藍燈亮起，您已連接到藍牙的魔力！ 但是它是如何工作的呢？
藍牙是一個 無線 使設備能夠在短距離內通信的技術標準（ISM 頻段中的 UHF 無線電波從 2.4 到 2.485 GHz的) 建立個域網 (PAN)。 它廣泛用於耳機和揚聲器等移動設備，賦予通信能力並實現廣泛的應用。
讓我們來看看這個驚人的無線標準背後的歷史和技術。
了解藍牙技術
什麼是藍牙？
藍牙是一種無線技術標準，它使設備能夠在短距離內相互通信，從而構建個人區域網絡 (PAN)。 它廣泛用於固定和移動設備之間的數據交換，使它們能夠進行通信並實現廣泛的應用。 藍牙技術使用無線電波 頻率 2.4 GHz 頻段，這是為工業、科學和醫療 (ISM) 應用保留的有限頻率範圍。
藍牙如何工作？
藍牙技術涉及使用無線電波在設備之間無線發送和接收數據。 該技術使用穩定的數據流，通過空氣無形地傳輸。 藍牙設備的典型範圍約為 30 英尺，但會因設備和環境而異。
當兩個支持藍牙的設備進入彼此的範圍內時，它們會自動識別並相互選擇，這個過程稱為配對。 配對後，設備可以完全無線地相互通信。
藍牙有什麼好處？
藍牙技術具有多種優勢，包括：
- 簡單性：藍牙技術易於使用，使設備無需電線或電纜即可相互通信。
- 便攜性：藍牙技術專為便攜式設備之間的無線通信而設計，非常適合在旅行時使用。
- 安全：藍牙技術使駕駛員能夠免提使用手機通話，從而使駕駛更加安全。
- 方便：藍牙技術使用戶無需任何電線或電纜即可從數碼相機下載照片或將鼠標連接到平板電腦。
- 同時連接：藍牙技術使多個設備能夠同時相互連接，從而可以在使用鍵盤和鼠標的同時使用耳機聽音樂。
詞源
斯堪的納維亞古挪威語綽號的英語化版本
“藍牙”一詞是斯堪的納維亞古挪威語綽號“Blátǫnn”的英語化版本，意思是“藍牙”。 這個名字是由從事藍牙技術開發的前英特爾工程師 Jim Kardach 選擇的。 Kardach 選擇這個名稱是為了暗示藍牙技術同樣將不同的設備聯合起來，就像 10 世紀哈拉爾國王將丹麥部落聯合成一個王國一樣。
從瘋狂的樸素想法到普遍使用
“藍牙”這個名字並不是自然演變的結果，而是一系列導致品牌建立的偶然事件。 根據 Kardach 的說法，在一次採訪中，當他想出以他的名字命名這項技術的想法時，他正在觀看一部關於 Harald Bluetooth 的歷史頻道紀錄片。 這個名字是在 URL 很短的時候推出的，聯合創始人羅伯特承認“藍牙”有點不錯。
從 Googol 到藍牙：缺少一個完美的名字
藍牙的創始人最初提出了“PAN”（Personal Area Networking）這個名字，但它缺少了一個特定的環。 他們還考慮了數學術語“googol”，即數字 100 後跟 XNUMX 個零，但它被認為太大且難以想像。 Bluetooth SIG 的現任首席執行官 Mark Powell 認為“藍牙”是一個完美的名字，因為它反映了該技術巨大的索引和個人網絡功能。
卡住的意外拼寫錯誤
由於缺少可用的 URL，“Bluetooth”這個名稱幾乎拼寫為“Bluetoo”，但拼寫更改為“Bluetooth”以提供更常見的拼寫。 這個拼寫也是對丹麥國王名字 Harald Blåtand 的致敬，他的姓氏意為“藍牙”。 拼寫錯誤是語言魔法的結果，它抹殺了原來的名字，並產生了一個朗朗上口且易於記憶的新名字。 結果，意外的拼寫錯誤成為了這項技術的正式名稱。
藍牙的歷史
尋求無線連接
藍牙的歷史可以追溯到幾千年前，但對無線連接的探索始於 1990 年代後期。 1994 年，瑞典電信公司愛立信啟動了一個項目，旨在為個人基站 (PBA) 指定無線模塊。 據時任瑞典愛立信移動公司 CTO 的 Johan Ullman 介紹，該項目被稱為“藍牙”，以丹麥和挪威已故國王 Harald Gormsson 的名字命名，Harald Gormsson 以團結人民的能力而聞名。
藍牙的誕生
1996年，當時在愛立信工作的荷蘭人Jaap Haartsen受命帶領一個工程師團隊研究無線連接的可行性。 該團隊得出結論，手機有可能在足夠功耗的情況下實現足夠高的數據速率。 合乎邏輯的步驟是在各自的市場上為筆記本電腦和手機實現同樣的目標。
1998 年，行業開放，允許最大程度的協作和發明集成，愛立信、IBM、英特爾、諾基亞和東芝成為藍牙技術聯盟 (SIG) 的簽約方，共有 5 項專利公開。
今天的藍牙
今天，藍牙技術推動無線行業向前發展，能夠無縫地無線連接設備。 最大功耗低，適用於各種設備。 將藍牙技術整合到筆記本電腦和手機中開闢了新的市場，並且該行業繼續允許最大程度的協作和發明集成。
截至 2021 年，與藍牙技術相關的專利已超過 30,000 項，Bluetooth SIG 不斷修訂和更新技術以滿足消費電子市場的需求。
藍牙連接：安全與否？
藍牙安全：好與壞
藍牙技術徹底改變了我們連接設備的方式。 它使我們能夠無線交換數據，而無需電纜或直接連接。 這項發明讓我們的日常活動變得極為方便，但它也帶來了可怕的一面——不法分子攔截我們的藍牙信號的危險。
你可以用藍牙做什麼？
無線連接設備
藍牙技術讓您可以無線連接不同的設備，不再需要電纜和電線。 這意味著您可以體驗更加無縫和便捷的設備連接方式。 一些可以通過藍牙連接的設備包括：
- 智能手機
- 電腦
- 打印機
- 小鼠
- 鍵盤
- 耳機
- 演讲嘉宾
- 相機
傳輸數據
藍牙技術還允許您在設備之間無線傳輸數據。 這意味著您可以快速輕鬆地共享文檔、照片和其他文件，而無需電纜或互聯網連接。 您可以使用藍牙進行數據傳輸的一些方法包括：
- 將手機與電腦配對以傳輸文件
- 將相機連接到手機以立即分享照片
- 將您的智能手錶連接到您的手機以接收通知和控制您的設備
改善您的生活方式
Bluetooth 技術使您可以通過多種方式更輕鬆地改善您的生活方式。 例如：
- 健康和健身應用程序可以使用藍牙來跟踪您的鍛煉和健康數據，讓您更好地了解自己的整體健康狀況。
- 智能家居設備可以通過藍牙控制，讓您可以通過手機控制燈光、恆溫器和其他設備。
- 支持藍牙的助聽器可以直接從您的手機傳輸音頻，從而改善您的聆聽體驗。
維持控制
藍牙技術還允許您以多種方式保持對設備的控制。 例如：
- 您可以使用藍牙遠程控制相機的快門，讓您可以從遠處拍照。
- 您可以使用藍牙控制電視，無需從沙發上站起來即可調節音量和切換頻道。
- 您可以使用藍牙來控制您的汽車音響，讓您無需觸摸您的設備即可從您的手機流式傳輸音樂。
總的來說，藍牙技術是一種多功能且有用的工具，可以通過多種方式改善我們的生活。 無論您是想連接設備、傳輸數據還是保持對設備的控制，藍牙都提供了一個很好的解決方案。
執行
頻率和頻譜
藍牙在未經許可的 2.4 GHz 頻段中運行，該頻段也被包括 Zigbee 和 Wi-Fi 在內的其他無線技術共享。 該頻段被劃分為 79 個指定信道，每個信道的帶寬為 1 MHz。 藍牙使用擴頻跳頻技術，將可用頻率劃分為 1 MHz 信道，並執行自適應跳頻 (AFH)，以避免來自在同一頻段運行的其他設備的干擾。 藍牙還使用高斯頻移鍵控 (GFSK) 作為其調製方案，它是正交相移鍵控 (QPSK) 和頻移鍵控 (FSK) 的組合，據說可以提供瞬時頻移。
配對與連接
要在兩個設備之間建立藍牙連接，必須先將它們配對。 配對涉及在設備之間交換稱為鏈接密鑰的唯一標識符。 此鏈接密鑰用於加密設備之間傳輸的數據。 配對可以由任一設備發起，但一個設備必須作為發起者，另一個作為響應者。 配對後，設備可以建立連接並形成微微網，一次最多可包含七個活動設備。 發起者隨後可以發起與其他設備的連接，形成一個分散網。
數據傳輸和模式
藍牙可以通過三種模式傳輸數據：語音、數據和廣播。 語音模式用於設備之間傳輸音頻，例如使用藍牙耳機撥打電話時。 數據模式用於在設備之間傳輸文件或其他數據。 廣播模式用於向范圍內的所有設備發送數據。 藍牙根據正在傳輸的數據類型在這些模式之間快速切換。 藍牙還提供前向糾錯 (FEC) 以提高數據可靠性。
行為和模糊
藍牙設備應該只在必要時監聽和接收數據，以減輕網絡負擔。 但是，藍牙設備的行為可能有些模糊，並且可能因設備及其實現而異。 閱讀有關藍牙實現的教程可能有助於澄清一些含糊之處。 藍牙是一種臨時技術，這意味著它不需要一個集中的實體來運行。 藍牙設備可以直接相互聯繫，無需交換機或路由器。
藍牙的規格和功能
互操作性和兼容性
- 藍牙遵循由藍牙技術聯盟 (SIG) 制定的一組技術規範，以確保不同設備之間的互操作性。
- 藍牙是向後兼容的，這意味著較新版本的藍牙可以與較舊版本的藍牙一起使用。
- 隨著時間的推移，藍牙經歷了多次更新和增強，當前版本為藍牙 5.2。
- 藍牙提供了一個通用配置文件，允許設備共享數據和功能，包括收聽音頻、監控健康狀況和運行應用程序的能力。
網狀網絡和雙模式
- 藍牙有一個單獨的網狀網絡配置文件，允許設備共存並在更大的區域提供可靠的連接。
- 藍牙雙模式為設備提供了一種同時運行經典藍牙和低功耗藍牙 (BLE) 的方式，從而提供更好的連接性和可靠性。
- BLE 是藍牙的改進版本，提供基本的數據傳輸功能，消費者更容易連接。
安全和廣告
- 藍牙有一個由美國國家標準技術研究院 (NIST) 制定的指南，以確保藍牙連接的安全性。
- 藍牙使用一種稱為廣告的技術來允許設備相互發現和連接。
- 藍牙已棄用一些較舊的功能，這些功能可能會影響將來取消對這些功能的支持。
總的來說，藍牙是一種廣泛使用的無線技術，隨著時間的推移經歷了許多更新和增強，以提供更好的功能和可靠性。 憑藉其廣泛的功能和規格，藍牙繼續成為許多從業者和消費者的熱門選擇。
藍牙技術的技術細節
藍牙架構
藍牙架構由藍牙 SIG（特殊興趣小組）定義的核心和 ITU（國際電信聯盟）採用的電話替代品組成。 核心架構由管理普遍支持的服務的堆棧組成，而電話替代管理命令的建立、協商和狀態。
藍牙硬件
藍牙硬件是使用 RF CMOS（互補金屬氧化物半導體）集成電路。 藍牙硬件的主要接口是射頻接口和基帶接口。
藍牙服務
藍牙服務包含在藍牙堆棧中，基本上是在設備之間發送的一組 PDU（協議數據單元）。 支持以下服務：
- 服務發現
- 連接建立
- 連接協商
- 數據傳輸
- 命令狀態
藍牙兼容性
藍牙技術廣泛用於個人區域網絡，允許設備在有限距離內進行無線通信。 藍牙設備遵循一組規範和功能以確保兼容性，包括使用唯一的 MAC（媒體訪問控制）地址和運行藍牙堆棧的能力。 藍牙還支持異步數據傳輸並使用 ARQ 和 FEC 處理糾錯。
與藍牙連接
配對設備
使用藍牙連接設備是一種獨特而簡單的無線連接設備的方法。 配對設備涉及註冊和鏈接兩個支持藍牙的設備，例如智能手機和筆記本電腦，以在沒有任何電線的情況下交換數據。 配對設備的方法如下：
- 在兩台設備上打開藍牙。
- 在一台設備上，從出現的可用設備列表中選擇另一台設備。
- 點擊“配對”或“連接”按鈕。
- 在設備之間交換一些代碼以確保它們是正確的。
- 該代碼有助於確保設備是正確的設備，而不是其他人的設備。
- 配對設備的過程可能因您使用的設備而異。 例如，將 iPad 與藍牙揚聲器配對可能涉及與將智能手機與筆記本電腦配對不同的過程。
安全注意事項
藍牙技術相當安全，可以防止隨意竊聽。 向無線電頻率的轉移阻礙了對正在傳輸的數據的輕鬆訪問。 但是，藍牙技術確實存在一些安全風險，使用時務必牢記安全。 以下是一些安全注意事項：
- 將藍牙活動限制在特定類型的設備上，並限制允許的活動類型。
- 參與允許的活動，避免不允許的活動。
- 請注意可能會試圖未經授權訪問您的設備的黑客。
- 不使用時禁用藍牙。
- 始終使用最新版本的藍牙，它提供改進的帶寬和安全功能。
- 請注意網絡共享的風險，網絡共享允許您與其他設備共享您設備的互聯網連接。
- 如果未知設備出現在可用設備列表中，則在公共區域配對設備可能會帶來風險。
- 藍牙技術可用於為 Amazon Echo 或 Google Home 等智能設備供電，這些設備是便攜式的，專為在旅途中使用而設計，例如在海灘上。
差異
藍牙與射頻
好吧，大家聚在一起，讓我們來談談藍牙和射頻之間的區別。 現在，我知道你在想什麼，“那些到底是什麼？” 好吧，讓我告訴你，它們都是無線連接電子設備的方式，但它們有一些很大的區別。
首先，讓我們談談帶寬。 RF 或無線電頻率具有比藍牙更寬的帶寬。 把它想像成一條高速公路，RF 就像一條 10 車道的高速公路，而藍牙就像一條單車道的公路。 這意味著 RF 可以一次處理更多數據，這非常適合流式傳輸視頻或音樂。
但問題是，RF 需要比藍牙更多的功率才能運行。 這就像悍馬和普銳斯之間的區別。 射頻是耗油量大的悍馬，而藍牙是環保的普銳斯。 藍牙運行所需的電力更少，這意味著它可以集成到耳塞或智能手錶等更小的設備中。
現在讓我們談談它們是如何連接的。 射頻使用電磁場傳輸數據，而藍牙使用無線電波。 這就像魔法咒語和無線電廣播之間的區別。 RF 需要專用發射器才能工作，而藍牙可以直接連接到您的設備。
但現在還不要將 RF 排除在外，它還有一個妙招。 RF 可以使用紅外 (IR) 技術連接設備，這意味著它不需要專用的發射器。 這就像設備之間的秘密握手。
最後，讓我們談談尺寸。 藍牙的芯片尺寸小於射頻，這意味著它可以集成到更小的設備中。 這就像巨型SUV和緊湊型轎車之間的區別。 藍牙可用於微型耳塞，而射頻更適用於揚聲器等大型設備。
伙計們，這就是藍牙和射頻之間的區別。 請記住，RF 就像悍馬，而藍牙就像普銳斯。 做出明智的選擇。
結論
因此，藍牙是一種無線技術標準，使設備能夠在短距離內相互通信。
它非常適合個人區域網絡，您可以使用它讓您的生活更輕鬆。 所以不要害怕探索它提供的所有可能性。
我是 Joost Nusselder，Neaera 的創始人，也是一名內容營銷人員，父親，我熱愛以吉他為核心嘗試新設備，並與我的團隊一起，自 2020 年以來一直在撰寫深度博客文章幫助忠實的讀者獲得錄音和吉他技巧。
