蓝牙技术的工作原理

“连接便利”

蓝牙是一种高速、低功耗的微波无线链路技术，旨在将手机、笔记本电脑、PDA和其他便携式设备连接在一起，用户很少或无需工作。与红外线不同，蓝牙不需要对连接的设备进行视线定位。该技术使用现有无线LAN技术的修改，但最引人注目的是其小尺寸和低成本。目前的原型电路包含在0.9cm见方的电路板上，正在开发更小的单芯片版本。该设备的成本预计将很快下降，在一两年内从最初的20美元下降到5美元。可以设想，蓝牙将包含在设备中，而不是可选的附加功能。当一个蓝牙产品进入另一个蓝牙产品的范围内时（可以设置为
10cm 到 100m 之间），它们会自动交换地址和功能详细信息。然后，他们可以建立具有安全性和纠错功能的 1 兆位/秒链路（在第二代技术中高达 2Mbps），以便根据需要使用。这些协议将处理语音和数据，具有非常灵活的网络拓扑。

该技术通过将微小、廉价、短距离的收发器嵌入到当今可用的电子设备中来实现其目标。该无线电在全球可用的免许可无线电频段2.45GHz上运行（这意味着使用蓝牙设备的国际旅行者不会受到任何阻碍），并支持高达721Kbps的数据速度，以及三个语音通道。蓝牙模块可以内置到电子设备中，也可以用作适配器。例如，在PC中，它们可以作为PC卡内置或通过USB端口外部连接。

每个设备都有一个来自 IEEE 802 标准的唯一 48 位地址。连接可以是点对点或多点。最大射程为 10 米，但可以通过增加功率扩展到 100
米。蓝牙设备通过任意更改其频率，最高可达每秒 1600
次，这种技术称为跳频，从而免受无线电干扰。他们还使用三种不同但免费的纠错方案。提供内置加密和验证。

此外，蓝牙设备不会耗尽宝贵的电池寿命。蓝牙规范的目标是设备的功耗从消耗 30 微安的“保持”模式到 8-30 毫安（或小于 1/10
瓦）的有效传输范围。无线电芯片在待机模式下仅消耗0.3mA电流，不到标准手机所用功率的3%。这些芯片还具有出色的省电功能，因为一旦流量减少或停止，它们就会自动切换到低功耗模式。

蓝牙设备根据三种不同的功率等级进行分类，如下表所示。

功率等级最大输出权力

1100毫瓦（20 分贝）

22.5毫瓦（4 分贝）

31毫瓦（0 分贝）

但是，除了通过更换电缆来解绑设备之外，蓝牙无线电技术还提供了与现有数据网络的通用桥梁、外围接口以及形成远离固定网络基础设施的连接设备的小型专用临时分组的机制。蓝牙无线电设计用于在嘈杂的射频环境中运行，使用快速确认和跳频方案使链路稳健。蓝牙无线电模块通过在发送或接收数据包后跳到新频率来避免来自其他信号的干扰。与在同一频段运行的其他系统相比，
蓝牙无线电通常跳跃更快，使用更短的数据包。这使得蓝牙无线电比其他系统更强大。短包装和快速跳跃也限制了家用和专业微波炉的影响。使用前向纠错 （FEC）可限制随机噪声对长距离链路的影响。编码针对不协调的环境进行了优化。

蓝牙保证了位级的安全性。身份验证由用户使用 128 位密钥控制。无线电信号可以用 8 位或任何高达 128
位的东西编码。蓝牙无线电传输将符合使用该技术的国家/地区要求的安全标准，以应对无线电传输对人体的影响。支持蓝牙的设备的排放量将不大于行业标准无绳电话的排放量。蓝牙模块不会干扰或损害公共或私人电信网络。

蓝牙基带协议是电路和分组交换的组合。可以为同步数据包保留插槽。每个数据包以不同的跳频传输。数据包名义上覆盖单个插槽，但可以扩展到最多覆盖五个插槽。蓝牙可以支持异步数据通道、最多三个同步语音通道或同时支持异步数据和同步语音的通道。因此，可以异步传输日期，同时同步通话。每个语音通道支持
64 kb/s 同步（语音）链路。异步通道可支持任一方向最大 721 kb/s 的非对称链路，同时允许返回方向最大 57.6 kb/s 的非对称链路，或432.6 kb/s 对称链路。

操作

模式 该技术的一个有趣方面是，一旦蓝牙设备相互进入范围，就会立即形成网络。微微网是通过蓝牙技术以临时方式连接的设备的集合。Piconet
可以是两个设备或两个以上设备之间的简单连接。多个独立和非同步的微微网可以形成一个散射网。微微网中的任何设备也可以通过时间多路复用成为另一个设备的成员。即，通过适当地共享时间，设备可以成为多个微微网的一部分。蓝牙系统支持点对点和点对多点连接。当一个设备连接到另一个设备时，它是点对点连接。如果它连接到多个（最多7个），则它是一个点对多点连接。可以临时建立多个微微网并将其链接在一起，其中每个微微网由不同的跳频序列标识。参与同一微网的所有用户都将同步到此跳频序列。如果设备连接到多个微网，则它使用不同的跳频序列在每个微微网中进行通信。微网从两个连接的设备（如便携式PC
和手机）开始，可能会增加到八个连接的设备。所有蓝牙设备都是对等单元，具有相同的实现。但是，在建立微微网时，一个单元将充当主设备，另一个单元在微微网连接期间充当从设备。在微微网中有一个主单元，其时钟和跳频序列用于同步微微网中的所有其他设备。微微网中不是主设备的所有其他设备都是从设备。3位 MAC
地址用于区分参与微微网的设备。与微微网同步的设备可以进入称为嗅探和保持模式的省电模式，在该模式下，设备活动会降低。也可以有同步但没有MAC地址的停放单元。这些寄存单元具有
8 位地址，因此最多可以有 256 个寄存设备。

语音通道使用 64 kbps 日志 PCM 或连续可变斜率增量调制（CVSD）语音编码方案，并且从不重新传输语音数据包。线路接口上的语音质量应优于或等于 64 kbps log PCM。选择 CVSD
方法是因为其在处理掉落和损坏的语音样本方面的鲁棒性。干扰水平的上升伴随着背景噪声的增加：即使在比特误码率上升4%的情况下，CVSD编码的语音也非常可听。