无线接入技术蓝牙技术.docx

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无线接入技术蓝牙技术

无线接入技术的应用

——蓝牙技术

引言很长一段时间以来，无线网络的应用一直是业界关注的热点。

甚至有专家预计2001年将是"无线网络年"。

而蓝牙这一"无线新贵"更是引来无数厂商和用户的追捧。

1、到底蓝牙是一种什么技术？

它能给我们的生活带来怎么样的影响？

　　所谓蓝牙（Bluetooth）技术，实际上是一种短距离无线电技术，通俗一点说，就是蓝牙技术使得现代一些轻易携带的移动通信设备和电脑设备，不必借助电缆就能联网，并且能够实现无线上因特网，其实际应用范围还可以拓展到各种家电产品、消费电子产品和汽车等信息家电，组成一个巨大的无线通信网络。

　　我们以这个专题来介绍一下了蓝牙的由来、原理、组成，和其它几种无线网络技术的区别以及它的应用领域。

　　蓝牙（Bluetooth）技术是一种短距离无线电技术，利用"蓝牙"技术，能够有效地简化掌上电脑、笔记本电脑和移动电话手机等移动通信终端设备之间的通信，也能够成功地简化以上这些设备与因特网Internet之间的通信，从而使这些现代通信设备与因特网之间的数据传输变得更加迅速高效，为无线通信拓宽道路。

　　蓝牙技术采用跳频扩展技术（FHSS），跳频速率为每秒1600次。

其设备采用的是GFSK调制技术，其最高传输速率为1Mb/s，实际数据有效速率为721kb/s，话音采用连续可变斜率调制CVSD（ContinuousVariableSlopeDeltaModulation连续可变斜率调制）编码方式，CVSD方式抗干扰能力很强，即使在误码率达到4％时，仍然有可以接受的话音质量。

通信协议则采用TDMA（时分多址），在2.4GHz的ISM频带上设立79个带宽为1MHz的信道，用每秒钟切换1600次的频率的跳频（Hobbing）扩展技术来实现信息的收发。

蓝牙技术支持一个异步数据通道，或3个并发的同步话音通道，或一个同时传送异步数据和同步话音的通道。

每一个话音通道支持64kbps的同步话音；异步通道支持最大速率721kb/s、反向应答速率为57.6kb/s的非对称连接，或者是432.6kb/s的对称连接。

2、蓝牙技术概述（BluetoothTechnicSummarize）

2．1系统概述

蓝牙技术是一种无线数据与语音通信的开放性全球规范，它以低成本的近距离无线连接为基础，为固定与移动设备通信环境建立一个特别连接。

其程序写在一个9x9mm的微芯片中。

例如，如果把蓝牙技术引入到移动电话和膝上型电脑中，就可以去掉移动电话与膝上型电脑之间的令人讨厌的连接电缆而而通过无线使其建立通信。

打印机、PDA、桌上型电脑、传真机、键盘、游戏操纵杆以及所有其它的数字设备都可以成为蓝牙系统的一部分。

除此之外，蓝牙无线技术还为已存在的数字网络和外设提供通用接口以组建一个远离固定网络的个人特别连接设备群。

蓝牙工作在全球通用的2.4GHzISM（即工业、科学、医学）频段。

蓝牙的数据速率为1Mb/s。

时分双工传输方案被用来实现全双工传输。

ISM频带是对所有无线电系统都开放的频带，因此使用其中的某个频段都会遇到不可预测的干扰源。

例如某些家电、无绳电话、汽车房开门器、微波炉等等，都可能是干扰。

为此，蓝牙特别设计了快速确认和跳频方案以确保链路稳定。

跳频技术是把频带分成若干个跳频信道（hopchannel），在一次连接中，无线电收发器按一定的码序列（即一定的规律，技术上叫?

quot;伪随机码"，就?

quot;假"的随机码）不断地从一个信?

跳"到另一个信道，只有收发双方是按这个规律进行通信的，而其他的干扰不可能按同样的规律进行干扰；跳频的瞬时带宽是很窄的，但通过扩展频谱技术使这个窄带宽成百倍地扩展成宽频带，使干扰可能的影响变成很小。

与其它工作在相同频段的系统相比，蓝牙跳频更快，数据包更短，这使蓝牙比其它系统都更稳定。

FEC（ForwardErrorCorrection，前向纠错）的使用抑制了长距离链路的随机噪音。

应用了二进制调频（FM）技术的跳频收发器被用来抑制干扰和防止衰落。

蓝牙基带协议是电路交换与分组交换的结合。

在被保留的时隙中可以传输同步数据包，每个数据包以不同的频率发送。

一个数据包名义上占用一个时隙，但实际上可以被扩展到占用5个时隙。

蓝牙可以支持异步数据信道、多达3个的同时进行的同步话音信道，还可以用一个信道同时传送异步数据和同步话音。

每个话音信道支持64kb/s同步话音链路。

异步信道可以支持一端最大速率为721kb/s而另一端速率为57.6kb/s的不对称连接，也可以支持43.2kb/s的对称连接。

2．2蓝牙系统由以下功能单元组成：

·无线单元

·链路控制单元

·链路管理

·软件功能Definitions

2．2．1名词解释：

·Piconet：

通过蓝牙技术连接在一起的所有设备被认为是一个piconet，一个piconet可以只是两台相连的设备，比如一台便携式电脑和一部移动电话，也可以是八台连在一起的设备。

在一个piconet中，所有设备都是级别相同的单元，具有相同的权限。

但是在piconet网络初建时，其中一个单元被定义为master，其它单元被定义为slave。

·Scatternet：

几个独立且不同步的piconet组成一个scatternet。

·Masterunit：

主单元,即在一个piconet中，其时钟和跳频顺序被用来同步其它单元的设备。

·Slaveunits：

从单元,即piconet中不是master的所有设备。

·Macaddress：

用来区分piconet中各单元的长度为3比特的地址。

·Parkedunits：

暂停单元,即piconet中与网络保持同步但没有Macaddress的设备。

·Sniffandholdmode：

呼吸与保持模式,与网络同步但进入睡眠状态以节省能源的一种工作模式。

2．3网络技术

蓝牙技术支持点对点和点对多点连接。

几个piconet可以被连接在一起，靠跳频顺序识别每个piconet。

同一piconet所有用户都与这个跳频顺序同步。

其拓扑结构可以被描述为"多piconet"结构。

在一个"多piconet"结构中，在带有10个全负载的独立的piconet的情况下，全双工数据速率超过6Mb/s。

2．3．1话音

话音信道采用连续可变斜率增量调制（CVSD）话音编码方案，并且从不重发话音数据包。

CVSD编码擅长处理丢失和被损坏的语音采样，即使比特错误率达到4%，CVSD编码的语音还是可听的。

2．3．2无线

蓝牙空中接口是建立在天线电平为0dBm的基础上的。

空中接口遵循FCC（美国联邦通信委员会）有关电平为0dBm的ISM频段的标准。

如果全球电平达到100mW以上，可以使用扩展频谱功能来增加一些补充业务。

频谱扩展功能是通过起始频率为2.402，终止频率为2.480，间隔为1MHz的79个跳频频点来实现的。

出于某些本地规定的考虑，日本、法国和西班牙都缩减了带宽。

最大的跳频速率为1660跳/秒。

理想的连接范围为10厘米--10米，但是通过增大发送电平可以将距离延长至100米。

2．3．3基带

基带部分描述了硬件--基带链路控制器的数字信号处理规范。

基带链路控制器负责处理基带协议和其它一些低层常规协议。

2．3．4Bluetooth是如何工作的

Bluetooth使用内制在9x9平方毫米微芯片上的短程射频链接。

该协议能使包括蜂窝电话、掌上电脑、笔记本电脑、相关外设和家庭Hub等包括家庭RF的众多设备之间进行信息交换。

它使用2.45GHzISM全球通自由波段，使旅行者可以毫无障碍地使用Bluetooth设备。

Bluetooth不需要看的见的连线即可使操作范围内的Bluetooth产品实现连接。

----Bluetooth宽带协议结合电路开关和分组交换机，适用与语音和数据传输。

每个声道支持64KB每秒同步（语音）链接。

而异步信道支持任一方向上高到721KB每秒和回程方向57.6KB每秒的非对称链接。

因此，它可以足够快地应付蜂窝系统上的非常大的数据比率。

一般来说，它的链接范围为10厘米到10米；如果增加传输功率的话，其链接范围可以扩展到100米。

Bluetooth软件构架规范要求与Bluetooth相顺从的设备支持基本水平的互操作性。

这种顺从水平由不同的应用来决定。

2．3．5使生活变得更简单（BluetoothMakesLifeEasy）

----移动电话与台式电脑、笔记本电脑和掌上电脑的自动同步将成为可能。

用户一旦进入范围，这些设备即会实现同步。

通过移动电话传递与Bluetooth相顺从的数字照相机中的数字图象也非常方便。

----汽车制造商不久就可以安装车载免提电话系统与Bluetooth相顺从的移动电话一同工作。

它具有保持移动电话和个人电脑无绳连接，即使用户的个人电脑放在手提箱内。

用户还可以通过电话收电子邮件，通过移动电话屏幕阅读邮件标题。

在飞机上写电子邮件也是可以的，因为用户一下飞机，就可通过移动电话把电子邮件发出去。

----同步是Bluetooth产品的核心应用方案。

个人信息管理的同步、在掌上电脑之间或掌上电脑和移动电话之间交换名片；亦或是办公室电脑和家用电脑之间交换数据对某些用户来说变得越来越重要。

从方便和成本效益方面来说，节省文件传输的时间就等于延长了其他工作时间。

而且，降低成本、缩短周期、增加设备的相互连接同样提高了工作效率。

如果增加带宽的价格合理，消费者也会对此作出积极地反应。

----电子邮件、互联网和内部网的接入可以容易地使用本地Bluetooth连接。

具有Bluetooth功能的掌上电脑和笔记本电脑能够利用本地接入点或利用与Bluetooth顺从的蜂窝电话实现与互联网的连接和接受电子邮件。

----隐藏的运算将通过以下例子来证明它是如何提高生产力的：

当您到达了某次旅行的目的地之后，您随身携带的笔记本电脑会通过本地Bluetooth连接和您的蜂窝电话同步。

当您在去车站的路上或去往饭店的途中，您用您的蜂窝电话通过公共交换电话网就可以接入互联网或同步您的电子邮件。

----Bluetooth耳机可以提供免提的音响环境，通过装在安全带上的电话来提供连通性。

汽车套件允许用户使用免提的、Bluetooth蜂窝电话，一边接业务电话，一边控制方向盘。

3、什么是蓝牙技术

　　所谓蓝牙（Bluetooth）技术，实际上是一种短距离无线电技术，利用"蓝牙"技术，能够有效地简化掌上电脑、笔记本电脑和移动电话手机等移动通信终端设备之间的通信，也能够成功地简化以上这些设备与因特网Internet之间的通信，从而使这些现代通信设备与因特网之间的数据传输变得更加迅速高效，为无线通信拓宽道路。

说得通俗一点，就是蓝牙技术使得现代一些轻易携带的移动通信设备和电脑设备，不必借助电缆就能联网，并且能够实现无线上因特网，其实际应用范围还可以拓展到各种家电产品、消费电子产品和汽车等信息家电，组成一个巨大的无线通信网络。

"蓝牙"技术属于一种短距离、低成本的无线连接技术，是一种能够实现语音和数据无线传输的开放性方案，因此，目前无线通信?

quot;蓝牙"刚刚露出一点儿芽尖，却已经引起了全球通信业界和广大用户的密切关注。

3.1、蓝牙的由来

　　蓝牙以公元10世纪统一丹麦和瑞典的一位斯堪的纳维亚国王的名字命名。

它孕育着颇为神奇的前景：

对手机而言，与耳机之间不再需要连线；在个人计算机，主机与键盘、显示器和打印机之间可以摆脱纷乱的连线；在更大范围内，电冰箱、微波炉和其它家用电器可以与计算机网络的连接，实现智能化操作。

　　发明蓝牙技术的是瑞典电信巨人爱立信公司。

由于这种技术具有十分可喜的应用前景，1998年5月，五家世界顶级通信/计算机公司：

爱立信、诺基亚、东芝、IBM和英特尔经过磋商，联合成立了蓝牙共同利益集团（BluetoothSIG）,目的是加速其开发、推广和应用。

此项无线通信技术公布后，便迅速得到了包括摩托罗拉、3Com、朗讯、康柏、西门子等一大批公司的一致拥护，至今加盟蓝牙SIG的公司已达到2400多个，其中包括许多世界最著名的计算机、通信以及消费电子产品领域的企业，甚至还有汽车与照相机的制造商和生产厂家。

一项公开的技术规范能够得到工业界如此广泛的关注和支持，这说明基于此项蓝牙技术的产品将具有广阔的应用前景和巨大的潜在市场。

蓝牙共同利益集团现已改称蓝牙推广集团。

4、蓝牙的技术内容

　　蓝牙技术产品是采用低能耗无线电通信技术来实现语音、数据和视频传输的，其传输速率最高为每秒1Mb/s，以时分方式进行全双工通信，通信距离为10米左右，配置功率放大器可以使通信距离进一步增加。

　　蓝牙产品采用的是跳频技术，能够抗信号衰落；采用快跳频和短分组技术，能够有效地减少同频干扰，提高通信的安全性；采用前向纠错编码技术，以便在远距离通信时减少随机噪声的干扰；采用2.4GHz的ISM（即工业、科学、医学）频段，以省去申请专用许可证的麻烦；采用FM调制方式，使设备变得更为简单可靠；"蓝牙"技术产品一个跳频频率发送一个同步分组，每组一个分组占用一个时隙，也可以增至5个时隙；"蓝牙"技术支持一个异步数据通道，或者3个并发的同步语音通道，或者一个同时传送异步数据和同步语音的通道。

"蓝牙"的每一个话音通道支持64kb/s的同步话音，异步通道支持的最大速率为721Kbps、反向应答速率为57.6Kbps的非对称连接，或者432.6kb/s的对称连接。

　　蓝牙技术产品与因特网Internet之间的通信，使得家庭和办公室的设备不需要电缆也能够实现互通互联，大大提高办公和通信效率。

因此，"蓝牙"将成为无线通信领域的新宠，将为广大用户提供极大的方便而受到青睐。

5、蓝牙技术指标和系统参数

　　目前所公布的蓝牙技术参数如下所示：

蓝牙技术参数：

工作频段ISM频段，2.402~2.480GHz

双工方式全双工，TDD时分双工

业务类型支持电路交换和分组交换业务

数据速率1Mb/s

非同步信道速率非对称连接721/57.6kb/s，对称连接432.6kb/s

同步信道速率64kb/s

功率美国FCC要求＜0dbm（1mW），其他国家可扩展为100mW

跳频频率数79个频点/MHz

跳频速率1600次/s

工作模式PARK/HOLD/SNIFF

数据连接方式面向连接业务SCO，无连接业务ACL

纠错方式1/3FEC，2/3FEC，ARQ

鉴权采用反应逻辑算术

信道加密采用0位、40位、60位密钥

语音编码方式连续可变斜率调制CVSD

发射距离一般可达10~10cm，增加功率情况下可达100m

6、蓝牙技术中的名词术语

　　微微网（Piconet）是由采用蓝牙技术的设备以特定方式组成的网络。

微微网的建立是由两台设备（如便携式电脑和蜂窝电话）的连接开始，最多由8台设备构成。

所有的蓝牙设备都是对等的，以同样的方式工作。

然而，当一个微微网建立时，只有一台为主设备，其他均为从设备，而且在一个微微网存在期间将一直维持这一状况。

　　分布式网络（Scatternet）是由多个独立、非同步的微微网形成的。

　　主设备（Masterunit）是指在微微网中，如果某台设备的时钟和跳频序列用于同步其他设备，则称它为主设备。

从设备（Slaveunit）是指非主设备的设备均为从设备。

　　MAC地址（MACaddress）是用3比特表示的地址，用于区分微微网中的设备。

休眠设备（Parkedunits）在微微网中只参与同步，但没有MAC地址的设备。

监听及保持方式（SniffandHoldmode）指微微网中从设备的两种低功耗工作方式。

7、无线网络技术比较

7．1、无线网络技术日趋火热，以蓝牙，IEEE802.11等为代表的一批无线网络连接技术正得到日益普及的应用。

无线网络具有以下优势：

（1）支持移动联网。

用户可以象使用移动电话那样灵活的移动计算设备的位置，保持持续的网络连接。

（2）不需要使用物理线路，安装非常简便。

（3）因为无线网络所使用的高频率无线电波可以穿透墙壁或玻璃窗，所以网络设备可以在有效范围内任意放置。

（4）多层安全防护措施可以充分确保用户隐私。

（5）改动网络结构或布局时，不需要对网络进行重新设置。

如今，无线网络技术日趋火热，以蓝牙，IEEE802.11等为代表的一批无线网络连接技术正得到日益普及的应用。

　　一般来说，无线网络的有效传输距离在250英尺左右，不需要固定设备的具体位置。

无线网络具有以下优势：

支持移动联网。

用户可以象使用移动电话那样灵活的移动计算设备的位置，保持持续的网络连接。

不需要使用物理线路，安装非常简便。

因为无线网络所使用的高频率无线电波可以穿透墙壁或玻璃窗，所以网络设备可以在有效范围内任意放置。

多层安全防护措施可以充分确保用户隐私。

改动网络结构或布局时，不需要对网络进行重新设置。

7．２、常见的无线网络接入技术有下面三种：

7.2.1、IEEE802.11家族

　　IEEE802.11是IEEE最初制定的一个无线局域网标准，主要用于解决办公室局域网和校园网中，用户与用户终端的无线接入，业务主要限于数据存取，速率最高只能达到2Mb/s。

目前，3Com等公司都有基于该标准的无线网卡。

　　由于IEEE802.11在速率和传输距离上都不能满足人们的需要，因此，IEEE小组又相继推出了IEEE802.11b和IEEE802.11a两个新标准。

三者之间技术上的主要差别在于MAC子层和物理层。

　　IEEE802.11b物理层支持5.5Mb/s和11Mb/s两个新速率，IEEE802.11标准在扩频时是一个11位调制芯片，而IEEE802.11b标准采用一种新的调制技术CCK完成。

IEEE802.11b使用动态速率漂移，可因环境变化，在11Mb/s、5.5Mb/s、2Mb/s、1Mb/s之间切换，且在2Mb/s、1Mb/s速率时与IEEE802.11兼容。

　　IEEE802.11a工作在5GHzU-NII频带，物理层速率可达54Mb/s，传输层达25Mb/s。

采用正交频分复用（OFDM）的独特扩频技术；可提供25Mb/s的无线ATM接口和10Mb/s的以太网无线帧结构接口，以及TDD/TDMA的空中接口；支持语音、数据、图像业务；一个扇区可接入多个用户，每个用户可带多个用户终端。

但是，芯片没有进入市场、设备昂贵、空中接力不好、点对点连接很不经济、不适合小型设备。

值得庆幸的是，Radiata的低成本COMS无线引擎芯片装置可支持IEEE802.11a。

7.2.2、蓝牙新贵

　　蓝牙（IEEE802.15）是一项最新标准，对于IEEE802.11来说，它的出现不是为了竞争而是相互补充。

蓝牙比IEEE802.11更具移动性，比如，IEEE802.11限制在办公室和校园内，蓝牙能把一个设备连接到LAN和WAN，甚至支持全球漫游。

此外，蓝牙成本低、体积小，可用于更多的设备。

但是，蓝牙主要是点对点的短距离无线发送技术，本质上要么是RF要么是红外线。

而且，蓝牙被设计成低功耗、短距离、低带宽的应用，严格来讲，不算是真正的局域网技术。

7.2.3、家庭网络的HomeRF

　　HomeRF主要为家庭网络设计，是IEEE802.11与DECT的结合，旨在降低语音数据成本。

HomeRF也采用了扩频技术，工作在2.4GHz频带，能同步支持4条高质量语音信道。

但目前HomeRF的传输速率只有1~2Mb/s。

FCC建议增加到10Mb/s。

　　通过比较分析可以看出，各种标准都是根据不同的使用场合，不同的用户需求而制定的。

有的是为了增加带宽和传输距离，有的则是考虑移动性和经济性，局部最优不等于全局最优。

因此，用户应视实际需求选择适合自己的标准。

以下几种无线网络接入技术的比较：

IEEE802.11IEEE802.11bIEEE802.11aBluetoothHomeRF

频率2.4GHz2.4GHz5GHz2.4HGz2.4GHz

带宽1~2Mb/s可达11Mb/s可达54Mb/s1Mb/s1~2Mb/s

距离100m100m功率增加可扩展5~10km10~100m100m

业务数据数据/图像语音/数据/图像语音/数据语音/数据

8、蓝牙技术的应用领域

象任何新技术一样，蓝牙必有适合它生长的需要和自身的优势之处，开发它的一些应用功能要比作其他事情需要更多的时间。

从目前的蓝牙产品来看，蓝牙主要应用在这几个方面：

蓝牙应用在手机上。

蓝牙应用在掌上电脑上。

蓝牙应用于其它数字设备，如数字照相机、数字摄象机等。

篮牙技术构成的电子钱包和电子锁。

篮牙系统嵌入微波炉、洗衣机、电冰箱、空调机等传统家用电器。

8．1、在手机上的应用

　　嵌入蓝牙技术的数字移动电话将可实现一机三用，真正实现个人通信的功能。

应用模式：

在办公室可作为内部的无线集团电话,回家后可当作无绳电话来使用，不必支付昂贵的移动电话的话费。

到室外或乘车的路上,仍作为移动电话与掌上电脑或个人数字助理PDA结合起来，并通过嵌入蓝牙技术的局域网接入点,随时随地都可以到因特网上冲浪浏览,那将使我们的数字化生活变得更加方便和快捷。

同时,借助嵌入蓝牙的头戴式话筒和耳机以及话音拨号技术，不用动手就可以接听或拨打移动电话。

8．2、在掌上电脑上的应用

　　掌上PC越来越普及，嵌入蓝牙芯片的掌上PC将提供想象不到的便利，蓝牙技术在掌上电脑上的应用模式如图2;通过掌上PC你不仅可以编写Email,而且可以立即发送出去,没有外线与PC连接,一切都由蓝牙设备来传送。

这样,在飞机上用掌上PC写Email,当飞机着陆后，你只须打开手机，所有信息可通过机场的蓝牙设备自动发送。

有了蓝芽技术,你的掌上PC能够与桌面系统保持同步。

即使是把PC放口袋中，桌面系统的任何变化都可以按预先设置好的更新原则，将变化传到掌上PC中。

回到家中,随身携带的PDA通过蓝牙芯片与家庭设备自动通信，可以为你自动打开门锁、开灯,并将室内的空调或暖气调到预定的温度等等。

进入旅馆可以自动登记，并将你房间的电子钥匙自动传送到你的PDA中，从而你可轻轻一按，就可打开你所定的房间。

8．3、其它数字设备上的应用

　　数字照相机、数字摄象机等设备装上Bluetooth系统，既可免去使用电线的不使，又可不受存储器容量的困忧，随时随地可将所摄图片或影象通过同样装备Bluetooth系统的手机或其它设备传回指定的计算饥中，蓝牙技术还可以应用于投影机产品，实现投影机的无线连接。

8．4、篮牙技术构成的电子钱包和电子锁

　　篮牙构成的无线电电子锁比其它非接触式电子锁或IC锁具有更高的安全性和适用性。

各种无线电遥控器（特别是汽车防盗和遥控）比红外线遥控器的功能更强大,在餐馆酒楼用膳时菜单的双向无线传输或招呼服务员提供指定的服务将更为方便等等。

　　在超市购物时，当你走向收银台时，蓝牙电子钱包会发出一个信号，证明您的信用卡或现金卡上有足够的余额。

因此,您不必掏出钱包便可自动为所购物品付款。

然后收银台会向您的电子钱包发回一个信号，更新您的现金卡余额。

利用这种无线电子钱包，可轻松地接入航空公司、饭店、剧场、零售商店和餐馆的网络，自动办理入住、点菜、购物和电子付帐。

8．5、篮牙技术在传统家电中的应用

　　蓝牙系统嵌入微波炉、洗衣机、电冰箱、空调机等传统家用电器，使之智能化并具有网络信息终端的功能，能够主动地发布、获取和处理信息，赋予传统电器以新的内涵。

其原理如下所示：

网络微被炉应该能够存储