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Bluetooth技术概要
Bluetooth--藍牙技術
1無線技術概要
隨著工程師們開發速度加快，無線世界也在不斷地成長，更多強大的技術讓我們得以擺脫電線的束縛，從而更方便、更舒適和更高效的生活和工作。
從短距離到遠距離，無線世界在我們的生活中已初具雛形。
Bluetooth無線技術是眾多無線技術中的一種，但它應用廣泛。
將Bluetooth技術與其他技術作一番比較有助於我們確定實施哪項技術或購買哪種產品。
索引
藍牙無線技術
射頻識別（RFID）
超寬頻（UWB）
近距離無線通信（NFC）
獲得認證的無線USB
近磁場通信
Wi-Fi（IEEE802.11）
HiperLAN
WiMAX（全球微波接入互操作性和IEEE802.16）
HIPERMAN
WiBro（無線寬頻）
802.20
紅外線（IrDA）
Zigbee（IEEE802.15.4）
技術對比。
1.1
Bluetooth無線技術
1.Bluetooth無線技術適用於語音和資料應用。
2.Bluetooth無線技術運行於無需申請許可證的2.4GHz波段。
3.Bluetooth無線技術操作範圍可達10米或100米，具體取決於Bluetooth設備的類別。
裝備EDR時的數據率峰值是3Mbps。
4.Bluetooth無線技術能夠穿透實心物體。
5.Bluetooth技術是全方向有效的，且不要求將連接設備放置在可見範圍內
6.安全性一直且永遠是Bluetooth規格開發中最重要的一環。
Bluetooth規格允許3種安全模式。
7.Bluetooth晶片的成本低於3美元，技術的實施成本是Wi-Fi的三分之一，功耗是Wi-Fi的五分之一。
1.2超寬頻（UWB）
UWB是具革命性的無線數位資料傳輸技術，以極低的功率通過頻段的寬頻譜傳輸資料。
它可以極高的速率傳輸資料（適合無線局域網應用）。
迄今為止，UWB僅在美國獲得管制批准。
由於沒有統一的標準協議和缺乏全球各國管制批准，UWB產品進入市場的腳步緩慢。
理想情況下，UWB無線技術功耗低、價格低廉、高速、可使用廣範圍內的無線電頻譜、可穿透障礙物（例如門）傳輸資料和具有廣泛的應用範圍（例如防禦、工業、家庭等）。
當前有兩種相互競爭的UWB標準。
UWB論壇推廣的標準基於直接序列（DS-UWB）。
而無線媒體聯盟（WiMediaAlliance）則推廣另一種基於多頻帶正交頻分複用（OFDM）的標準。
兩種標準都允許在2米範圍內達到約0-500Mbps的資料率，在10米範圍內則能達到約110Mbps。
BluetoothSIG在2005年5月公佈了其與這兩個UWB團體合作的意願，以開發能夠使用UWB無線電的高速率Bluetooth規格。
1.3
獲得認證的無線USB
速度：
按照計畫，無線USB在2米範圍內傳輸速度可達480，而在10米範圍內則為110Mbps。
無線USB集線器最多可運行127個無線USB設備。
無線USB將基於並通過無線媒體聯盟推廣的UWB無線電運行。
允許在設備和無線USB集線器之間建立點到點連接。
Intel於2004年2月建立了無線USB推廣小組。
USBImplementersForum,Inc.（USB-IF）測試並認證基於“獲得認證的無線USB”的無線設備。
1.4Wi-Fi（IEEE802.11）
Wi-Fi聯盟（Wi-FiAlliance）測試並認證基於802.11的無線設備：
802.11a：
使用OFDM，運行於5GHz波段，最高資料率為54Mbps。
802.11b：
運行於2.4GHz波段，最高資料率為11Mbps並使用DSSS。
802.11b是最初的Wi-Fi標準。
802.11g：
運行於2.4GHz波段，使用OFDM，最高資料率為54Mbps。
它與802.11b反向相容。
802.11e：
此標準可提高服務品質。
802.11h：
此標準是802.11a在歐洲地區的補充，提供頻譜和功率控制。
在此標準下，802.11a規格增加了動態頻率選擇（FS）和傳輸功率控制（TPC）。
802.11i：
此標準適用於對安全要求較高的場合。
它包括高級加密標準（AES）。
此標準並非完全的反向相容，某些用戶可能需要升級他們的硬體。
完整的802.11i支持也稱為WPA2。
802.11k：
正在開發，這一修訂標準增強了對802.11網路無線電資源的管理功能。
802.11n：
此標準預期運行於5GHz波段，最大資料率將超過100Mbps（某些協定正嘗試達到500Mbps）。
802.11n在處理無線多媒體應用方面將比其他802.11標準更優秀。
802.11p：
此標準將運行於分配給汽車行業的5.9GHz頻譜。
此標準將是在北美地區的專用短程通信（DSRC）的基礎。
DSRC將能實現汽車與汽車和汽車與路側基礎設施之間的通信。
802.11r：
這一修訂標準將提高用戶在接入點或基站之間漫遊的能力。
開發此標準的任務小組於2004年春/夏成立。
802.11s：
正在開發，這一修訂標準將允許在802.11網路中使用網狀網。
開發此標準的任務小組於2004年春/夏成立。
1.5WiMAX（全球微波接入互操作性和IEEE802.16）
1.WiMax是一項無線城域網（MAN）技術。
2.WiMax覆蓋範圍達50千米，資料率為70Mbps。
一般單元的範圍較小。
3.最初的802.16標準運行於10-66GHz波段且要求可見環境。
4.近期完成的802.16a標準運行於2至11GHz波段之間，不需處於可見範圍。
5.在歐洲地區的管制批准延遲，是因為在2.8GHz和3.4GHz波段頻譜的使用上出現問題。
6.支援速度在20至100公里/小時之間的車輛運動。
802.16e標準適用於便攜移動應用。
7.IEEE802.16a和ETSIHIPERMAN（高性能無線電城域網）共用相同的PHY和MAC。
802.16從一開始就以相容歐洲標準為前提進行設計。
8.本技術為了與DSL和線纜數據機接入競爭而創建，適用於鄉村等存在布線困難的地區
1.6WiBro（無線寬頻）
可移動Internet服務（WiBro）通過PSS（個人用戶站），在固定或移動的環境中，提供隨時隨地的高資料率無線互聯網接入。
主要適用於使用TTA規格的韓國。
2300-2400MHz、TDD、OFDMA、通道帶寬10MHz等等。
系統將支援駕駛速度達60公里/小時的移動用戶。
吞吐量（每用戶）：
最大：
下載/上載=3/1[Mbps]；最小：
下載/上載=512/128[Kbps]。
1.7紅外線（IrDA）
IrDA用於為通常使用電纜進行連接的設備提供無線連接功能。
IrDA是一項點到點、窄角度（30°錐形範圍）的專門資料傳輸標準，專為在0至1米的距離之間操作而設，速度為9600bps至16Mbps。
IrDA無法穿透實心物體，與其他無線技術相比，其資料交換應用較少。
IrDA主要應用於付款系統、遠端控制應用或兩台PDA之間的同步操作。
1.8射頻識別（RFID）
針對各種應用，有超過140種不同的RFIDISO標準。
使用RFID，讀取機設備可為一段距離外的被動或無動力的標記提供動力。
接收機（必須位於數英尺之外）從“標記”中提取資訊，然後在資料庫中查找更多資訊。
也有其他一些標記是自供動力、“主動”的標記，可從遠距離讀取。
RFID可運行於低頻（小於100MHz）、高頻（超過100MHz）和特高頻UHF（868至954MHz）波段。
用途包括跟蹤運輸途中和零售店貨架上的產品存貨。
1.9近距離無線通信（NFC）
NFC論壇致力於NFC的開發和推廣。
NFC論壇的12位發起成員包括萬事達卡國際組織、微軟、摩托羅拉、NEC、諾基亞、松下、飛利浦、瑞薩科技、三星電子、索尼、德州儀器和Visa國際組織。
能力：
在13.56MHz頻率範圍內，0至20厘米距離時的速率為212kbps。
NFC標準基於RFID技術。
NFC的建議應用包括售票、付款和遊戲。
支援被動通信模式，幫助節省電池電量。
1.10近磁場通信
由AuraCommunications公司開發並許可的專利無線技術。
範圍：
1.5至2米；功率：
約100納瓦；頻率：
10至15MHz。
在4至6英尺直徑的有效範圍內建立弱磁場並於其中工作。
目前此技術僅應用於無線耳機。
由於它未集成於任何耳機中，因此必須配備適配器。
迄今僅在美國使用。
1.11HiperLAN
速度：
HiperLAN2=54Mbps，範圍達50至100米。
目前仍未形成殺手級應用。
1.12HIPERMAN
固定的無線接入標準，由歐洲電信標準協會（EuropeanTelecommunicationsStandardsInstitute，簡稱ETSI）開發。
運行於2GHz至11GHz之間的頻譜波段，相容/可與IEEE802.16a-2003標準互操作。
1.13802.20
被視為移動無線寬頻無線接入。
最大資料率將達1Mbps，運行於低於3.5GHz的許可波段。
支援速度高達250公里/小時的車輛移動。
1.14ZigBee（IEEE802.15.4）
ZigBee聯盟（ZigBeeAlliance）的九家創始公司包括飛利浦、Honeywell、三菱電機、摩托羅拉、三星、BMGroup、Chipcon、FreescaleandEmber；擁有超過70位成員。
在10-100米範圍內，2.4GHz波段時速率為250Kbits，915MHz波段時速率為40Kbps，868MHz波段時速率為20Kbps。
其目標是成為工業領域中的遠程式控制制無線標準。
ZigBee技術以控制應用行業為目標，該行業不要求太高的資料率，但必須擁有低功耗、低成本和使用方便（遠端控制、家庭自動化等）等優點。
該規格於2004年12月正式採用。
該規格在開發初期並未太過重視安全性。
目前，其安全性分為3個等級。
ZigBee和Bluetooth的晶片成本都非常低。
2
安全性
在今天的無線世界里，資料可以在設備間及人與人之間無形地傳送。
不管是電子郵件、照片、聯繫人、位址形式的資料，還是其他形式的資料，都需要安全地發送。
從形成之初起，藍牙無線技術就十分重視在設備間建立連接時的安全性。
藍牙特別興趣小組（SIG）有8,000多名成員，且成立有專門的安全專家小組。
專家小組由成員公司的工程師組成，這些成員公司可以在藍牙無線規格發展過程中提供關鍵安全資訊和要求。
2.1實現安全性
在其產品中使用藍牙無線技術的開發商可以採取幾種方法來實現安全性。
對於兩台設備之間的藍牙訪問，共有三種安全模式。
安全模式1：
不安全；
安全模式2：
服務級強制安全；
安全模式3：
鏈路級強制安全。
各個產品的製造商決定採用哪種安全模式。
設備和服務有不同的安全級別。
對於設備，有2級：
“信任設備”和“不信任設備”。
信任設備已與您的其他設備配對，可無限制訪問所有服務。
服務定義了三個安全級別：
-需要授權和驗證的服務
-只需要驗證的服務
-對所有設備都公開的服務。
2.2無線安全誤解
人們對無線安全和藍牙無線技術存在一定的困惑和誤解。
藍牙規格中的加密演算法非常安全。
這不僅包括採用藍牙技術的手機，還包括諸如連接到PC的滑鼠和鍵盤、與PC同步的手機以及將手機用作數據機的PDA等（僅舉少數幾例）。
手機資料損壞是由於實施發生問題。
BluetoothSIG與成員一起堅持不懈地工作，對報告的任何問題進行調查以找出問題的根源。
如果是規格問題，我們會與成員一起努力找出補救方法，以確保將來的設備不會有同樣的缺陷。
這是一個持續改進的過程。
最近關於高級“駭客”利用Bluetooth功能訪問存儲在所選手機上的資料的報導，就是由於不正確實施而引起的。
此類違法以及不正當訪問資訊的行為被稱為bluesnarfing和bluebugging。
本頁上的問題和解答為您提供了詳細資訊，可以解決與這些安全風險相關的問題。
2.3資料保護技巧
不可發現模式
為了防止其他人查看到您的設備，您可以將設備設為不可發現模式。
您仍然可以使用藍牙服務，如使用耳機對話，但您的設備將無法被其他藍牙設備發現。
僅與已知設備配對
不與“未知”設備配對。
這就好比您不想讓陌生人打開您的門，您不想接受未知用戶的內容或與未知用戶的設備配對。
更改您的PIN
秘密配對設備以確保永久連接。
如果您的設備自帶有默認個人識別碼（PIN），則請將其更改成只有您自己知道的號碼。
3
操作概覽
3.1無線電
藍牙射頻（物理層）在無需申請許可證的2.4GHzISM波段運行。
系統採用了跳頻收發器來防止干擾和衰落，並提供多個FHSS（跳頻擴頻）載波。
射頻操作採用了成形的二進位頻率調製，降低了收發器複雜性。
符碼率為每秒1兆符（Msps），支持每秒1百萬位元（Mbps）的比特率；對於增強的資料率，可支援2或3Mb/s的總空氣比特率。
這些模式分別稱為“基本速率”和“增強資料率”。
無線電通道
在一般操作情況下，同步至共用時鐘及跳頻圖的一組設備將共用一個物理無線電通道。
微微網
微微網由主設備和從設備組成，提供同步基準的設備稱為主設備。
所有其他設備稱為從屬設備。
以此方式同步的一組設備形成了一個微微網（piconet）。
這就是藍牙無線技術通信的基本形式。
調頻和適應調頻（AFH）
微微網中的設備使用特定跳頻圖，該圖由藍牙規格位址中的特定欄位和主設備時鐘依據特定演算法來確定。
基本跳頻圖是對ISM波段中的79個頻率進行偽隨機排序。
跳頻圖可以調整以排除干擾設備使用的一部分頻率。
自適應跳頻技術改善了藍牙技術與靜態（非跳頻）ISM系統的共存狀態（當兩者共存時）。
時隙和數據包--全雙工傳輸
物理通道被複分為稱作時隙的時間單位。
資料以時隙中資料包形式在藍牙設備間傳送。
如果條件允許，可以將多個連續時隙分配給一個資料包。
跳頻發生在傳輸或接收資料包時。
藍牙技術通過使用時分雙工（TDD）方案提供全雙工傳輸效果。
3.2
鏈路和通道管理協定
控制層
物理通道上方有一個鏈路、通道及相關控制協定層。
物理通道以上的通道及鏈路層級為物理通道、物理鏈路、邏輯傳輸、邏輯鏈路及L2CAP通道。
物理鏈路
在物理通道內，任意兩個傳輸設備之間可以形成物理鏈路，並且可雙向傳輸資料包。
在微微網物理通道中，對哪些設備可以形成物理鏈路有一些限制。
每個從設備和主設備間有一個物理鏈路。
微微網中的從設備之間不會直接形成物理鏈路。
邏輯鏈路
物理鏈路可作為一個或多個邏輯鏈路的傳輸層，支援單播同步、非同步和等時通信量及廣播通信量。
邏輯鏈路上的通信量可通過佔有資源管理器中的調度功能分配的時隙分化到物理鏈路上。
鏈路管理協議
除用戶資料外，邏輯鏈路還負載了基帶和物理層的控制協定，即鏈路管理協議（LMP）。
微微網中的活動設備具有默認的面向非同步連接的邏輯傳輸，用於傳輸LMP協定信令。
由於歷史原因，這被稱作為ACL邏輯傳輸。
每次有設備加入微微網時都會創建默認的ACL邏輯傳輸。
可在需要時創建附加邏輯傳輸以傳輸同步資料流程。
鏈路管理功能採用LMP控制微微網中的設備的操作，並提供服務來管理架構中的較低層（無線電層和基帶層）。
LMP協定只可以負載在默認的ACL邏輯傳輸及默認的廣播邏輯傳輸上。
L2CAP
在基帶層以上，L2CAP層為應用和服務提供了基於通道的提取。
它可以執行應用資料的分割和重組，並通過一個共用邏輯鏈路執行多個通道的複用或解複用。
L2CAP有一個協定控制通道，負載於默認的ACL邏輯傳輸中。
提交至L2CAP協定的應用資料可以負載於支援L2CAP協定的任意邏輯鏈路上。
4
架構
4.1藍牙無線電
4.1.1範圍
藍牙設備在無需申請許可證的2.4GHzISM（工業、科學、醫學）波段運行。
跳頻收發器用於防止幹擾和衰落。
共定義了兩種調製模式。
被稱為“基本速率”的必備模式採用成形的二進位FM模制，降低了收發器複雜性。
被稱為“增強資料率”的可選模式使用PSK模制且具備兩種變體：
π/4-DQPSK和8DPSK。
所有調製方案的符碼率為1Ms/s。
總空氣資料率的“基本速率”是1Mbps；使用π/4-DQPSK的“增強資料率”為2Mbps，而使用8DPSK的“增強資料率”為3Mbps。
對於全雙工傳輸而言，時分雙工（TDD）方案用在兩種模式中。
此規格定義了用於“基本速率”和“增強資料率”模式的藍牙無線電的要求。
4.1.2頻段和通道安排
藍牙系統在2.4GHzISM波段中運行。
頻段位於2400至2483.5MHz之間。
79射頻通道按通道編號0-78排序得來，以2402GHz為起始波段，位於1MHz的頻段中。
為了遵守每個國家的帶外法規，保護頻帶用在較低與較高帶邊中。
管制範圍
射頻通道
較低保護頻帶
較高保護頻帶
2400-2.4835GHz
f=+kMHz,k=0,…,78
2MHz
3.5MHz
4.1.3
傳輸特徵
功率類
最大輸出功率（Pmax）
額定輸出功率
最小輸出功率*
功率控制
1
100mW
（20dBm）
不可用
1mW（0dBm）
Pmin<+4dBm至Pmax
可選：
Pmin**至Pmax
2
2.5mW（4dBm）
1mW（0dBm）
0.25mW（-6dBm）
可選：
Pmin**至Pmax
3
1mW（0dBm）
不可用
不可用
可選：
Pmin2**至Pmax
1.*最大功率設置的最小輸出功率。
2.**推薦但不強制使用最小功率限制Pmin<-30dBm，並可根據應用需要進行選擇。
3.1類功率設備實施功率控制。
功率控制用於限制超出+4dBm的傳輸功率。
+4dBm下的功率控制為可選，可用於優化功率消耗和整體幹擾水準。
4.具有功率控制能力的設備通過LMP命令對的輸出功率進行優化（請參閱鏈路控制器協議）。
一旦傳輸功率增大或降低，可以通過測量RSSI與回饋報告執行。
調制特性
調製是具有帶寬位元週期產品BT=0.5的GFSK（高斯頻移鍵控）。
雜散輻射
帶內雜散輻射應當借助在一個射頻通道上傳輸，而在另一射頻通道上接收跳頻無線電來進行測量；這意味著合成器可能在接收和傳輸過程中更改射頻通道，但始終會返回至同一傳輸射頻通道。
此文檔未涉及ISM帶外雜散輻射；設備製造商負責遵守指定國家的慣例。
射頻公差
傳輸的初始中心頻率應當在Fc的±75kHz之內。
增強的數據率
“增強資料率”模式的關鍵特徵在於調製方案是在資料包內更改的。
在基帶規格6.1表中定義的訪問碼和包頭均通過“基本速率”1MbpsGFSK調製方案傳輸；而隨後的同步序列、淨荷與包尾序列均通過“增強資料率”PSK調製方案傳輸。
EDR調制特性
在訪問碼和包頭的傳輸過程中，可以使用“基本速率”GFSK調製方案。
在同步序列、淨荷與包尾序列的傳輸過程中，可以使用資料率為2Mbps或3Mbps（可選）的PSK調製類型。
4.1.4接收方特徵
靈敏度水準
實際靈敏度水準定義為輸入水準，滿足0.1%的原始位誤碼率（BER）。
無論藍牙發送方是什麼，接收方靈敏度都將低於或等於–70dBm。
幹擾性能
位於同通道和相鄰1MHz與2MHz上的幹擾性能應當通過超出參考靈敏度水準10dB的有用信號進行測量。
對於其他所有射頻通道上的幹擾性能而言，有用信號應超出參考靈敏度水準3dB。
帶外阻塞
帶外抑制應當通過超出參考靈敏度水準3dB的有用信號進行測量。
幹擾信號應當是連續的波信號。
BER應≤0.1%。
互調特性
參考靈敏度性能BER=0.1%應滿足下列條件：
A．有用信號頻率應為f0，其功率電平超出參考靈敏度水準6dB。
B．靜態正弦波信號的頻率應為f1，功率電平為–39dBm。
C．藍牙調製信號（參見43頁4.1.7節）頻率為f2，功率電平為-39dBm。
增強的數據率（EDR）實際靈敏度水準
實際靈敏度水準定義為輸入水準，滿足0.01%的原始位誤碼率（BER）。
要求藍牙π/4-DQPSK與8DPSK“增強資料率”接收方的實際靈敏度水準最低限額應達到–70dBm。
接收方應達到–70dBm的靈敏度水準，且所有藍牙發送方都與“增強資料率”發送方規格相容。
EDRBERFloor性能
接收方應達到小於0.001%的BER，超出參考靈敏度水準10dB。
幹擾性能
同通道和相鄰1MHz與2MHz通道上的幹擾性能應當通過超出參考靈敏度水準10dB的有用信號進行測量。
在其他所有頻率中，有用信號應超出參考靈敏度水準3dB。
4.2
藍牙基帶
4.2.1概述
藍牙基帶是在藍牙設備之間指定或實施媒體接入及物理層程式的藍牙系統的組成部分。
微微網由共用同一物理通道的兩個或更多設備組成。
一個藍牙設備充當微微網的主設備，其他設備充當從設備。
微微網中最多可以啟動7個從設備。
此外，還可以保持連接更多休眠狀態的從設備。
微微網具有一個單從設備操作（a）、一個多從設備操作（b）和一個散射網路操作（c）。
數據包
資料以資料包的形式從空中傳輸。
所有調製方案的符碼率為1Ms/s。
總空氣資料率的“基本速率”是1Mbps。
標準“基本速率”資料包格式。
“增強資料率”具備一個可提供2Mbps總空氣資料率的基本調製模式以及一個可提供3Mbps總空氣資料率的輔助調製模式。
標準“增強資料率”資料包格式。
藍牙時鐘
每個藍牙設備都具備一個可從自由運行系統時鐘裏派生的本地時鐘。
為了與其他設備同步，在添加至本地時鐘時，偏差可用於提供相互同步的臨時藍牙時鐘。
藍牙設備尋址
每個藍牙設備都分配有一個從IEEE註冊機構獲得的、唯一的48位元藍牙設備位址（BD_ADDR）。
訪問碼
在藍牙系統中，經由物理通道的所有傳輸均從訪問碼開始。
共定義了三種訪問碼：
設備訪問碼（DAC），通道訪問碼（CAC），查詢訪問碼（IAC）。
4.2.2物理通道
物理通道定義
物理通道根據偽隨機射頻跳頻序列、分組（時隙）定時和訪問碼定義。
跳頻序列由藍牙設備位址與選定的跳頻序列決定。
跳頻序列的
升级会员 