蓝芽无线计划其目标是为了提供一个通行全世界的无线传输环境，连结所有的行动设备之间的资料传输服务，这些行动设备可以包括有行动电话手机、无线电话(Cordless Phone)、笔记型电脑、个人数位助理器、数位相机、印表机、区域网路等等，皆可透过蓝芽系统的无线技术介面来互相连结而彼此做资料的传递与交换。近年来，随着Internet日益蓬勃发展的情况下，对于整合无线通讯与网际网路的应用技术，俨然已成为本世纪相当重要的一个课题。

蓝芽科技的缘起

蓝芽(Bluetooth)是由Ericsson公司于1994年起所推动的技术开发计画，目的是为了解决行动电话周边设备的连线问题。 Ericsson体会到通讯标准推广的重要性，并于1998年5月成立蓝芽的特殊小组Bluetooth SIG(Special Internet Group)，联合Intel、Ericsson、Nokia、Toshiba及IBM等五家资讯及通讯大厂，共同推动标准的制定，希望使Bluetooth成为新一代无线通讯标准。

这五家大厂分别负责不同的研究开发，其中Ericsson负责无线射频及基频技术的开发，Nokia则是提供无线技术与行动电话使用软体的开发，Toshiba与IBM负责可携式电脑介面规格的开发，而Intel则负责半导体晶片以及传输软体的开发。并积极寻求全球资讯、通讯、半导体及消费性电子等产品厂商的支持及采用，共同参与Bluetooth标准规格之制定。随着此项技术的推广，加入SIG的会员于2001年已多达2164家。

蓝芽的规格

蓝芽技术是一种低功率的无线电传输技术，它可以让不同的产品彼此能够在短距离的情况下，不须使用有线的传输设备，就能进行产品装置之间的资料沟通传递。所以严格来讲，蓝芽技术只能说是一种无线传输介面，而不能称做一种产品。

在蓝芽技术中无线电的发射功率为0dBm，传输范围大约为10米左右，而为了让蓝芽技术产品能够在全球都能随意使用，频带的定订上使用了全球通用、不需要额外申请的ISM(Industrial、Scientific、Medical)频带中的2.45GHz频段，其频带频率范围在2.402~2.480 GHz之间。

FHSS展频技术：

蓝芽传输技术所采用的是一种跳频式的展频技术(FHSS:Frequency Hopping Spread Spectrum)方式，跳频速率为每秒1600次，此种FHSS的传输技术，是将信号透过一系列频率范围广播出去，传送装置会先去倾听频道(Listens Channel)，当频道处于闲置状态时，信号会利用此频道传送出去；假若频道已经在使用当中，传送端便会跳跃到另一个频道，因此接收端必须知道传送端的跳跃程序，并且传送端与接收端必定要同步切换频道才可以正常接收资料。

蓝芽传输功率：

在功率传送的设计方面，蓝芽无线装置其传输功率可从最小的1mW增加到100mW，而传送功率的大小取决于系统的需求来做设计，如果要达到100mW功率的传输时，则必须在射频前端之前加上射频功率放大器(Power Amp.)，其增益大约为20 dBm的功率放大。

蓝芽装置之调变技术是采用GFSK(Gaussian Frequency Shift Keying)调变方式，传输速率定为1Mbps，而实际资料有效速率最高可达721 kbps。此外，语音的传输是采用CVSD(Continuous Variable Slope Delta-Modulation )技术，通讯协定则是采用分时多工(TDMA)协定技术。综合上述，Bluetooth的技术规格，蓝芽会有一些重要特性，参考(表一)所列。

《表一 Bluetooth技术规格重要特性》

Bluetooth无线传输规范

蓝芽技术所使用的是2.45GHz的无线频带，虽然如上所述蓝芽技术皆都是使用全球统一的ISM频带之中，但是在Bluetooth规范中，各国所开放的应用频率与频道数以及上下防护频带仍然会有所差异。

Bluetooth Baseband通讯协定格式，因为跳频速率为每秒1600次，故每个Slot长度为625微秒，Bluetooth跳频的频道数量可为79或23个，频宽为1 MHz的频道，视个别地区频谱规范而定。 Bluetooth原则上是每传送一个资料封包即跳到另一个频道，资料封包传输长度可为1、3或5个时间槽(Timeslots)长度。

在蓝芽V1.1目前公布之规范当中，分别对美国，欧洲，西班牙，法国和日本各国对频道，频道数以及上下防护频带有分别定义如(表二)。

《表二 Bluetooth频道数及上下防护频道》

无线传输Bluetooth为了适用于不同产品的应用上，除了一般认定的传输功率为1mW(0dBm)，无线传输距离约在10 m外，并可以加强传输功率到100mW(20dBm)，传输距离延伸到100m。所以蓝芽规范中也分别定义出不同功率和不同等级的规划，并可分为三种不同的Power Class。不同的Power Class，于电路的设计上须要依实际加上功率放大并调整之。蓝芽技术现在的功率分级有三级，参考(表三)。

《表三 Bluetooth功率可分为三级》

蓝芽的技术架构

Bluetooth系统架构可分为：Radio & Baseband、Link Manager & L2CAP、Host Controller Interface、Application Framework & Support等四个层次类别：(图一)

《图一 Bluetooth技术架构图》

阿. Radio & Baseband：

纯粹是硬体模组的设计，具有射频处理和基频调变的功能。 Radio射频模组(RF Module)主要负责频率的合成、资料转换和杂讯的过滤；Baseband基频处理则负责讯息的编码和加解密编码、跳频以及封包的处理部份。

本. Link Manager & L2CAP：

相当于底层通讯协定的功能(如Physical layer、MAC layer)，Link Manager所负责的是Baseband连结的设定、释放及管理；L2CAP负责封包切割与组装(Segmentation & Reassembly)、通讯协定多工处理(Multiplexing )、服务品质(QOS)等服务功能，以上通常以韧体的形态存放在射频模组硬体中。

从. Host Controller Interface：

为用来界定Bluetooth与Host设备之间连结界面的控制指令，在HCI这部份一般大概我们可以分为USB、RS232、UART此三种介面需求。

但. Application Framework & Support：

则是依据语音、数据、控制等应用需求，提供应用软体所需的通讯协定功能与应用程式介面，在此层面下又包括有RF Comm、SDP(Service Discovery Protocol)、TCS(Telephone Control Service)，此三种的架构，其负责不同的技术任务：1.RF Comm：提供可靠的资料流，管理多个同时的连线，并模拟传统的序列埠，以便于让传统的序列埠通讯的各种应用可以不经过修改而可以继续适用；2.SDP：主要是在负责服务寻找；3.TCS：则负责使蓝芽的设备能够与传统的电话类产品紧密结合。

微微网与资料封包

此外，Bluetooth蓝芽传输范围网路一般称为微微网(Piconet)，微微网是由一个主装置(Master)和最多七个从属装置(Slave)来组成。 Master掌管此一个Piconet通讯协定的运作，当然Master也可以是其他Piconet的Slave，Slave也可以是其他Piconet的Master。由此一个微微网可以联合另一个微微网，而形成一个较大的无线网路形态，参考(图二)。

《图二 微微网Piconet构成》

蓝芽频带被区分成时间槽，在射频当中，每一个时间槽对应一个跳频，使用双向沟通时间切割(TDD)方法；Master发射时，是使用偶数位的时间槽，而Slave则使用奇数位时间槽。在微微网当中，声音及资料位元的传输是使用封包的方式来处理传送，传送时可以利用一个，三个或五个时间槽来传输。

封包的组成形式包含有Access Code、Packet Header、Payload三部份，其中Access Code是由Preamble、Sync Word、Trailer构成；而Packt Header包含有微微网的位址与封包资讯，Payload则负责携带使用者的语音讯号式资料数据，参考(图三)。

《图三 数据封包结构》

蓝芽系统晶片

蓝芽无线装置目前技术发展，有些成品厂商已经推出所谓的原型产品，以期望能够取得市场先机。由于无线传输技术的日益发展，在个人及办公室通讯上无线传输越来越趋重要，国内各大厂商无不希望早日推出真正能够使用的Bluetooth产品，以取得市场庞大的商机。不过依据报导分析，预料蓝芽产品真正能普遍使用于资讯和通讯产品，大约需等到西元2002年左右，主要是产品的成本以及技术的困难度，都须要急待解决！

在蓝芽元件开发设计方面，目前已有多家厂商积极的投入当中，其中包含有Ericsson、Nokia、Philips、CSR、Silicon Wave、Toshiba等知名大厂。大部份的厂商都希望以特殊的高频和半导体技术来进行完成单一晶片的开发目标，但是短期的现况，皆以两个或三个晶片分开来完成。而现在蓝芽的晶片组，元件模组的价格大都在20~30美元上下，距离目标价格5美元以下，尚有一段相当大的差距。

蓝芽的系统结构依照硬体的组合，可以分成两个部份：一为属于类比的射频无线电部份，另一为数位处理部份的蓝芽控制器。 (图四)

《图四 蓝芽系统方块图》

类比射频无线电：

包括有接收端和发射端部份，大致可由低杂讯放大(LNA)、中频滤波器(IF Filter)、类比与数位转换(A/D and D/A)、高斯调变器(Gaussian Modulator )、锁相回路(PLL)、频率合成(Frequency Synthesizer)、电压控制振荡器(VCO)等所组成。主要功能为接收和发射高频讯号、射频讯号之升降频、调变与解调变讯号。

数位处理控制器：

包括有基频部份(Baseband DSP)、微处理器(uP)和记忆体(Memory)，主要是执行蓝芽系统的规格与讯号的控管，微处理器目前大都使用16 Bit精简指令集的内崁式微处理器，例如ARM、MIPS等CPU Core。

一般蓝芽晶片装置在HCI方面，都会有提供UART、USB、PCMCIA等不同的介面，此三种介面是与主机设备之间的沟通，如今随着SOC(System On Chip)的发展，预计未来各大厂将会朝着All​​ in one的单一晶片方案发展，以期达到低成本小体积的目标。

蓝芽无线模组

目前各半导体大厂也分别对蓝芽无线短距离传输装置研发相关的晶片组，这些半导体厂有CSR、Ericsson、Philsar、Silicon Wave、Philips、Mitel等，基于目前的蓝芽装置都必须通过SIG的认证，而且在无线电的技术研发门槛较高，一些相关的半导体厂商纷纷已都朝向蓝芽模组化做设计进行，以便于相关产品的整合研发。

虽然各厂商已经推出蓝芽装置的各种解决方案，但蓝芽至今仍仅有少数产品出现，而且也尚未达到量产规模，主要原因应该是互通测试尚未完成。 Bluetooth技术的应用范围非常广泛，可是受限于价格现在仍然偏高，尤其跟其他竞争技术相比，例如红外线IrDA晶片售价在1~2美元，因此各种应用的推出将会受限于价格因素，而有先后顺序。

至于各大厂所研发的蓝芽晶片或模组，已有过相当多的这方面的报导，在此就不再做详细的描述，我们可以从(表四)中大致了解各厂所研发的蓝芽晶片组做一比较。

《表四 蓝芽芯片组厂商产品比较》

Bluetooth的产品应用

蓝芽无线装置其最终的目地，是在整合一个通行于全世界的短距离无线电连结，其应用范围横跨了通信、电脑周边、资讯家电、消费电子、网路、汽车等不同的领域。因此，在规划此无线连结系统当初，为了确保无线电连结的互通性与正确性，蓝芽特别定出一些使用模式，而分别的定义在Profile当中。

这些蓝芽的应用使用模式有：Computer to Computer File Transfer、Dialup Networking、Automatic Synchronizer、The Three In One Phone、Ultimate Headset、PC Speaker Phone、Cordless Desktop、Computer、Instant Postcard、Hidden Computing、Handsfree Car Kit、Internet Bridge、Interactive Conference等。

在Bluetooth的规范之中，分别对上述的使用模式概分成不同的应用Profile，包括有Generic Access profile、Transport profiles、Telephony profiles、Object exchange profiles、LAN access profile等类别，下面就对这几个Profile做大致的描述。

1.Generic Access profile：为所有应用之基础定义，以确保Bluetooth基本传输功能的正确性。

2.Service Discovery Profile：规范Bluetooth装置寻找连结装置的程序。

3.Transport profiles：提供资讯传输格式及程序的规范，支援Serial Port Profile与General Object Exchange Profile两种规范。

4.Telephony profiles：则是针对电话传输及界面所订定的规范，包括有Cordless Telephony、​​Intercom、AT commands based Serial Port、Dial-up networking、Fax及Headset等应用。

5.Object exchange profile:为用来支援资讯物件传输的规范,如Object Push、File Transfer、Synchronisation等应用。

6. LAN access profile：则是规范Access Point的应用，连结Bluetooth装置与网路资源的介面。

在蓝芽无线短距离传输系统中，实际产品的应用，我们大概可以把它分成五大类的基本应用：

1.网际网路方面：可以直接应用于手机和笔记型电脑上，而取代以前利用手机连接网际网路时必须购置的一些设备。

2.资料的同步：在不同的设备装置，例如PDA、Notebook、Computer、Cell Phone等，都可以透过蓝芽的无线传送装置很容易的进行资料的同步。如果设定好后，使用者可以不用理会的状态下，时间一到自动唤醒连结的装置，进行资料的同步接收传送。

3.电缆线的替代：由于无线的传输的方式，在不同的装置设备或者是同类的装置，皆可由蓝芽的传输进行资料的交换，而不须要任何电缆线(Cable)的连接。

4.资料的交换：资料上的交换上，除了电脑与电脑之间的资料传输外，也可以做数位相机和手机，及PDA等设备的资料交换。

5.三合一的手机应用：结合Bluetooth、GSM及GPS的应用手机，在未来的手机市场必定会出现，此类的手机除了资料传输交换外，也可以做电话机的转接，例如在办公室与公司的电话连结，在家里与家里的电话连结。

蓝芽的未来发展

最近几年来，个人行动通讯的日新月异的发展，人们对于资讯之撷取需求越趋重要，尤其蓝芽技术强调了通讯与资讯的结合，连结了电脑设备、手机、PDA以及电脑周边设备，更使得无线行动通讯与资讯上网提供一个宽广的前景。蓝芽技术因强调体积小、价格便宜、易于使用，而普遍的为大家所青睐，假如蓝芽技术的实用产品成熟，应能普遍应用于短距离的无线通讯环境。相信也对整个通讯和资讯产品生态，必定会造成不少的冲击，对于人类的生活便利性也会有相当程度并有深远的影响。

现在于蓝芽装置规格发展，SIG特殊网际网路小组正在积极的厘定推广其蓝芽系统规格，自Bluetooth 1.0a于July 1999公布后，Bluetooth相继公布并更新为Bluetooth 1.0b以及Bluetooth 1.1版本；近来，又为了蓝芽系统装置其完整性和应用上的互通与正确性，SIG小组正在研究进行Bluetooth 2.0版本，以期能达到资料传输率可以超过1Mbps以上。

Bluetooth SIG已有九个工作小组研究在Bluetooth 2.0版本内加入新安装导引的可能性，并且会改变无线电通讯规范，无线通讯规范的改变，会使尖峰数据传输率提升，尖峰数据传输率会从目前的1M bit/s有效值721K bit/s增加到2 ~ 12M bit/s，主要的调变GFSK由原本的二级改变成四级的方式。这样的改变会大幅度的减少Bluetooth与其它无线电技术之互相干扰。此外安装导引的加入，现在工作小组正在判定各式各样的目标市场的必须规范，他们希望于2000年底可以完成，但是在时间上的困难点无法突破的同时，这一新安装导引很可能会延迟到2001年下半年才会完成。