“藍(lán)芽”（Bluetooth）技術(shù)是由世界著名的5家大公司DD愛立信（Ericsson）、諾基亞 (Nokia)、東芝(Toshiba)、國際商用機(jī)器公司(IBM)、英特爾(Intel)，于1998年5月聯(lián)合宣布的一種無線通信新技術(shù)。它是針對目前相距很近的便攜式設(shè)備之間的鏈接主要是用紅外線鏈路 (infrared lind,簡稱IrDA)進(jìn)行而提出的。應(yīng)用紅外線收發(fā)器鏈接雖然能免去電線或電纜的連接，但是使用起來有許多不便，不僅距離只限于1~2m，而且必須在視線上直接對準(zhǔn)，中間不能有任何阻擋，同時(shí)只限于在兩個(gè)設(shè)備之間進(jìn)行鏈接，不能同時(shí)鏈接更多的設(shè)備。另一方面，人們對無線電通信技術(shù)很熟悉，無線電技術(shù)能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的通信，可以實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星通信以至宇宙太空的通信。但人們也許沒有注意到，在同一間屋內(nèi)或在相距咫尺的地方，無線電也能發(fā)揮巨大的作用。“藍(lán)芽”技術(shù)的目的是使特定的移動(dòng)電話、便攜式電腦以及各種便攜式通信設(shè)備的主機(jī)之間在近距離內(nèi)實(shí)現(xiàn)無縫的資源共享。
1. 藍(lán)芽技術(shù)
“藍(lán)芽”（Bluetooth）原為歐洲中世紀(jì)的丹麥國王Harald II的名字，他為統(tǒng)一四分五裂的瑞典、芬蘭、丹麥有著不朽的功勞。瑞典的Ericsson公司為這種即將成為全球通用的無線技術(shù)命此名，也許大有一統(tǒng)天下的含義。
藍(lán)芽技術(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(dòng)設(shè)備通信環(huán)境建立一個(gè)特別連接的短程無線電技術(shù)。其實(shí)質(zhì)內(nèi)容是要建立通用的無線電空中接口（radio air interface）及其控制軟件的公開標(biāo)準(zhǔn)，使通信和計(jì)算機(jī)進(jìn)一步結(jié)合，使不同廠家生產(chǎn)的便攜式設(shè)備在沒有電線或電纜相互連接的情況下，能在近距離范圍內(nèi)具有互用、相互操作的性能（interoperability）。其程序?qū)懺谝粋€(gè)9mm×9mm的微芯片中。
“藍(lán)芽”技術(shù)的作用是簡化小型網(wǎng)絡(luò)設(shè)備（如移動(dòng)PC、掌上電腦、手機(jī)）之間以及這些設(shè)備與Internet之間的通信，免除在無繩電話或移動(dòng)電話、調(diào)制解調(diào)器、頭套式送/受話器、PDAs、計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、幻燈機(jī)、局域網(wǎng)等之間加裝電線、電纜和連接器。而且，這種技術(shù)可以延伸到那些完全不同的新設(shè)備和新應(yīng)用中去。例如，如果把藍(lán)芽技術(shù)引入到移動(dòng)電話和膝上型電腦中，就可以去掉移動(dòng)電話與膝上型電腦之間的令人討厭的連接電纜而通過無線使其建立通信。打印機(jī)、PDA、桌上型電腦、傳真機(jī)、鍵盤、游戲操縱桿以及所有其它的數(shù)字設(shè)備都可以成為藍(lán)芽系統(tǒng)的一部分。除此之外，藍(lán)芽無線技術(shù)還為已存在的數(shù)字網(wǎng)絡(luò)和外設(shè)提供通用接口以組建一個(gè)遠(yuǎn)離固定網(wǎng)絡(luò)的個(gè)人特別連接設(shè)備群。
“藍(lán)芽”技術(shù)的無線電收發(fā)器的連接距離可達(dá)30英尺，不限制在直線范圍內(nèi)，甚至設(shè)備不在同一間房內(nèi)也能相互鏈接；并且可以鏈接多個(gè)設(shè)備，最多可達(dá)7個(gè)，這就可以把用戶身邊的設(shè)備都鏈接起來，形成一個(gè)“個(gè)人區(qū)域的網(wǎng)絡(luò)”（Personal area network）。
2. 藍(lán)芽系統(tǒng)
在了解藍(lán)芽系統(tǒng)結(jié)構(gòu)之前，先熟悉藍(lán)芽系統(tǒng)幾個(gè)常用的專有名詞。
Piconet：通過藍(lán)芽技術(shù)連接在一起的所有設(shè)備被認(rèn)為是一個(gè)piconet。一個(gè)piconet可以只是兩臺相連的設(shè)備，比如一臺便攜式電腦和一部移動(dòng)電話，也可以是8臺連在一起的設(shè)備。在一個(gè) piconet中，所有設(shè)備都是級別相同的單元，具有相同的權(quán)限。但是在piconet網(wǎng)絡(luò)初建時(shí)，其中一個(gè)單元被定義為master，其它單元被定義為slave。
Master unit：其它單元，即在一個(gè)piconet中，其時(shí)鐘和跳頻順序被用來同步其它單元的設(shè)備。
Slave units：從單元，即piconet中不是master的所有設(shè)備。
Scatternet：幾個(gè)獨(dú)立且不同步的piconet組成一個(gè)scatternet。
Mac address：用來區(qū)分piconet中各單元的長度為3比特的地址。
Parked units：暫停單元，即piconet中與網(wǎng)絡(luò)保持同步但沒有Mac address的設(shè)備。
Sniff and hold mode：呼吸與保持模式，與網(wǎng)絡(luò)同步但進(jìn)入睡眠狀態(tài)以節(jié)省能源的一種工作模式。
藍(lán)芽系統(tǒng)一般由以下4個(gè)功能單元組成：天線單元、鏈路控制（固件）單元、鏈路管理（軟件）單元和藍(lán)芽軟件（協(xié)議）單元。
2.1天線單元
藍(lán)芽要求其天線部分體積十分小巧、重量輕，因此，藍(lán)芽天線屬于微帶天線。藍(lán)芽空中接口是建立在天線電平為0dBm的基礎(chǔ)上的?？罩薪涌谧裱璅ederal Communications Commission(簡稱FCC，即美國聯(lián)邦通信委員會)有關(guān)電平為0dBm的ISM頻段的標(biāo)準(zhǔn)。如果全球電平達(dá)到100mW以上，可以使用擴(kuò)展頻譜功能來增加一些補(bǔ)充業(yè)務(wù)。頻譜擴(kuò)展功能是通過起始頻率為2.402GHz，終止頻率為2.480GHz，間隔為1MHz的79個(gè)跳頻頻點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)的。出于某些本地規(guī)定的考慮，日本、法國和西班牙都縮減了帶寬。最大的跳頻速率為1660跳/s。理想的連接范圍為100mm~10m。但是通過增大發(fā)送電平可以將距離延長至100m。
藍(lán)芽工作在全球通用的2.4GHz ISM(即工業(yè)、科學(xué)、醫(yī)學(xué))頻段。藍(lán)芽的數(shù)據(jù)速率為1Mb/s。 ISM頻帶是對所有無線電系統(tǒng)都開放的頻帶，因此使用其中的某個(gè)頻段都會遇到不可預(yù)測的干擾源。例如某些家電、無繩電話、汽車房開門器、微波爐等等，都可能是干擾。為此，藍(lán)芽特別設(shè)計(jì)了快速確認(rèn)和跳頻方案以確保鏈路穩(wěn)定。跳頻技術(shù)是把頻帶分成若干個(gè)跳頻信道（hop channel），在一次連接中，無線電收發(fā)器按一定的碼序列（即一定的規(guī)律，技術(shù)上叫做“偽隨機(jī)碼”，就是“假”的隨機(jī)碼）不斷地從一個(gè)信道“跳”到另一個(gè)信道，只有收發(fā)雙方是按這個(gè)規(guī)律進(jìn)行通信的，而其它的干擾不可能按同樣的規(guī)律進(jìn)行干擾；跳頻的瞬時(shí)帶寬是很窄的，但通過擴(kuò)展頻譜技術(shù)使這個(gè)窄帶成百倍地?cái)U(kuò)展成寬頻帶，使干擾可能造成的影響變得很小。時(shí)分雙工（Time Division Duplex，簡稱TDD）方案被用來實(shí)現(xiàn)全雙工傳輸。
與其它工作在相同頻段的系統(tǒng)相比，藍(lán)芽跳頻更快，數(shù)據(jù)包更短，這使藍(lán)芽比其它系統(tǒng)都更穩(wěn)定。FEC（Forward Error Correction,前向糾錯(cuò)）的使用抑制了長距離鏈路的隨機(jī)噪音；應(yīng)用了二進(jìn)制調(diào)頻（FM）技術(shù)的跳頻收發(fā)器被用來抵制干擾和防止衰落。
2.2鏈路控制（固件）單元
在目前藍(lán)芽產(chǎn)品中，人們使用了3個(gè)IC分別作為聯(lián)接控制器、基帶處理器以及射頻傳輸/接收器，此外還使用了30~50個(gè)單獨(dú)調(diào)諧元件。
基帶鏈路控制器負(fù)責(zé)處理基帶協(xié)議和其它一些低層常規(guī)協(xié)議。
基帶控制器有3種糾錯(cuò)方案：1/3比例前向糾錯(cuò)（FEC）碼；2/3比例前向糾錯(cuò)碼；數(shù)據(jù)的自動(dòng)請求重發(fā)方案。
采用FEC（前向糾錯(cuò)）方案的目的是為了減少數(shù)據(jù)重發(fā)的次數(shù)，降低數(shù)據(jù)傳輸負(fù)載。但是要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的無差錯(cuò)傳輸，F(xiàn)EC就必然要生成一些不必要的開銷比特而降低數(shù)據(jù)的傳送效率。這是因?yàn)閿?shù)據(jù)包對于是否使用FEC是彈性定義的。報(bào)頭總有占1/3比例的FEC碼起保護(hù)作用，其中包含了有用的鏈路信息。
在無編號的ARQ方案中，在一個(gè)時(shí)隙中傳送的數(shù)據(jù)必須在下一個(gè)時(shí)隙得到收到的確認(rèn)。只有數(shù)據(jù)在收端通過了報(bào)頭錯(cuò)誤檢測和循環(huán)冗余檢測后認(rèn)為無錯(cuò)才向發(fā)端發(fā)回確認(rèn)消息，否則返回一個(gè)錯(cuò)誤消息。比如藍(lán)芽的話音信道采用Continuous Variable Slope Delta Modulation(簡稱 CVSD，即連續(xù)可變斜率增量調(diào)制技術(shù))語音編碼方案，獲得高質(zhì)量傳輸?shù)囊纛l編碼。CVSD編碼擅長處理丟失和被損壞的語音采樣，即使比特錯(cuò)誤率達(dá)到4%，CVSD編碼的語音還是可聽的。
而Cambridge Consultants的分公司Cambridge Silicon Radio就提出了他們的看法。這個(gè)公司的入門產(chǎn)品是一個(gè)單芯片傳輸器和聯(lián)接控制器。公司稱之為BlueCore和BlueStack。這是一個(gè)完整的藍(lán)芽，不需要外部的SAW濾波器、陶瓷電容或感應(yīng)器，產(chǎn)品集成度非常高，使用了 0.18µm或0.15µm技術(shù)，能夠在幾乎不增加成本的情況下把基帶電路加到芯片中。
2.3鏈路管理（軟件）單元
鏈路管理（LM）軟件模塊攜帶了鏈路的數(shù)據(jù)設(shè)置、鑒權(quán)、鏈路硬件配置和其它一些協(xié)議。LM 能夠發(fā)現(xiàn)其它遠(yuǎn)端LM并通過LMP（鏈路管理協(xié)議）與之通信。LM模塊提供如下服務(wù)：
（1）發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。
（2）請求名稱。
（3）鏈路地址查詢。
（4）建立連接。
（5）鑒權(quán)。
（6）鏈路模式協(xié)商和建立。
（7）決定幀的類型。
（8）將設(shè)備設(shè)為sniff模式。master只能有規(guī)律地在特定的時(shí)隙發(fā)送數(shù)據(jù)。
（9）將設(shè)備設(shè)為hold模式。工作在hold模式的設(shè)備為了節(jié)能在一個(gè)較長的周期內(nèi)停止接收數(shù)據(jù)，平均每4s激活一次鏈路，這由LM定義，LC（鏈路控制器）具體操作。
（10）當(dāng)設(shè)備不需要傳送或接收數(shù)據(jù)但仍需保持同步時(shí)將設(shè)備設(shè)為暫停模式。處于暫停模式的設(shè)備周期性地激活并跟蹤同步，同時(shí)檢查page消息。
（11）建立網(wǎng)絡(luò)連接。在piconet內(nèi)的連接被建立之前，所有的設(shè)備都處于standby(待命)狀態(tài)。在這種模式下，未連接單元每隔1.28s周期性地“監(jiān)聽”信息。每當(dāng)一個(gè)設(shè)備被激活，它就監(jiān)聽規(guī)劃給該單元的32個(gè)跳頻頻點(diǎn)。跳頻頻點(diǎn)的數(shù)目因地理區(qū)域的不同而異，32這個(gè)數(shù)字適用于除日本、法國和西班牙之外的大多數(shù)國家。作為master的設(shè)備首先初始化連接程序，如果地址已知，則通過尋呼（page）消息建立連接，如果地址未知，則通過一個(gè)后接page消息的inquiry(查詢)消息建立連接。在最初的尋呼狀態(tài)，master單元將在分配給被尋呼單元的16個(gè)跳頻頻點(diǎn)上發(fā)送一串16個(gè)相同的page消息。如果沒有應(yīng)答，master則按照激活次序在剩余16個(gè)頻點(diǎn)上繼續(xù)尋呼 。 Slave 收到從master發(fā)來的消息的最大延遲時(shí)間為激活周期的2倍（2.56s），平均延遲時(shí)間是激活周期的一半（0.6s）。Inquiry消息主要用來尋找藍(lán)芽設(shè)備，如共享打印機(jī)、傳真機(jī)和其它一些地址未知的類似設(shè)備。Inquiry消息和page消息很想像，但是inquiry消息需要一個(gè)額外的數(shù)據(jù)串周期來收集所有的響應(yīng)。
如果piconet中已經(jīng)處于連接的設(shè)備在較長一段時(shí)間內(nèi)沒有數(shù)據(jù)傳輸，藍(lán)芽還支持節(jié)能工作模式。master可以把slave置為hold(保持)模式，在這種模式下，只有一個(gè)內(nèi)部計(jì)數(shù)器在工作。 slave也可以主動(dòng)要求被置為hold模式。一旦處于hold模式的單元被激活，則數(shù)據(jù)傳遞也立即重新開始。Hold模式一般被用于連接好幾個(gè)piconet的情況下或者耗能低的設(shè)備，如溫度傳感器。除 hold模式外，藍(lán)芽還支持另外兩種節(jié)能工作模式：sniff(呼吸)模式和park(暫停)模式。在sniff 模式下，slave降低了從piconet“收聽”消息的速率，“呼吸”間隔可以依應(yīng)用要求做適當(dāng)調(diào)整。在park模式下，設(shè)備依然與piconet同步但沒有數(shù)據(jù)傳送。工作在park模式下的設(shè)備放棄了 MAC地址，偶爾收聽master的消息并恢復(fù)同步、檢查廣播消息。如果我們把這幾種工作模式按照節(jié)能效率以升序排一下隊(duì)，那么依次是：呼吸模式、保持模式和暫停模式。