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现代通信技术

蓝牙技术及其硬件设计

清华大学自动化系(北京100084)何荣森王宏宝张跃

摘要文章从蓝牙技术提出的背景和其优越性出发,分析了它的协议体系结构及其各个协
议之间的关系。最后,通过给出一个蓝牙模块的硬件设计方案,详细说明了如何在实际的新产品中
应用这一最新技术。
关键词蓝牙蓝牙技术蓝牙协议体系蓝牙模块

达到完全兼容的目的。
1蓝牙技术的提出和其优越性
(4)蓝牙协议和其他无线协议的区别
蓝牙技术是由蓝牙特别兴趣集团(SIG:Sepecial这里主要谈谈蓝牙和IEEE2802.11的区别。
InterestGroup)于1998年发起提出的。SIG最初是IEEE2802.11是应用于高端的无线局域网技术,其
由IBM、Intel、Nokia、Ericsson、Toshiba等公司组成。传输距离可达50m到数百米,传输速度为2～
但是目前,加入SIG的企业已经达到两千多家,短11Mbit/s。而有别于IEEE2802.11的蓝牙则主要用
短两年时间,SIG成员几乎覆盖了全球通信、网络、于短距离传输(一般为10m,功率放大可以达到
芯片、外设、软件等行业所有人们熟知的大企业,其100m)数据和语音(1Mbit/s),而且功耗非常低。尽
发展势头异常迅猛。当然这是由于蓝牙技术的下列管蓝牙工作在全球通用的2.4GHzISM(即工业、科
性质所决定的。学、医学)频段,和IEEE2802.11相同,但最近一些
(1)无线性测试结果表明,IEEE2802.11与蓝牙技术在某些情
蓝牙技术最初是以取消连接各种电器之间的连况下可以共存。这主要是因为,蓝牙特别设计了快
线为目标的。蓝牙技术主要面向网络中的各种数据速跳频及前向纠错方案以保证链路稳定和传输可
及语音设备,如PC、拨号网络、笔记本电脑、HPC、靠,有很强的抗干扰能力。
PDA、打印机、传真机、数码相机、移动电话、高品质(5)对人体安全影响不大
耳机等。蓝牙通过无线的方式将它们连成一个围绕随着无线技术的深入人心,辐射也成了消费者
个人的网络,省去了用户接线的烦恼,在各种便携设非常关心的问题。由世界卫生组织、IEEE等专家
备之间实现无缝的资源共享。组成的小组表示,检测中并未发现蓝牙产品的辐射
(2)蓝牙技术的开放性对人体有影响。蓝牙产品的输出功率仅为1mW,是
与生俱来的开放性赋予了蓝牙强大的生命力。微波炉使用功率的百万分之一,也仅仅是移动电话
从它诞生之日起,蓝牙就是一个由厂商们自己发起功率的一小部分,而且,这些输出中只有一小部分被
的技术协议,完全公开,而并非某一家独有和保密。人体吸收。
只要是SIG的成员,都有权无偿使用蓝牙的新技
2蓝牙协议体系结构
术,而且蓝牙技术标准制订后,任何厂商都可以无偿
地拿来生产产品,只要产品通过SIG组织的测试并蓝牙技术的一个主要目的就是使符合该规范的
符合蓝牙标准后,品牌即可投入市场。各种设备能够互通,这就要求本地设备和远端设备
(3)蓝牙产品的互操作性和兼容性使用相同的协议。当然,不同的应用,其使用的协议
蓝牙产品在满足蓝牙规范的前提下,还必须通栈可能不同。但是,它们都必须使用蓝牙技术规范
过SIG的认证程序(qualificationprogram),只有通中的物理层和数据链路层。完整的蓝牙协议体系结
过了认证程序,才能走向市场。这就保证了即使是构如图1所示。当然,不是任何应用都必须使用所
不同公司的蓝牙产品,也可实现互操作和数据共享,有全部协议,可以只采用部分协议,例如语音通信
《电子技术》2001年第4期上海西门子通信电源公司(021)58543080×207(205)13
时,就只需经过基带协议(Baseband)就行,而不用通独立的非同步的微微网又可以形成分布式网络
过L2CAP。(scatternet),一个微微网中的主/从设备可以是另外
一个微微网中的主/从设备,但是各个微微网通过使
用不同的跳频序列来加以区分。

图2网络拓扑结构

基带协议就是确保各个蓝牙设备之间的物理射
频连接,以形成微微网。蓝牙的射频系统是一个跳
频系统,其任一分组在指定时隙、指定频率上发送,
图1蓝牙协议体系结构它使用查询(inquiry)和寻呼(page)进程同步不同设
图1中的蓝牙协议体系又可以分为以下4层:备间的发送频率和时钟,可为基带数据分组提供两
核心协议Baseband,LMP,L2CAP,SDP种物理连接方式:同步面向连接(SCO)和异步非连
电缆替代协议RFCOMM接(ACL)。SCO既能传输语音分组(采用CVSD编

电话控制协议TCSBinary,AT-commands码),也能传输数据分组;而ACL只能传输数据分
选用协议PPP,UDP/TCP/IP,OBEX,WAP,组。所有的语音和数据分组都附有不同级别的前向