摘要：本文讨论了Bluetooth系统的技术特点，阐述其广泛的应用及今后的发展，最后简要给出作者对这一课题的研究开发情况。

　　关键字：蓝牙系统，无线个域网，跳频技术，通信协议

一、小范围应用的意义及巨大的市场潜力

　　随著Internet和多媒体通信的发展，人们对宽带无线通信的要求也越来越迫切。宽带和大容量这一对矛盾促使著人们开发新的频段和加紧对小范围应用的研究，其代表性的成果有：以无线LAN (Local Area Network) 为典型应用的IEEE 802.11[1]；由若干著名公司为核心的“家用射频工作组”( HRFWG，Home Radio Frequency Working Group )提出的、以家庭应用为主要背景的“共用无线访问协议”( SWAP，Shared Wireless Access Protocol )[2]；由Ericsson等公司发起成立的“蓝牙特别兴趣组”(BSIG，Bluetooth Special Interest Group)并提出的“蓝牙系统”（Bluetooth System）[3]等。这些系统以小范围应用和采用跳频技术为主要特色，工作率在2.4GHz频段，虽然其标准目前还在不断修改，但已展现出强大的生命力，国际上一流的通信公司、计算机公司和软件公司一方面协作攻关，另一方面也正如火如荼地开展竞争。这种适合小范围应用的研究方兴未艾并正酝酿著更大的技术突破，预计近年将可在全球范围内获得极为广泛的应用。

　　从网路的角度来看，继广域网(WAN，Wind Area Network或城域网，MAN, Metropolitan Area Network)、局域网（LAN，Local Area Network）之后，最近人们又提出了“无线个域网”（WPAN, Wireless Personal Area Network）。这一新概念将小范围应用提升到网路理论的高度。在短短的时间，WPAN成为一个受人瞩目的新热点，WPAN的研究组成立不到1年，就演变为IEEE的专门工作组IEEE 802.15（即WPAN Working Group，於1999年3月成立）[4,5]，可见其受重视的程度。

　　比较而言， Bluetooth系统更具有代表性，它正根据WPAN的概念向前发展。事实上，Bluetooth和WPAN的概念相辅相成，Bluetooth已经是WPAN的一个雏形。从它最初由Ericsson，IBM，Intel，Nokia和Toshiba公司作为原始发起组织而推出，1年多时间已吸引了近2000个国际上有影响的公司的参与。1999年底，美国的4家公司3COM，Lucent，Microsoft和Motorola，与上述5公司一样作为Bluetooth的发起组织，使它在与SWAP、IEEE802.11等类似应用的标准的竞争中脱颖而出，发展前景更加明朗【6】。为了推动Bluetooth的发展，Bluetooth的标准是非专利的。Bluetooth已成为目前通信领域的一个新热点，预计不远的将来就可成为小范围无线多媒体通信的国际标准。

　　小范围的应用(或WPAN)有著巨大的市场潜力，它和大范围快速移动情况下的应用相辅相成，互为补充，对国民经济的发展和人们生活水平的提高都具有重要的意义。从某种意义上说，前者的市场潜力可能更为巨大，因为这种应用可在小范围内将各种移动通信设备、固定通信设备、计算机及其终端设备、各种数字数据系统(例如数字照相机、数字摄像机等)甚至各种家用电器，使用一种廉价的无线方法建立它们之间的信息传输，涉及到的设备面广量大，容易形成新的经济增长点。

二、Bluetooth系统的技术特点

1. 射频特性 [3,7]

　　Bluetooth设备工作在2.4 GHz的ISM(Industrial, Science and Medicine)频段，在北美和欧洲 (法国和西班牙除外)为2400~2483.5MHz，使用79个频道，载频为2402+k MHz ( k = 0, 1, …，78 )；法国和西班牙使用23个频道，载频分别为2454+k MHz和 2449+k MHz( k = 0, 1, …，22 )，但已有提案改为统一的79个频道，西班牙很快将有结果；日本原使用23个频道，但自1999年10月开始已改为统一的79个频道，原来的23个频道所使用的2471-2497MHz频段作为选用。无论是79个频道还是23个频道，频道间隔均为1 MHz，采用时分双工（TDD，Time Division Duplex）方式。 调制方式为BT=0.5的GFSK，调制指数为0.28~0.35。最大发射功率分为三个等级，分别是：100mW (20dBm)，2.5mW (4dBm) 和1mW (0dBm)，在4~20dBm范围内要求采用功率控制，因此，Bluetooth设备间的有效通信距离大约为10~100米。

2. TDMA结构 [3]

　　在1.0B版本的标准中，Bluetooth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。Bluetooth系统支持实时的同步定向联接和非实时的异步不定向联接，分别成为SCO链路（Synchronous Connection-Oriented Link）和ACL链路（Asynchronous Connection-Less Link），前者主要传送话音等实时性强的信息，在规定的时隙传输，后者则以数据为主，可在任意时隙传输。但当ACL传输占用SCO的预留时隙时，一旦系统需要SCO传输，ACL则自动让出这些时隙以保证SCO的实时性。数据包被分成3大类：链路控制包、SCO包和ACL包。已定义了4种链路控制数据包，后两者最多可分别定义12种，目前已分别定义了4种和7种，即共定义了15种。大多数数据包只占用1个时隙，但有些包占用3个或5个时隙。

　　Bluetooth支持64kb/s的实时语音传输和各种速率的数据传输，语音编码采用对数PCM或连续可变斜率增量调制（CVSD，Continuos Variable Slope Delta Modulation）。语音和数据可单独或同时传输。当仅传输语音时，Bluetooth设备最多可同时支持3路全双工的话音通信；当语音和数据同时传输或仅传输数据时，支持433.9 kb/s 的对称全双工通信，或723.2kb/s、57.6 kb/s 的非对称双工通信，后者特别适合无线访问Internet。另外，还采用CRC (Cyclic Redundancy Check)、FEC (Forward Error Correction) 及ARQ (Automatic Repeat Request) 以提高通信的可靠性。

3. 使用跳频技术

　　跳频是Bluetooth使用的关键技术之一。对应于单时隙包，Bluetooth的跳频速率为1600跳　　F对应于多时隙包，跳频速率有所降低；但在建链时(包括寻呼和查询)则提高为3,200跳每秒。使用这样高的跳频速率，Bluetooth系统具有ì够高的抗干扰能力。

图1 跳频频率计算案
　　跳频序列受控於Bluetooth 48-bit设备地址码(BD_ADDR)中的28-bit和27-bit的时钟，采用以多级蝶形运算为核心的映射方案，其示意图如图1。该跳频图案和其他方案相比，具有硬体设备简单、性能优越、便於79/23频段两种系统的兼容以及各种状态的跳频序列使用统一的电路来实现等特点。