頻率發(fā)送出去。ROK101008 模塊的射頻部分是由藍牙射頻芯片PBA313 01/ 2來實現(xiàn)的，～ GHz ISM 頻段的藍牙通信鏈的近距離微波頻率射頻收發(fā)器。最大的TX amp。RX 數(shù)據(jù)傳輸為1 Mbit/ s ，最大限度地利用了無需認證的ISM 頻段，在可供使用的79個信道(～ GHz) 之間快速的跳頻(1600個信道/ 秒)。使用GFSK調(diào)制。通道帶寬是1 MHz，頻率偏差在140 kHz 和175kHz 之間。藍牙射頻芯片PBA 313 01/ 2 包括環(huán)路濾波器、壓控振蕩器、射頻專用集成電路、晶體振蕩器、接收/發(fā)送電路、RX/ TX 開關(guān)及天線過濾器。其中環(huán)路濾波器、壓控振蕩器與射頻專用集成電路組成了鎖相環(huán)電路(PLL) 。發(fā)送和接收部分共享PLL ，數(shù)據(jù)發(fā)送和接收在不同的時隙進行，根據(jù)給定的時間PLL可在不同的載波頻率上跳變。(2)基帶控制器：基帶控制器負責藍牙基帶部分的功能。它采用查詢和尋呼方式在不同的藍牙設(shè)備間使跳頻時鐘和跳頻頻率同步，完成基帶以及鏈路的管理，包括對SCO(同步) 和ACL (異步) 連接方式的支持，差錯控制， 圖42 ROK 101 008電路原理方框圖物理層的認證和加密、鏈路管理等?；鶐Э刂破骶哂蠻SB、UART/ PCM 接口。這些接口提供了主機控制接口傳輸層的物理連接，是高層與物理模塊進行通信的通道。它們的功能是通過一個UART/ USB 硬件模塊和運行在基帶控制器中的固件來實現(xiàn)。當使用USB 接口時，模塊以USB從屬設(shè)備的形式存在并且不需要PC 資源。(3)閃存：閃存中存放的是基帶、鏈路