蓝牙技术应用

蓝牙技术应用

中国计算机报 健木




　　蓝牙技术是一种无线数据与语音通信的开放性全球规范，它以低成本的近距离无线连接为基础，为固定与移动设备通信环境建立一个特别连接，其程序写在一个9mm×9mm的微芯片中。

　　如果把蓝牙技术引入到移动电话和膝上型电脑中，就可以去掉移动电话与膝上型电脑之间的令人讨厌的连接电缆，而通过无线建立通信。打印机、PDA、桌上型电脑、传真机、键盘、游戏操纵杆以及所有其它的数字设备都可以成为蓝牙系统的一部分。除此之外，蓝牙无线技术还为已存在的数字网络和外设提供通用接口，以组建一个远离固定网络的个人特别连接设备群。

　　蓝牙系统由以下功能单元组成：无线单元、链路控制单元、链路管理、软件。蓝牙工作在全球通用的2.4GHz
ISM(即工业、科学、医学）频段，数据传输速率为1Mb/s，时分双工传输方案被用来实现全双工传输。

　　ISM频带是对所有无线电系统都开放的频带，因此使用其中的某个频段都会遇到不可预测的干扰源。例如某些家电、无绳电话、汽车房开门器、微波炉等等，都可能是干扰。为此，蓝牙特别设计了快速确认和跳频方案，以确保链路稳定。跳频技术是把频带分成若干个跳频信道（hop
channel），在一次连接中，无线电收发器按一定的码序列（即一定的规律，技术上叫做“伪随机码”，就是假的随机码）不断地从一个信道“跳”到另一个信道，只有收发双方是按这个规律进行通信的，而其他的干扰不可能按同样的规律进行干扰；跳频的瞬时带宽是很窄的，但通过扩展频谱技术使这个窄带宽成百倍地扩展成宽频带，使干扰可能产生的影响变得很小。

　　与其它工作在相同频段的系统相比，蓝牙跳频更快，数据包更短，这使蓝牙比其它系统都更稳定。FEC（Forward
Error Correction，前向纠错）的使用抑制了长距离链路的随机噪音。另外，应用二进制调频（FM）技术的跳频收发器也被用来抑制干扰和防止衰落。

　　蓝牙基带协议是电路交换与分组交换的结合。在被保留的时隙中可以传输同步数据包，每个数据包以不同的频率发送。一个数据包名义上占用一个时隙，但实际上可以被扩展到占用5个时隙。蓝牙可以支持异步数据信道、多达3个同时进行的同步话音信道，还可以用一个信道同时传送异步数据和同步话音。每个话音信道支持64kb/s同步话音链路，异步信道可以支持一端最大速率为721kb/s，而另一端速率为57.6kb/s的不对称连接，也可以支持43.2kb/s的对称连接。

　　蓝牙的特点和应用范围

　　国际开放的2.4GHz频段 在这样的频段中，用户使用设备不需要向专门管理机构申请频率的使用权限。同时，对这种频段使用的规定，世界各国都比较接近。

　　传输距离短 目前的工作距离是10米以内，经过增加射频功率后可达到100米。这样的工作范围使得蓝牙可以保证较高的数据传输速率，同时可以降低与其他电子产品和无线电技术的干扰，此外，还有利于安全性的保证。

　　采用跳频扩频技术 将2.4GHz到2.4835GHz之间划分出79个频点，采用快速跳频，根据piconet的主单元确定的跳频为随机序列每秒钟1600跳。跳频技术的采用使得蓝牙的无线链路自身具备了更高的安全性和抗干扰能力。

　　采用时分复用多路访问技术 蓝牙的基带符号速率为1Mb/s，采用数据包的形式按时隙传送，每时隙0.625ms，不排除将来采用更高的符号速率。每个蓝牙设备在自己的时隙中发送数据，在一定程度上可以有效地避免无线通信中的“碰撞”和“隐藏终端”等问题。

　　蓝牙是为满足个人移动设备在个人区域网络环境中进行无线通讯而设计的。蓝牙的目的是使网络无所不在，即现有的网络连接要全部被无线取代。蓝牙使个人区域网络中设备对设备的连接最优化，诸如其中的同步，短数据传输，语音通信控制。对于最小的移动设备（如手持机、移动电话、移动耳机和照相机）中的小功率问题，蓝牙具有独一无二的处理能力。蓝牙芯片虽小，功能却极大，装置了蓝牙芯片的电脑、电子或通信产品，能自动通过智能模式互通，自动同步交换高速数据信息（包括数字化话音），而无须使用任何连线与插头。届时，在任何地方、任何时间均可通过掌上电脑或便携式电脑与移动电话联系、浏览互联网或收发电子邮件与传真。它可使一部移动电话集三种功能于一身，在办公室，可作为内部通话器；在家则成为室内免提电话；在户外则实施移动电话的功能。

　　蓝牙网络技术

　　蓝牙技术支持点对点和点对多点连接。几个piconet可以被连接在一起，靠跳频顺序识别每个piconet。同一piconet的所有用户都与这个跳频顺序同步。其拓扑结构可以被描述为“多piconet”结构。

　　在一个“多piconet”结构中，带有10个全负载的独立的piconet的情况下，全双工数据速率超过6Mb/s。

　　话音 话音信道采用连续可变斜率增量调制（CVSD）话音编码方案，并且从不重发话音数据包。CVSD编码擅长处理丢失和被损坏的语音采样，即使比特错误率达到4%，CVSD编码的语音还是可听的。

　　无线 蓝牙空中接口是建立在天线电平为0dBm的基础上的。空中接口遵循FCC(美国联邦通信委员会）有关电平为0dBm的ISM频段的标准。如果全球电平达到100mW以上，可以使用扩展频谱功能来增加一些补充业务。频谱扩展功能是通过起始频率为2.402GHz，终止频率为2.480GHz，间隔为1MHz的79个跳频频点来实现的。出于某些本地规定的考虑，日本、法国和西班牙都缩减了带宽。最大的跳频速率为1660跳/秒。理想的连接范围为10厘米～10米，但是通过增大发送电平，可以将距离延长至100米。

　　纠错 FEC（前向纠错）方案的目的，是为了减少数据重发的次数，降低数据传输负载。但是，要实现数据的无差错传输，FEC就必然要生成一些不必要的开销比特而降低数据的传送效率。这是因为，数据包对于是否使用FEC是弹性定义的。报头总有占1/3比例的FEC码起保护作用，其中包含了有用的链路信息。

　　在无编号的ARQ方案中，在一个时隙中传送的数据必须在下一个时隙得到确认。只有数据在收端通过了报头错误检测和循环冗余检测后认为无错，才向发端返回确认消息，否则，则返回一个错误消息。

　　蓝牙鉴权和保密

　　蓝牙基带部分在物理层为用户提供保护和信息保密机制。

　　鉴权是蓝牙系统中的关键部分，它允许用户为个人的蓝牙设备建立一个信任域，比如只允许主人自己的笔记本电脑通过主人自己的移动电话通信。

　　加密被用来保护连接中的个人信息。密钥由程序的高层来管理。网络传送协议和应用程序可以为用户提供一个较强的安全机制。

　　蓝牙应用

　　蓝牙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。

　　蓝牙应用

　 通过蓝牙蜂窝电话连接远端网络；

　　利用蓝牙蜂窝电话做扬声器；

　　蓝牙笔记本电脑、手持机和移动电话间的商用卡交易；

　　蓝牙笔记本电脑、手持机和移动电话间的时间同步。

　 蓝牙是一个独立的操作系统，不与任何操作系统捆绑。适用于几种不同商用操作系统的蓝牙规范正在完善中。

　　电话

　　蓝牙规范接口可以直接集成到蜂窝电话中或通过附加设备连接。电话的使用模型包括： 通过蓝牙无线耳机实现电话的免提功能；与笔记本电脑和手持机的无电缆连接；与其它蓝牙电话、笔记本电脑和手持机的商用卡交易；与信任的蓝牙笔记本电脑或手持机自动同步地址簿。

　　其它

　　其它蓝牙设备的使用模型包括： 耳机；手持机和其它便携设备；人机接口设备；数据及话音接入点。
　

　　各大公司纷纷推出具有蓝牙功能的产品，无需通过电缆即可方便地接入公司或校园的局域网中，进行资源访问，并能够将每一位网络使用者使用电子邮件、网络间的文件传输等功能紧密连接在一起。此外，惠普还将提供广域网及个人信息网的无线通讯方案，使用户可以通过使用笔记本电脑达到随时随地无限移动的效果。

　　联想公司宣布，在其昭阳笔记本电脑中引入蓝牙技术，并展示了点对点无线数据共享及无线局域网组网方案。联想昭阳率先应用这一技术，以笔记本电脑强大的综合计算处理功能和蓝牙无线互连技术为核心，构建个人局域网的未来应用前景，使个人信息家电、个人电脑、手机等真正实现“无缝连接，随时在线”。
　　最近，Acer宏基推出的AcerTravelMate350 使用PⅢ650以上的高档处理器，64M以上的SDRAM内存，10G以上的防震高速硬盘，8M显存。
SmartCard（保全卡）使数据保持安全，同时，通过它，电子商务的应用更加快捷和安全；56K Modem和以太网卡的双集成，使您随时随地接入互联网；蓝牙技术的应用可以与最新的无线产品无缝连接，交换数据；最新的IEEE1394接口，能够解决您图像数据交流的苦恼；自定义热键和邮件提示键，带来更多的方便和快捷。

　　随着蓝牙应用范围的扩大，笔记本电脑将有更美好的前景！