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個人通信是人類通信的最高目標(biāo)，它利用各種可能的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實現(xiàn)人與人之間任何時間、任何地點、任何種類的通信。在近距離通信中，藍牙（Bluetooth）無線接入技術(shù)使無線單元間的通信變得十分容易，將計算機技術(shù)與通信技術(shù)更緊密地結(jié)合在一起，人們可隨時隨地進行信息的交換與傳輸。除此之外，藍牙技術(shù)還可為數(shù)字網(wǎng)絡(luò)和外設(shè)提供通用接口，以組建遠(yuǎn)離固定網(wǎng)絡(luò)的個人特別連接設(shè)備群。
1. 無線頻段的選擇和抗干擾
藍牙技術(shù)采用2400~2483.5MHz的ISM（工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)學(xué)）頻段，這是因為該頻段內(nèi)沒有其它系統(tǒng)的信號干擾，同時頻段向公眾開放，無須特許；頻段在全球范圍內(nèi)有效。世界各國、各地區(qū)的相關(guān)法規(guī)不同，一般只規(guī)定信號的傳輸范圍和最大傳輸功率。對于一個在全球范圍內(nèi)運營的系統(tǒng)，其選用的頻段必須同時滿足所有規(guī)定，使任何用戶都可接入，因此必須將所需要素最小化。在滿足規(guī)則的情況下，可自由接入無線頻段，此時，抗干擾問題便變得非常重要。因為2.45GHz ISM頻段為開放頻段，使用其中的任何頻段都會遇到不可預(yù)測的干擾源（如某些家用電器、無繩電話和汽車開門器等），此外，對外部和其它藍牙用戶的干擾源也應(yīng)作充分估計。
抗干擾方法分為避免干擾和抑制干擾。避免干擾可通過降低各通信單元的信號發(fā)射電平來達到；抑制干擾則通過編碼或直接序列擴頻來實現(xiàn)。然而，在不同的無線環(huán)境下，專用系統(tǒng)的干擾和有用信號的動態(tài)范圍變化極大。在超過50dB的遠(yuǎn)近比和不同環(huán)境功率差異的情況下，要達到1Mb/s以上速率，僅靠編碼和處理增益是不夠的。相反，由于信號在頻率（或時間）沒有干擾時（或干擾低時）發(fā)送，故避免干擾更容易一些。若采用時間避免干擾法，當(dāng)遇到時域脈沖干擾時，發(fā)送的信號將會中止。大部分無線系統(tǒng)是帶限的，而在2145GHz頻段上，系統(tǒng)帶寬為80MHz，可找到一段無明顯干擾的頻譜，同時利用頻域濾波器對無線頻帶其余頻譜進行抑制，以達到理想效果。因此，以頻域避免干擾法更為可行。
2. 多址接入體系和調(diào)制方式
選擇專用系統(tǒng)多址接入體系，是因為在ISM頻段內(nèi)尚無統(tǒng)一的規(guī)定。頻分多址（FDMA）的優(yōu)勢在于信道的正交性僅依賴發(fā)射端晶振的準(zhǔn)確性，結(jié)合自適應(yīng)或動態(tài)信道分配結(jié)構(gòu)，可免除干擾，但單一的FDMA無法滿足ISM頻段內(nèi)的擴頻需求。時分多址（TDMA）的信道正交化需要嚴(yán)格的時鐘同步，在多用戶專用系統(tǒng)連接中，保持共同的定時參考十分困難。碼分多址（CDMA）可實現(xiàn)擴頻，應(yīng)用于非對稱系統(tǒng)，可使專用系統(tǒng)達到最佳性能。直接序列（DS）CDMA因遠(yuǎn)近效應(yīng)，需要一致的功率控制或額外的增益，與TDMA相同，其信道正交化也需共同的定時參考，隨著使用數(shù)目的增加，將需要更高的芯片速度、更寬的帶寬（抗干擾）和更多的電路消耗。跳頻（FH）CDMA結(jié)合了專用無線系統(tǒng)中的各種優(yōu)點，信號可擴頻至很寬的范圍，因而使窄帶干擾的影響變得很小。跳頻載波為正交，通過濾波，鄰近跳頻干擾可得到有效抑制，而對窄帶和用戶間干擾造成的通信中斷，可依賴高層協(xié)議來解決。在ISM頻段上，F(xiàn)H系統(tǒng)的信號帶寬限制在1MHz以內(nèi)。為了提高系統(tǒng)的魯棒性，選擇二進制調(diào)制結(jié)構(gòu)。由于受帶寬限制，其數(shù)據(jù)速率低于1Mb/s。為了支持突發(fā)數(shù)據(jù)傳輸，最佳的方式是采用非相干解調(diào)檢測。藍牙技術(shù)采用高斯型頻移鍵控（GFSK）調(diào)制，調(diào)制系數(shù)為0.3。邏輯“1”發(fā)送正頻偏，邏輯“0”發(fā)送負(fù)頻偏。解調(diào)可通過帶限FM鑒頻器完成。
3. 媒體接入控制（MAC）
藍牙系統(tǒng)可實現(xiàn)同一區(qū)域內(nèi)大量的非對稱通信。與其它專用系統(tǒng)實行一定范圍內(nèi)的單元共享同一信道不同，藍牙系統(tǒng)設(shè)計為允許大量獨立信道存在，每一信道僅為有限的用戶服務(wù)。從調(diào)制方式可看出，在ISM頻段上，一條FH信道所支持的比特率為1Mb/s。理論上，79條載波頻譜支持79Mb/s，由于跳頻序列非正交化，理論容量79Mb/s不可能達到，但可遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過1Mb/s。
一個FH藍牙信道與一微微網(wǎng)相連。微微網(wǎng)信道由一主單元標(biāo)識（提供跳頻序列）和系統(tǒng)時鐘（提供跳頻相位）定義，其它為從單元。每一藍牙無線系統(tǒng)有一本地時鐘，沒有通常的定時參考。當(dāng)一微微網(wǎng)建立后，從單元進行時鐘補償，使之與主單元同步，微微網(wǎng)釋放后，補償亦取消，但可存儲起來以便再用。不同信道有不同的主單元，因而存在不同的跳頻序列和相位。一條普通信道的單元數(shù)量為8（1主7從），可保證單元間有效尋址和大容量通信。藍牙系統(tǒng)建立在對等通信基礎(chǔ)上，主從任務(wù)僅在微微網(wǎng)生存期內(nèi)有效，當(dāng)微微網(wǎng)取消后，主從任務(wù)隨即取消。每一單元皆可為主/從單元，可定義建立微微網(wǎng)的單元為主單元。除定義微微網(wǎng)外，主單元還控制微微網(wǎng)的信息流量，并管理接入。接入為非自由競爭，625μs的駐留時間僅允許發(fā)送一個數(shù)據(jù)包。基于競爭的接入方式需較多開銷，效率較低。在藍牙系統(tǒng)中，實行主單元集中控制，通信僅存在于主單元與一個或多個從單元之間。主從單元間通信時，時隙交替使用。在進行主單元傳輸時，主單元確定一個欲通信的從單元地址，為了防止信道中從單元發(fā)送沖突，采用輪流檢測技術(shù)，即對每個從到主時隙，由主單元決定允許哪個從單元進行發(fā)送。這一判定是以前一時隙發(fā)送的信息為基礎(chǔ)實施的，且僅有恰為前一主到從被選中的從地址可進行發(fā)送。若主單元向一具體從單元發(fā)送了信息，則此從單元被檢測，可發(fā)送信息。若主單元未發(fā)送信息，它將發(fā)送一檢測包來標(biāo)明從單元的檢測情況。主單元的信息流體系包含上行和下行鏈路，目前已有考慮從單元特征的智能體系算法。主單元控制可有效阻止微微網(wǎng)中的單元沖突。當(dāng)互相獨立的微微網(wǎng)單元使用同一跳頻時，可能發(fā)生干擾。系統(tǒng)利用ALOHA技術(shù)，當(dāng)信息傳送時，不檢測載波是否空載（無偵聽），若信息接收不正確，將進行重發(fā)（僅有數(shù)據(jù)）。由于駐留期短，F(xiàn)H系統(tǒng)不宜采用避免沖突結(jié)構(gòu)，對每一跳頻，會遇到不同的競爭單元，后退（backoff）機制效率不高。
4.基于包的通信
藍牙系統(tǒng)采用基于包的傳輸：將信息流分片（組）打包，在每一時隙內(nèi)只發(fā)送一個數(shù)據(jù)包。所有數(shù)據(jù)包格式均相同，開始為一接入碼，接下來是包頭，最后是負(fù)載。
接入碼具有偽隨機性質(zhì)，在某些接入操作中，可使用直接序列編碼。接入碼包括微微網(wǎng)主單元標(biāo)志，在該信道上，所有包交換都使用該主單元標(biāo)志進行標(biāo)識，只有接入碼與接入微微網(wǎng)主單元的接入碼相匹配時，才能被接收，從而防止一個微微網(wǎng)的數(shù)據(jù)包被恰好加載到相同跳頻載波的另一微微網(wǎng)單元所接收。在接入端，接入碼與一滑動相關(guān)器內(nèi)要求的編碼匹配，相關(guān)器提供直接序列處理增益。包頭包含從地址連接控制信息3bit,以區(qū)分微微微網(wǎng)中的從單元；用于標(biāo)明是否需要自動查詢方式（ARQ）的響應(yīng)/非響應(yīng)1bit；包編碼類型4bit，定義16種不同負(fù)載類型；頭差錯檢測編碼（HEC）8bit，采用循環(huán)冗余檢測編碼（CRC）檢查頭錯誤。為了限制開銷，數(shù)據(jù)包頭只用18bit，包頭采用1/3率前向糾錯編碼（FEC）進一步保護。
藍牙系統(tǒng)定義了4種控制包： ID控制包，僅包含接入碼，用于信令；空（NULL）包，僅有接入碼和包頭，必須在包頭傳送連接信息時使用；檢測（POLL）包，與空包相似，用于主單元迫使從單元返回一響應(yīng)；FHS包，即FH同步包，用于在單元間交換實時時鐘和標(biāo)志信息（包括兩單元跳頻同步所需的所有信息）。其余12種編碼類型用于定義包的同步或異步業(yè)務(wù)。
在時隙信道中，定義了同步和異步連接。目前，異步連接對有無2/3率FEC編碼方式的負(fù)載都支持，還可進行單時隙、3時隙、5時隙的數(shù)據(jù)包。異步連接最大用戶速率為723.2kb/s，這時，反向連接速率可達57.6kb/s。通過交換包長度和依賴于連接條件的FEC編碼，自適應(yīng)連接可用于異步鏈，依賴有效的用戶數(shù)據(jù)，負(fù)載長度可變。然而，最大長度受限于RX和TX之間最少交換時間（200μs）。對于同步連接，僅定義了單時隙數(shù)據(jù)包傳輸，負(fù)載長度固定，可以有1/3率、2/3率或無FEC。同步連接支持全雙工，用戶速率雙向均為64kb/s。
5.以物理連接類型建立連接
藍牙技術(shù)支持同步業(yè)務(wù)（如話音信息）和異步業(yè)務(wù)（如突發(fā)數(shù)據(jù)流），定義了兩種物理連接類型：同步面向連接的連接（SCO）和異步無連接的連接（ACL）。SCO為主單元與從單元的點對點連接，通過在常規(guī)時間間隔內(nèi)預(yù)留雙工時隙建立起來。ACL是微微網(wǎng)中主單元到所有從單元的點到多點連接，可使用SCO連接未用的所有空余時隙，由主單元安排ACL連接的流量。微微網(wǎng)的時隙結(jié)構(gòu)允許有效地混合利用異步和同步連接。
專用系統(tǒng)設(shè)計中的關(guān)鍵問題是如何在單元間找到對方，并建立連接。在藍牙系統(tǒng)中，建立連接分為掃描、呼叫和查詢?nèi)�。在空閑模式下，一單元保持休眠狀態(tài)，以節(jié)省能量，但為了允許建立連接，該單元必須經(jīng)常偵聽是否有其它單元欲建立連接。在實際的專用系統(tǒng)中，沒有通用的控制信道（一個單元為偵聽呼叫信息而鎖定），這在常規(guī)蜂窩無線系統(tǒng)中是很普遍的。而在藍牙系統(tǒng)中，一單元為偵聽其標(biāo)志而周期性被喚醒，當(dāng)一藍牙單元被喚醒時，便開始掃描，打開與從自身標(biāo)志得到的接入碼相匹配的滑動相關(guān)器。掃描窗稍微超過10ms，每次單元被喚醒，掃描不同的跳頻（規(guī)則要求不允許設(shè)固定的喚醒頻率，可免除干擾）。藍牙的喚醒跳頻序列的數(shù)量僅為32跳，循環(huán)使用，覆蓋整個80MHz帶寬中的64MHz。序列是偽隨機的，在每一藍牙設(shè)備中都是唯一的。序列從單元標(biāo)志中得到，序列的相位由單元中的自行時鐘決定。在空載模式下，要注意功率消耗和響應(yīng)時間的折中選擇：增加休眠時間可降低功耗，但會延長接入時間，由于不知道空閑單元在哪一頻率上何時被喚醒，想要連接的單元必須解決時頻不定問題。無線單元大部分時間處于空閑模式，這種不確定的任務(wù)應(yīng)由呼叫單元來完成。假定呼叫單元知道欲連接單元的標(biāo)志，也知道喚醒序列產(chǎn)生用于呼叫信息的接入碼，在不同頻率上，每1.25ms呼叫單元重復(fù)發(fā)送接入碼，對于一次響應(yīng)，需發(fā)送和監(jiān)聽兩次接入碼。
將連續(xù)接入碼發(fā)送到不同喚醒序列所選擇的跳頻上。在10ms周期內(nèi)，訪問16個不同跳頻載波，為喚醒序列的一半。在空閑單元的休眠期內(nèi)，呼叫單元在16個頻率上循環(huán)發(fā)送接入碼，空閑單元被喚醒后，將收到接入碼，并開始建立連接。然而，因為呼叫單元不知道空閑單元的相位，32個跳頻喚醒序列中的其余16個頻率也可能被喚醒。若呼叫單元在相應(yīng)的休眠期內(nèi)收不到空閑單元的響應(yīng)，它將會在其余的一半跳頻序列載波上重復(fù)發(fā)送接入碼。因此，最大的接入碼延遲為休眠時間的兩倍。當(dāng)空閑單元收到呼叫信息后，會返回一個提示呼叫單元的信息，即從空閑單元標(biāo)志中得到的接入碼。然后，呼叫單元發(fā)送一個FHS數(shù)據(jù)包給空閑單元，包含呼叫單元的全部信息（標(biāo)志和時鐘）。呼叫單元和空閑單元用該信息建立微微網(wǎng)，此時呼叫單元用其標(biāo)志和時鐘定義FH信道為主單元，而空閑單元成為從單元。
上述呼叫過程建立在呼叫單元完全不知道空閑單元時鐘信息的假設(shè)上。如果兩單元間建立過聯(lián)系，呼叫單元會對空閑單元時鐘有一估計。當(dāng)單元連接時，將交換時鐘信息，存儲各自自由運行本地時鐘間的補償時間。這種補償僅在建立連接時準(zhǔn)確，當(dāng)連接釋放后，由于時鐘漂移，補償信息變得不可靠。補償?shù)目煽啃耘c最后一次連接后的時間長度成反比。
建立連接時，接收標(biāo)志用于決定呼叫信息和喚醒序列。若不知道該信息，欲進行連接的單元可發(fā)布一查詢消息，讓接收方返回其地址和時鐘信息。在查詢過程中，查詢者可決定哪個單元在需要的范圍內(nèi)，特性如何。查詢信息也為一接入碼，但從預(yù)留標(biāo)志（查詢地址）得到�？臻e單元根據(jù)32跳的查詢序列偵聽查詢信息，收到查詢信息的單元返回FHS包。對于返回的FHS包，采用一隨機阻止機制，防止多個接收端同時發(fā)送。
在呼叫和查詢過程中，使用了32跳載波。對于純跳頻系統(tǒng)，最少要使用75跳載波。然而，在呼叫和查詢過程中，僅有一個接入碼用于信令。接入碼用作直接序列編碼，得到由直接序列編碼處理增益結(jié)合32跳頻序列的處理增益，可滿足混合DS/FH系統(tǒng)規(guī)定所要求的處理增益。因此，在呼叫和查詢過程中，藍牙系統(tǒng)是混合DS/FH系統(tǒng)；而在連接時，為純FH系統(tǒng)。
6.糾錯
藍牙系統(tǒng)的糾錯機制分為FEC和包重發(fā)。FEC支持1/3率和2/3率FEC碼。1/3率僅用3bit重復(fù)編碼，大部分在接收端判決，既可用于數(shù)據(jù)包頭，也可用于SCO連接的包負(fù)載。2/3率碼使用一種縮短的漢明碼，誤碼捕捉用于解碼，它既可用于SCO連接的同步包負(fù)載，也可用于ACL連接的異步包負(fù)載。使用FEC碼，編/解碼過程變得簡單迅速，這對RX和TX間的有限處理時間非常重要。
在ACL連接中，可用ARQ結(jié)構(gòu)。在這種結(jié)構(gòu)中，若接收方?jīng)]有響應(yīng)，則發(fā)端將包重發(fā)。每一負(fù)載包含有一CRC，用來檢測誤碼。ARQ結(jié)構(gòu)分為：停止等待ARQ、向后N個ARQ、重復(fù)選擇ARQ和混合結(jié)構(gòu)。為了減少復(fù)雜性，使開銷和無效重發(fā)為最小，藍牙執(zhí)行快ARQ結(jié)構(gòu)：發(fā)送端在TX時隙重發(fā)包，在RX時隙提示包接收情況。若加入2/3率FEC碼，將得到I類混合ARQ結(jié)構(gòu)的結(jié)果。ACK/NACK信息加載在返回包的包頭里，在RX/TX的結(jié)構(gòu)交換時間里，判定接收包是否正確。在返回包的包頭里，生成ACK/NACK域，同時，接收包包頭的ACK/NACK域可表明前面的負(fù)載是否正確接收，決定是否需要重發(fā)或發(fā)送下一個包。由于處理時間短，當(dāng)包接收時，解碼選擇在空閑時間進行，并要簡化FEC編碼結(jié)構(gòu)，以加快處理速度。快速ARQ結(jié)構(gòu)與停止等待ARQ結(jié)構(gòu)相似，但時延最小，實際上沒有由ARQ結(jié)構(gòu)引起的附加時延。該結(jié)構(gòu)比向后N個ARQ更有效，并與重復(fù)選擇ARQ效率相同，但由于只有失效的包被重發(fā)，可減少開銷。在快速ARQ結(jié)構(gòu)中，僅有1bit序列號就夠了（為了濾除在ACK/NACK域中的錯誤而正確接收兩次數(shù)據(jù)包）。
7.功率管理
在藍牙系統(tǒng)的設(shè)計中，需要特別注意減少電流消耗。在空閑模式下，在T從1.28~3.84s區(qū)間內(nèi)，單元僅掃描10ms,有效循環(huán)低于1％。在一個PARK下，有效循環(huán)可減少更多，但PARK模式僅在微微網(wǎng)建立之后使用，從單元可停下工作，即以非常低的有效循環(huán)來偵聽信道。從單元僅需偵聽接入碼和包頭來重新使時鐘同步，決定是否可重新進入休眠狀態(tài)。因為在時間和頻率上都已確定（不工作的從單元被鎖定到主單元，與無線和蜂窩電話被鎖定到基站類似），所以可達到非常低的有效循環(huán)。在連接中，另一非功耗模式是SNIFF模式，在這種模式下，從單元不是每一主/從時隙內(nèi)都掃描，因此掃描之間有較大的問題。
在連接狀態(tài)下，數(shù)據(jù)僅在有效時發(fā)送，使電流消耗最小，且可防止干擾。若僅有連接控制信息要傳送（ACK/NACK），則將發(fā)送一沒有負(fù)載的空包。因為NACK為省缺設(shè)置，NACK的空包不一定要發(fā)送。在長靜音期內(nèi)，主單元隔一定時間在信道上重發(fā)一個數(shù)據(jù)包，使所有從單元對其時鐘重新同步，對時間漂移進行補償。在連接的TX/RX操作中，一單元開始掃描始于RX時隙的接入碼，若未找到該接入碼的某窗口，則該單元返回休眠狀態(tài)，直到下一個TX時隙（對主單元）或RX時隙（對從單元）；若接入碼被接收（即接收信息與要求的接入碼匹配）。包頭被解碼。若3bit從單元地址與接收到的不匹配，進一步的接收將停止，包頭用于表示包的類型和包的持續(xù)時間，由此，非接收方可決定休眠時間。
8.微微網(wǎng)間通信
藍牙系統(tǒng)可優(yōu)化到在同一區(qū)域中有數(shù)十個微微網(wǎng)運行，而沒有明顯的性能下降（在同一區(qū)域的多個微微網(wǎng)稱為分散網(wǎng)）。藍牙時隙連接采用基于包的通信，使不同微微網(wǎng)可互聯(lián)。欲連接單元可加入到不同微微網(wǎng)中，但因無線信號只能調(diào)制到單一跳頻載波上，任一時刻單元只能在一微微網(wǎng)中通信。通過調(diào)整微微網(wǎng)信道參數(shù)（即主單元標(biāo)志和主單元時鐘），單元可從一微微網(wǎng)跳到另一微微網(wǎng)中，并可改變?nèi)蝿?wù)。例如某一時刻在微微網(wǎng)中的主單元，另一時刻在另一微微網(wǎng)中為從單元。主單元參數(shù)標(biāo)示了微微網(wǎng)的FH信道，因此一單元不可能在不同的微微網(wǎng)中都為主單元。跳頻選擇機制應(yīng)設(shè)計成允許微微網(wǎng)間可相互通信，通過改變標(biāo)志和時鐘輸入到選擇機制，新微微網(wǎng)可立即選擇新的跳頻。為了使不同微微網(wǎng)間的跳頻可行，數(shù)據(jù)流體系中沒有保護時間，以防止不同微微網(wǎng)的時隙差異。在藍牙系統(tǒng)中，引入了HOLD模式，允許一單元臨時離開一微微網(wǎng)而訪問另一微微網(wǎng)（HOLD也可在離開后無新的微微網(wǎng)訪問期間作為一附加低功率模式）。
摘自“WLAN與藍牙在線”
