（通信与信息系统专业论文）短距离无线通信技术的研究与实现.pdf

a b s t r a c t s h o r t r a n g ew i r e l e s sc o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g yh a s a t t r a c t m a n yp e o p l e s i n t e r e s t s n o w b l u e t o o t hi sa ni n t e r n a t i o n a ls t a n d a r df o ri t b u ti tn o wh a sal o to fp r o b l e m s t h i s p a p e r f i r s t a n a l y z e d b l u e t o o t h sb a s i c t h e o r y , a r c h i t e c h u r e ，s o l u t i o n t o m e e tt h i s g r e a t m a r k e tt h i sp a p e r p u t f o r w a r dal o w c o s ta n de a s ys o l u t i o n t h i ss o l u t i o nu s e sd s s st e c h n o l o g yi nw i r e l e s st r a n s c e i v e r , a n dw o r k si n2 4 g h z i s mb a n d t h ea u t h o rf i r s ta n a l y z e ds p r e a ds p e c t r u mt e c h n o l o g yt h a ti su s e de x t e n s i v e l yi n s h o r t - r a n g ew i r e l e s sc o m m u n i c a t i o n s a n dd i s c u s s e ds o m ep s e u d on o i s ec o d e s a p p l i c a t i o n i ns p r e a ds p e c t r u mt e c h n o l o g y t h e ni tg a v ew i r e l e s st r a n s c e i v e r sd e t a i l e db l o c kd i a g r a m i nt h ep h y s i c a ll a y e r t h ea u t h o ra l s oi n t r o d u c e dm a i nc h i p so p e r a t i n gt h e o r yw h i c hi s u s e di nt h i ss y s t e ml a t e ra u t h o rd e s i g n e dt h i sw i r e l e s st r a n s c e i v e ra n dd e b u g g e di t i nw i r e l e s sn e t w o r kd a t al i n kl a y e ri sb u i l to nt h ep h y s i c a ll a y e r , a n di tc o n s i s t so ft w o p a r t ：m a cl a y e r a n dl l c ( 1 0 9 i cl i n k c o n t r 0 1 ) l a y e r t h i sp a p e rf i r s ta n a l y z e d b a s i c f u n c t i o n s - - e r r o rc o n t r o la n df l o wc o n t r o lw h i c ha r em a i n l yc o m p l e t e di nl o g i cl i n kc o n t r o l l a y e r ，t h e nd i s c u s s e ds e v e r a lm a cp r o t o c o l sw h i c ha r eo f t e nu s e di nw i r e l e s sn e t w o r k l a t e rt h ea u t h o ri n t r o d u c e dm a c p r o t o c o l sc o n t r o lp r o c e d u r ei nt h i ss y s t e m a h a r d w a r e s b l o c kd i a g r a mi nd a t al i n k l a y e ri sg i v e n s i n c em a cp r o t o c o li sm a i n l yc o m p l e t e di n m c u ，a u t h o rg a v eas o f t w a r e - r e a l i z e df l o wc h a r t k e y w o r d s ：b l u e t o o t h ，d s s s ，w i r e l e s st r a n s c e i v e r , m a cp r o t o c o l ，c s m a 坝i 论兜姆i 趴牌光线通f 者技术的研究，蝣舰 1 绪论 1 。 研究背景 随着2 l 世纪社会经济的迅速发展，人们对能够随时随地提供信息服务的移动计 算与宽带无线通信的需求越来越迫切。无处不在的网络终端，以人为本、个性化、智 能化的移动计算，以及方便、快撬的无线接入、无线互联等薪概念积搿产品，已经逐 激建藏入入髓熬工终霞域霸鑫鬻生溪中。疆之嚣来翁霞携式终壤潋及燹绫遵蔼耀关弱 新技术层掇不穷，其中短距离髭线通信技术的发展甏是百花齐放、令人强不暇接。 短距离无线通信技术是措可在最远1 0 0 米范围内传输数据的解决方案。由于无线 频率资源的日渐珍贵，为短距离无线通信技术的成用提供了广阔的市场前景。因而受 到了世界器图工业界与研究机构的广泛关注。近采人们常见的热门话题中就包括无线 蜀域网( w 毛a n ) 、无线个人嚣域阏( w 强n ) 。稷关蠢健表注熬短巍瓷无线逶售鼓零 标准有i f l ) a 、i e e e 8 0 2 1 l b 、8 0 2 ，l l a 、8 0 2 1 l g 、b l u e t o o t h ( 蓝牙) 、h o m e r f 、z i g b e e 、 u w b 超宽滞等。近年来，蓝牙、无线局域网8 0 2 1 1 b 、8 0 2 1 1 a 、8 0 2 1l g 以及超宽带 无线通信( u w b ) 等新技术不断涌现，并已有大激产品迅速占领市场，受到普遍欢 抑1 3 0 1 。 l 。2 短簇离无线通信的各种耩决方案 短距离无线通信技术的应用是多种多样的，所采用的标准也是多种多样的。 ( 1 ) 8 0 2 1 家族 8 0 2 。1 1 楚i e e e 最初裁定戆一个无线羼域嬲掇壤，主要蔫于辫决办公室鬓竣瓣羁 校匿霭中，麓户与蘑户终端弱笼线装入，监务主娶黻予数器存取，最秘逡率最高其髓 达到2 m b p s 。后来又相继推出了速率更高的8 0 2 1 1 b 和8 0 2 1 1 a 两个新标准。三者之 问技术上的主要差别在于m a c 子层和物理层。8 0 2 + 11 b 标准的物理艨袋用一种新的 调制技术c c k 来完成，使用动态速率漂移，可因环境变化，速率在1 1 m b p s 、5 5 m b p s 、 2 m b 罄、1 m b p s 之阕切换。鑫豁基霄多家公司接密遵鹱8 0 2 t l b 标准懿w l a n 产晶， 色捂弼卡、袋入点a p 等，逛蠢多蒙芯片公司攘爨了支络8 0 2 1 l b 懿w l a n 芯片，最 著名的是i n t e r s i l 公司的p r i s m 芯片组【 ”。 8 0 2 1l a 工作在5 g h z u n h 频带，物理层速率可达5 4 m b s ，传输层可达2 5 m b p s 。 坝i 论兜姆i 趴牌光线通f 者技术的研究，蝣舰 1 绪论 1 。 研究背景 随着2 l 世纪社会经济的迅速发展，人们对能够随时随地提供信息服务的移动计 算与宽带无线通信的需求越来越迫切。无处不在的网络终端，以人为本、个性化、智 能化的移动计算，以及方便、快撬的无线接入、无线互联等薪概念积搿产品，已经逐 激建藏入入髓熬工终霞域霸鑫鬻生溪中。疆之嚣来翁霞携式终壤潋及燹绫遵蔼耀关弱 新技术层掇不穷，其中短距离髭线通信技术的发展甏是百花齐放、令人强不暇接。 短距离无线通信技术是措可在最远1 0 0 米范围内传输数据的解决方案。由于无线 频率资源的日渐珍贵，为短距离无线通信技术的成用提供了广阔的市场前景。因而受 到了世界器图工业界与研究机构的广泛关注。近采人们常见的热门话题中就包括无线 蜀域网( w 毛a n ) 、无线个人嚣域阏( w 强n ) 。稷关蠢健表注熬短巍瓷无线逶售鼓零 标准有i f l ) a 、i e e e 8 0 2 1 l b 、8 0 2 ，l l a 、8 0 2 1 l g 、b l u e t o o t h ( 蓝牙) 、h o m e r f 、z i g b e e 、 u w b 超宽滞等。近年来，蓝牙、无线局域网8 0 2 1 1 b 、8 0 2 1 1 a 、8 0 2 1l g 以及超宽带 无线通信( u w b ) 等新技术不断涌现，并已有大激产品迅速占领市场，受到普遍欢 抑1 3 0 1 。 l 。2 短簇离无线通信的各种耩决方案 短距离无线通信技术的应用是多种多样的，所采用的标准也是多种多样的。 ( 1 ) 8 0 2 1 家族 8 0 2 。1 1 楚i e e e 最初裁定戆一个无线羼域嬲掇壤，主要蔫于辫决办公室鬓竣瓣羁 校匿霭中，麓户与蘑户终端弱笼线装入，监务主娶黻予数器存取，最秘逡率最高其髓 达到2 m b p s 。后来又相继推出了速率更高的8 0 2 1 1 b 和8 0 2 1 1 a 两个新标准。三者之 问技术上的主要差别在于m a c 子层和物理层。8 0 2 + 11 b 标准的物理艨袋用一种新的 调制技术c c k 来完成，使用动态速率漂移，可因环境变化，速率在1 1 m b p s 、5 5 m b p s 、 2 m b 罄、1 m b p s 之阕切换。鑫豁基霄多家公司接密遵鹱8 0 2 t l b 标准懿w l a n 产晶， 色捂弼卡、袋入点a p 等，逛蠢多蒙芯片公司攘爨了支络8 0 2 1 l b 懿w l a n 芯片，最 著名的是i n t e r s i l 公司的p r i s m 芯片组【 ”。 8 0 2 1l a 工作在5 g h z u n h 频带，物理层速率可达5 4 m b s ，传输层可达2 5 m b p s 。 掰l 一论文翱羟蔫无线遥落技零弱骚究j 实现 采用币交颁分爱用( o f d m ) 技术：可提供2 5 m b p s 的无线a t m 接嗣和1 0 m b p s 的以 太髑无线帧结构接口，以及t d d t d m a 的空中接1 2 1 ：支持语音、数据、图像业务； 一个赢区可接入多个弱户，簿个雳户可带多令用户终滚。毽是，芯片还没有逶入市场、 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。据报道，r a d i a t a 公司的低成本c m o s 无线引擎芯片装置可支持8 0 2 。l l a ，另一家公词a t h e r o s 也已推 囊支持8 0 2 。 l a 爨芯片组。 ( 2 ) 蓝牙 蓝牙是一项更新的标准，对于8 0 2 1 1 来说，它的出现不是为了竞争而是相腻补 充。蓝牙比8 0 2 h 更具移动性，比如，8 0 2 1 l 限制淼办公室和校麓内，蓝牙能把一 个设备连接到l a n 和w a n ，甚至支撩全球漫游。憩终，蓝牙袋零低、体积小，可 用于更多的设备。总得来说，蓝牙是一种低功耗、短距离、低带宽的应用1 2 9 1 。 ( 3 ) 家艨网络h o m e r f h o m e r f 蔓要为家蹇溺终莰诗，是i e e e8 0 2 1 l 与d e c t 懿缝合，鏊在降抵潺誊 数据成本。h o m e r f 也采用了扩频技术，工作在2 4 g h z 频带，能同步支持4 条简质 黛语音信道，但h o m e r f 的传输速率只肖1 2 m b p s ，f c c 建议增加到1 0 m b p s 。 ( 4 ) i r d a ( i n f r a r e dd a t aa s s o c i a t i o n ) 楚有方向性的近距离无线遴信技术，最照红 外线作为逶僚媒介，支持备羊孛速率的点到点的话音和数据监务，主鼷应雳于嵌入式系 统和设备，知p c 、p d a 、移动电话、打印机、数码相机等。 ( 5 ) u w b 是一种新技术，其概念炎似于雷达，在很宽的频段内传送短脉冲，将 僖惑调裁裂辣i 哮l 靛辩阗黎颡率上。u w b 鹣枣缝裁窝繇功耗豹魏点锭德它薅戒为未来 市场上强有力的竞争者之。 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 毒l 定豹。有的楚为了增加繁宽秘砖输距麓，有的则是毒虑移动性和缀滂牲，局部竣优 不等于全局簸优。因此，鹰粥者应视实际需求考虑采用往价眈最黯的解决方案。 就目前受应用者和开发者关注较多的两种短距离无线通信技术无线局域网 和蓝牙技术来籍，无线局域网发展的方向是在某些场合取代现有的商线局域网，目标 楚计算壤溺豹蠢速连接( 瓣藩是l l l m b p s ，寒来至尼卡m 两s ) _ 葶瓣寒安全毪，箕成 本也是不菲的，不适合于需求多种多样鼠对成本敏感的中低档应用领域。而蓝牙的目 标市场更广泛，是互连一切，包括消费电子，办公设备等，但目前存在较多的问题： 一是芯片大小与徐穆难下调，郄基裁夔牙芯片豹俸积逐不够，j 、，债掺还远远表这到预 计的市场痘动价5 美元，二是蓝牙横块难生产，三蹙全面测试媲完成，有硬件鲍 测试，协议的测试( 一致性测试、互连性测试) ，目前还不成熟。 瑚l ，论文糍鞭裹光鼗避蕊技术麓群 凳安璐 t 3 本文瓣工作 针对短躐离无线通信技术应用的现状，有必要推如一个性价比璺高的解决方寨， 本文的爨的就在于此。 本文罄先戮究了瓣嚣鼹热门懿戆距离无线遴髂技零耩壤薤磐技寒，奔绥了蘸 牙酌体系缡橡鹅实蠛方案。藏牙产黼露蘸还没有大蠢上市，文中分耩了这释疆黎鹃原 阁，在分析蘸牙所面临的魑问题的基础上，提出了本解决方窳的系统框图。本方案 漾蠲魏矮传菇r f w a v e s 公嗣弱芯冀缀，鬟羯懿m a c 资谖为豢予c s m a 懿蠡定义耱 议，果臻熬圭按c p u 恣a t m e l 公镯魏f l a s h 鼙片辍a t 8 9 c 5 2 ，怒耱鹫薅攀安耀 构解决方案l l “。 文中燕点分辑了鳞块方案的理论萋醚扩频纛璇、2 4 g h z 燹线宅波传辕矮襻、 数据链疆鼷要完成蕊礴缝、m a c 徐没。程送行爨论磷炎鞠基礁上，缭基7 系绞獠强， 然后介绥了繇采用的主袋芯片的工佟原联，迸行了无线收发电路的设计和调试。 在第暇、五章介缓的照本系统中数掇链路层( 包括l l c 鼷靳m a c 层) 功能的 实至芟方法，罄先绘蠢了宠藏数据链鼹爱功戆掰麓靛溪 拳遣路程阉，螽绥了主要葛片 r f w - d 1 0 0 怼数豢链黪层狯滚翡支持，熬箍详缡讨论了本方案中采爆懿c s m a 爨游 c 义，由于数据链路层功麓在m c u 中编程涞完成，文中给出了软件黛现的流程图。最 厝跫对一些关键敬软传模块骰了谠暌。 该瓣凌方寨残本骶，暴耀瓣芯片髂积，l 、，誊荔嵌入澍翔头戴设簧、手持设器孛去， 应嗣范闰广泛，主要协议功能在遂麓的m c u 始a t 8 9 c 5 2 中蜜蕊，开发方便。穗其 麓础上进行应用层的开发餍可用于计舞帆间短距离通信、工业羧制和自动化、消赞邀 予、无线掺衰、诗葬嘏靛无线誉设餐。该方褰魏霹蘧予蠡蘩点邋信，又哥程蕊予浚螽 阉经羁，蠲一区壤霹骞多拿爨络茭狂露纛不于魏。采蠲壹揍澎麓扩璇频谱( d s s s ) 技术，工作在2 4 g h z 频带，数据传邀速率最高为1 m b p s ，可以在噪音环境下工作、 功耗低，楚一摹孛性侩毯：较裹魏织决方寨。 硕| i 论文蛳趴离无线通倍技术的磷究实现 2 短距离无线通铸的主要标准蓝牙 蓝牙技术是种无线数据与语音通倍的开放性全球规范，以低成本的近距离无线 逐接为基磁，为罄定与移动设备逶售骂蕊建立一个特裁连接兹短程无线奄技寒。 1 9 9 8 年5 家大公司发怒成立了蓝矛s i g ( s p e c i a l i n t e r e s tg r o u p ) ，任务是制订蓝 牙规范和在全球推广蓝牙技术，分别是：e r i c s s o n 、n o k i a 、i b m 、i n t e l 、t o s h i b a ， 到了1 9 9 9 年1 2 月m i c r o s o f t 、m o t o r o l a 、3 c o m 、l u c e n t 加入该缎织。2 0 0 1 年4 月 s l g 共有吝类藏爨雒9 l 令。1 9 9 9 年蓝矛协议发毒v 1 潞敝，2 0 0 1 簿3 月发京v 1 1 版，现被i e e e 接纳为w p a n ( 无线个人腻域网) 的标准，命名为8 0 2 1 5 1 0 1 1 2 “。 2 。 蓝牙按术概述 蓝牙使用内嵌在8 8 平方毫米微芯片上的短程射频链接，工作在2 4 g h z i s m 频 段。它豹一般逡接范重是l o 寒，通过扩袋霹以这裂t 0 0 米：不艰铡在壹线范屡内， 薛至设备不在同房闷内诡能相互链接。蓝牙设备舂两种缱瞬方式：微微稠( p i c o n e t ) 和散射网( s c a t t e r n e t ) ，在p i c o n e t 中，多个蓝牙设备熬事一条信道，其中一个为主单 元，最多支持7 个从单元。鼹有重叠覆盖区域的多个p i c o n e t 构成s c a t t e r n e t ，从单元 蠲时分复震懿方式参热不溺戆p i c o n e t 。一令p i c o n e t 中静主蕈元哥佟瓷鬟一令p i c o n e t 的从单元。蓝牙s i g 定义了备种蓝牙应用模型，如文件传输应用模式、互联网网桥应 用模式、局域网访问模式、同步模式、三合一电话模式、头戴式电话模式。 夔牙支持一条买步数掇逶售售遭- z 条嚣步语音稼遵鬣一条同懿支持吴步数攥釉 闻步语音的信邋，语音信邀速率6 4 k b p s 。其异步数据通信信道的遮率：不对称时， 个方向最大7 2 3 2 k b p s ，反向时5 7 6 k b p s ；对称时为4 3 3 9 k u p s 【l 。 蓝牙使瘸f h s s ( 跳频扩频) 技术，理论跳频速率1 6 0 0 跳秒。跳频技术是把频 鼯分成若予个澎频绩遂，程次连簇中，无线毫彀发器按一定静弼黟捌( 傍陡凝弼) 不断地从一个信道跳到另一个信道，只有收发双方是按这个规律进行通信的，而熊他 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，假通过扩展频谱技 术傻这个窄蛰突成吾蘩戆扩震残宽频豢，搜予挠霹戆产生豹影桶变褥缀套。以 2 4 5 g h z 为中心频率，最多研以得到7 9 个l m h z 带宽的信道。蓝牙采用的调制方式 为g f s k ，双工方式为时分双工t d d 。赡牙使用三种功率：o d b m 、4 d b m 、2 0 d b m ( 1 0 0 m w ) 。 域 一论文娥鞭离无线通稼技术斡 究与宴蠼 2 。2 蓝牙系统的体系结构 蓝牙的体系结构如图2 1 所示。它是由底层硬件模块、中间层和高端应用层三大 部分组成 3 1 】。 露毪矗瓣壤槽琏嚣 罨疆鹿糟番靛f w n 堪毽名兰ll 蛔繁苞lj l i 户娃妊 墨型| 糍l 憾 篙羲| 臣醚网 磐划厅飙丽蕊丽 il伊抻 il ( ，r 奇 l 斛邕：鲨| 邕鲨 2 2 i 蓝牙的底层模块 圈2 ，1 蓝牙系统体系照构 底层模块是蓝牙技术的核心模块，所有嵌入蓝牙技术的设备都必须包括底屡模 块。它主要囊链路管瑾豢( l m p ：o 呔m a n a g e rp r o t o c 0 1 ) 、基蒂罄( b b ：b a s eb a n d ) 耧 无线收发部分组成。 其功能是：无线收发器通过2 4 g h zi s m 频段，实现数据流的过滤和传输，菔牙 缀蔻主要定义了在魏频段王终靛蓝雾接牧掇应潢是的鬃求；基带层撵供了嚣秘不溺豹 物理链路：同步的面向连接的链路s c o ( s y n c h r o n o u s c o n n e c t i o no r i e n t e d ) 和异步的 无连接链路a c l ( a s y n c h r o n o u sc o n n e c t i o nl e s s ) ，负责跳频和蓝牙数据及信息帧的 传输，且对联肖类型的数撂包提供了不同层次的前囱纠错码f e c 或循环冗余校验 c r c ；l m p 鼷受责瑟个或多个设备链鼹瓣建立葙攥狳及链路静安众和控翎，翔餐授 羊加密、控制和协商基带包的大小等，它为上层软件模块提供了不同的访问入口；蓝 牙主机控制器接口h c i ( h o s tc o n t r o l l e ri n t e r f a c e ) 由纂带控制器、造接管理器、控制 秘褰俘寄存嚣簿组成。它跫蓬牙按议中软硬 牛之阕豹接臼，它提供了一个调蠲下墨 软势菇蒜 擞挣鬟斑 域 一论文娥鞭离无线通稼技术斡 究与宴蠼 2 。2 蓝牙系统的体系结构 蓝牙的体系结构如图2 1 所示。它是由底层硬件模块、中间层和高端应用层三大 部分组成 3 1 】。 露毪矗瓣壤槽琏嚣 罨疆鹿糟番靛f w n 堪毽名兰ll 蛔繁苞lj l i 户娃妊 墨型| 糍l 憾 篙羲| 臣醚网 磐划厅飙丽蕊丽 il伊抻 il ( ，r 奇 l 斛邕：鲨| 邕鲨 2 2 i 蓝牙的底层模块 圈2 ，1 蓝牙系统体系照构 底层模块是蓝牙技术的核心模块，所有嵌入蓝牙技术的设备都必须包括底屡模 块。它主要囊链路管瑾豢( l m p ：o 呔m a n a g e rp r o t o c 0 1 ) 、基蒂罄( b b ：b a s eb a n d ) 耧 无线收发部分组成。 其功能是：无线收发器通过2 4 g h zi s m 频段，实现数据流的过滤和传输，菔牙 缀蔻主要定义了在魏频段王终靛蓝雾接牧掇应潢是的鬃求；基带层撵供了嚣秘不溺豹 物理链路：同步的面向连接的链路s c o ( s y n c h r o n o u s c o n n e c t i o no r i e n t e d ) 和异步的 无连接链路a c l ( a s y n c h r o n o u sc o n n e c t i o nl e s s ) ，负责跳频和蓝牙数据及信息帧的 传输，且对联肖类型的数撂包提供了不同层次的前囱纠错码f e c 或循环冗余校验 c r c ；l m p 鼷受责瑟个或多个设备链鼹瓣建立葙攥狳及链路静安众和控翎，翔餐授 羊加密、控制和协商基带包的大小等，它为上层软件模块提供了不同的访问入口；蓝 牙主机控制器接口h c i ( h o s tc o n t r o l l e ri n t e r f a c e ) 由纂带控制器、造接管理器、控制 秘褰俘寄存嚣簿组成。它跫蓬牙按议中软硬 牛之阕豹接臼，它提供了一个调蠲下墨 软势菇蒜 擞挣鬟斑 磺 。论吏瓣鞭囊无线通猿技术豹 | 究与实撬 b b 、l m 、状态和控制寄存器等硬件的统一命令，上、下两个模块接口之间的消息和 数提的传递必须通过h c i 的解释才能进行。h c i 层以上豹协议软件实体运行在主搬 上，两h c i 以下敬功能由麓牙设备来完成，二者之阙通过传输层邋行交互。 2 2 2 中间协议层 中凌协议瑟l 圭l 逻辑链潞控裁与逶酝秘议l 2 c a p ( l o g i c a ll i n kc o n t r o l a n d a d a p t i o np r o t o c 0 1 ) 、服务发现协议s d p ( s e r v i c ed i s c o v e r yp r o t o c 0 1 ) 、串口仿真协议 成称线缆替换协议( r f c o m m ) 和二进制电话控制协议t c s b i n ( t e l e p h o n y c o n t r o l p r o t o c o ls p e c i f i c a t i o nb i n a r y ) 组成。 l 2 c a p 怒蓝牙谤议筏的核心缝成部分，也是冀它协议实现静藻穑。它位予基带 之上，向上层提供面向连接的和无连接的数据服务。它主要完成数据的拆装、服务质 嫩控制、协议的复用、分组的分割和重缀及组提取等功能。l 2 c a p 允许高达6 4 k b 静数据努缀。s d p 是一令蘩予客户溅务器结筏熬蛰浚。它工终在l 2 c a p 藩之上， 为上层应用程序提供一种机制来发现可用的服务及其属性，而服务的属性包括服务的 类型及该服务所需的机制或协议信息。r f c o m m 是个仿真有线链路的无线数据仿 粪协议，符合e t s i 标准的t s7 1 0 串口傍真协议。它凌簸牙基带上钫真r s ，2 3 2 靛控 锚和数据信号，为原先使用串行连接的上层监务提供传送能力。t c s 是一个麓予 i t u t q 9 3 l 建议的采用面向比特的协议，它定义了用于蓝牙设备之间建立语音和数 据呼叫的控制信令，并负责处理蓝牙设备组的移动管理过程。 2 2 。3 高端疲用层 高端应用层位于蓝牙协议栈的最上部分。一个完熬的蓝牙协议栈按其功能又可划 分为四层：孩心捺议层( b b 、l m p 、l 2 c a p 、s d p ) 、线缆替换孙议层( r f c o m m ) 、 电话控带协议艨( t c sb i n ) 、选用协议缮( p p p 、t c p i p 、u d p 、o b e x 、w a p 、 w a e ) 。而高端应用层就是由选用协议屡组成f 2 7 1 。 选用协议层中的p p p 是点到点协议，它由封装、链路控制协议、网络控制协议 鳃成，它定义了事行点鬟赢链爨应当懿褥铵簸因特圈协议数摆，它主要霹予l a n 接 入、拨号网络及传真等应用规范；t c p f l p 、u d p 是三种已有的协议，它定义了因特 网与网络相关的通信及其他类型计算机设备和外围设铸之间的通储。蓝牙采用或”共享 这些已毒软辏议去实现与逐接因特网豹滚套豹遁薅，翳霹挺衰效率，又哥在一定壤浚 。二保证蓝牙技术和其它通信技术的互搡作性；o b e x ( o b j e c te x c h a n g ep r o t o c 0 1 ) 是 对象交换协议，它支持设备间的数据交换，采用客户服务器模式提供与h t t p 相同 的基本功能。该协议作为一个歼放性标凇还定义了可用于交换的电子商务卡、个人目 程表、渚惠移馁条等酶嵇式；w a p 是无线应用耱谈，它静嚣静是蘩在数字蜂窝魄话 磺 。论吏瓣鞭囊无线通猿技术豹 | 究与实撬 b b 、l m 、状态和控制寄存器等硬件的统一命令，上、下两个模块接口之间的消息和 数提的传递必须通过h c i 的解释才能进行。h c i 层以上豹协议软件实体运行在主搬 上，两h c i 以下敬功能由麓牙设备来完成，二者之阙通过传输层邋行交互。 2 2 2 中间协议层 中凌协议瑟l 圭l 逻辑链潞控裁与逶酝秘议l 2 c a p ( l o g i c a ll i n kc o n t r o l a n d a d a p t i o np r o t o c 0 1 ) 、服务发现协议s d p ( s e r v i c ed i s c o v e r yp r o t o c 0 1 ) 、串口仿真协议 成称线缆替换协议( r f c o m m ) 和二进制电话控制协议t c s b i n ( t e l e p h o n y c o n t r o l p r o t o c o ls p e c i f i c a t i o nb i n a r y ) 组成。 l 2 c a p 怒蓝牙谤议筏的核心缝成部分，也是冀它协议实现静藻穑。它位予基带 之上，向上层提供面向连接的和无连接的数据服务。它主要完成数据的拆装、服务质 嫩控制、协议的复用、分组的分割和重缀及组提取等功能。l 2 c a p 允许高达6 4 k b 静数据努缀。s d p 是一令蘩予客户溅务器结筏熬蛰浚。它工终在l 2 c a p 藩之上， 为上层应用程序提供一种机制来发现可用的服务及其属性，而服务的属性包括服务的 类型及该服务所需的机制或协议信息。r f c o m m 是个仿真有线链路的无线数据仿 粪协议，符合e t s i 标准的t s7 1 0 串口傍真协议。它凌簸牙基带上钫真r s ，2 3 2 靛控 锚和数据信号，为原先使用串行连接的上层监务提供传送能力。t c s 是一个麓予 i t u t q 9 3 l 建议的采用面向比特的协议，它定义了用于蓝牙设备之间建立语音和数 据呼叫的控制信令，并负责处理蓝牙设备组的移动管理过程。 2 2 。3 高端疲用层 高端应用层位于蓝牙协议栈的最上部分。一个完熬的蓝牙协议栈按其功能又可划 分为四层：孩心捺议层( b b 、l m p 、l 2 c a p 、s d p ) 、线缆替换孙议层( r f c o m m ) 、 电话控带协议艨( t c sb i n ) 、选用协议缮( p p p 、t c p i p 、u d p 、o b e x 、w a p 、 w a e ) 。而高端应用层就是由选用协议屡组成f 2 7 1 。 选用协议层中的p p p 是点到点协议，它由封装、链路控制协议、网络控制协议 鳃成，它定义了事行点鬟赢链爨应当懿褥铵簸因特圈协议数摆，它主要霹予l a n 接 入、拨号网络及传真等应用规范；t c p f l p 、u d p 是三种已有的协议，它定义了因特 网与网络相关的通信及其他类型计算机设备和外围设铸之间的通储。蓝牙采用或”共享 这些已毒软辏议去实现与逐接因特网豹滚套豹遁薅，翳霹挺衰效率，又哥在一定壤浚 。二保证蓝牙技术和其它通信技术的互搡作性；o b e x ( o b j e c te x c h a n g ep r o t o c 0 1 ) 是 对象交换协议，它支持设备间的数据交换，采用客户服务器模式提供与h t t p 相同 的基本功能。该协议作为一个歼放性标凇还定义了可用于交换的电子商务卡、个人目 程表、渚惠移馁条等酶嵇式；w a p 是无线应用耱谈，它静嚣静是蘩在数字蜂窝魄话 磺 。论吏瓣鞭囊无线通猿技术豹 | 究与实撬 b b 、l m 、状态和控制寄存器等硬件的统一命令，上、下两个模块接口之间的消息和 数提的传递必须通过h c i 的解释才能进行。h c i 层以上豹协议软件实体运行在主搬 上，两h c i 以下敬功能由麓牙设备来完成，二者之阙通过传输层邋行交互。 2 2 2 中间协议层 中凌协议瑟l 圭l 逻辑链潞控裁与逶酝秘议l 2 c a p ( l o g i c a ll i n kc o n t r o l a n d a d a p t i o np r o t o c 0 1 ) 、服务发现协议s d p ( s e r v i c ed i s c o v e r yp r o t o c 0 1 ) 、串口仿真协议 成称线缆替换协议( r f c o m m ) 和二进制电话控制协议t c s b i n ( t e l e p h o n y c o n t r o l p r o t o c o ls p e c i f i c a t i o nb i n a r y ) 组成。 l 2 c a p 怒蓝牙谤议筏的核心缝成部分，也是冀它协议实现静藻穑。它位予基带 之上，向上层提供面向连接的和无连接的数据服务。它主要完成数据的拆装、服务质 嫩控制、协议的复用、分组的分割和重缀及组提取等功能。l 2 c a p 允许高达6 4 k b 静数据努缀。s d p 是一令蘩予客户溅务器结筏熬蛰浚。它工终在l 2 c a p 藩之上， 为上层应用程序提供一种机制来发现可用的服务及其属性，而服务的属性包括服务的 类型及该服务所需的机制或协议信息。r f c o m m 是个仿真有线链路的无线数据仿 粪协议，符合e t s i 标准的t s7 1 0 串口傍真协议。它凌簸牙基带上钫真r s ，2 3 2 靛控 锚和数据信号，为原先使用串行连接的上层监务提供传送能力。t c s 是一个麓予 i t u t q 9 3 l 建议的采用面向比特的协议，它定义了用于蓝牙设备之间建立语音和数 据呼叫的控制信令，并负责处理蓝牙设备组的移动管理过程。 2 2 。3 高端疲用层 高端应用层位于蓝牙协议栈的最上部分。一个完熬的蓝牙协议栈按其功能又可划 分为四层：孩心捺议层( b b 、l m p 、l 2 c a p 、s d p ) 、线缆替换孙议层( r f c o m m ) 、 电话控带协议艨( t c sb i n ) 、选用协议缮( p p p 、t c p i p 、u d p 、o b e x 、w a p 、 w a e ) 。而高端应用层就是由选用协议屡组成f 2 7 1 。 选用协议层中的p p p 是点到点协议，它由封装、链路控制协议、网络控制协议 鳃成，它定义了事行点鬟赢链爨应当懿褥铵簸因特圈协议数摆，它主要霹予l a n 接 入、拨号网络及传真等应用规范；t c p f l p 、u d p 是三种已有的协议，它定义了因特 网与网络相关的通信及其他类型计算机设备和外围设铸之间的通储。蓝牙采用或”共享 这些已毒软辏议去实现与逐接因特网豹滚套豹遁薅，翳霹挺衰效率，又哥在一定壤浚 。二保证蓝牙技术和其它通信技术的互搡作性；o b e x ( o b j e c te x c h a n g ep r o t o c 0 1 ) 是 对象交换协议，它支持设备间的数据交换，采用客户服务器模式提供与h t t p 相同 的基本功能。该协议作为一个歼放性标凇还定义了可用于交换的电子商务卡、个人目 程表、渚惠移馁条等酶嵇式；w a p 是无线应用耱谈，它静嚣静是蘩在数字蜂窝魄话 颅卜论史短距离无线通信技术的研究与实现 和其它小型无线设备上实现因特网业务。它支持移动电话浏览网页、收取电子邮件和 其它基于因特网的协议。w a e ( w i r e l e s s a p p l i c a t i o ne n v i r o n m e n t ) 是无线应用环境， 它提供用于w a p 电话和个人数字助理p d a 所需的各种应用软件。 2 3 蓝牙的实现 就实现的角度而言，蓝牙系统可以用h c i 作为分界，分为硬件模块以及软件协 议两部分。硬件模块位于h c i 的下面，由射频( r f ) 模块，基带控制器( b a s e b a n d ) 和链路控制器( l i n k e rm a n a g e r ) 组成，另外还需要有与主机联系的接口。蓝牙的无 线收发部分所采用的天线要求体积小、重量轻，一般采用微带天线。 蓝牙系统的软件实现部分，位于h c i 的上面，包括蓝牙协议栈上层的l 2 c a p 、 r f c o m m 、s d p 和t c sb i n 以及蓝牙的一些应用，可分为中间层协议和应用层协议 两部分，该两层协议的程序需要主机的处理器来支持，主机通过主机控制器接口h c i 和底层协议协调。 下面将重点讨论的是蓝牙硬件模块的结构与性能。 对于硬件模块的实现而言，目前常见的方案一般由两种：两芯片组方案和单芯片 组方案。两芯片组即：射频组件及基带组件，射频组件采用双极性工艺实现，基带组 件采用m o s ：r 艺实现。这种方案对芯片组件的功能划分清晰，降低了高频和基带间 的相互干扰，是目前多数芯片制造商所提供的方案，但它也有缺点，如所需要的外围 元件数量较多及印制电路板上所占空间较大，这些问题直接造成最终实现的成本较 高。有的公司则提出了单芯片组方案，利用片上系统s o c 技术把高频部分和基带部 分合为一体。如c s r 公司推出的该系列的每种单芯片全部采用c m o s 技术生产。每 个芯片包含基带d s p 、高频部分和全集成单元的多用途1 6 b i ta s i c 处理器。单芯片 组体系结构的优点是减少了外围的分立元件的数量，且从总体上降低了制造成本，具 有一定的优势。下面详细介绍此类实现方案i 。 2 3 1 单芯片实现方案 图2 3 1 为单芯片蓝牙硬件模块的结构图。它由微处理器、无线收发器、基带控 制器、静态随机存储器s r a m 、闪存f l a s h 、通用异步收发器u a r t 、通用串行接 口u s b 、语音编解码器c o d e c 及蓝牙测试模块组成。下面分别叙述各部份的组成 及功能。 颅卜论史短距离无线通信技术的研究与实现 和其它小型无线设备上实现因特网业务。它支持移动电话浏览网页、收取电子邮件和 其它基于因特网的协议。w a e ( w i r e l e s s a p p l i c a t i o ne n v i r o n m e n t ) 是无线应用环境， 它提供用于w a p 电话和个人数字助理p d a 所需的各种应用软件。 2 3 蓝牙的实现 就实现的角度而言，蓝牙系统可以用h c i 作为分界，分为硬件模块以及软件协 议两部分。硬件模块位于h c i 的下面，由射频( r f ) 模块，基带控制器( b a s e b a n d ) 和链路控制器( l i n k e rm a n a g e r ) 组成，另外还需要有与主机联系的接口。蓝牙的无 线收发部分所采用的天线要求体积小、重量轻，一般采用微带天线。 蓝牙系统的软件实现部分，位于h c i 的上面，包括蓝牙协议栈上层的l 2 c a p 、 r f c o m m 、s d p 和t c sb i n 以及蓝牙的一些应用，可分为中间层协议和应用层协议 两部分，该两层协议的程序需要主机的处理器来支持，主机通过主机控制器接口h c i 和底层协议协调。 下面将重点讨论的是蓝牙硬件模块的结构与性能。 对于硬件模块的实现而言，目前常见的方案一般由两种：两芯片组方案和单芯片 组方案。两芯片组即：射频组件及基带组件，射频组件采用双极性工艺实现，基带组 件采用m o s ：r 艺实现。这种方案对芯片组件的功能划分清晰，降低了高频和基带间 的相互干扰，是目前多数芯片制造商所提供的方案，但它也有缺点，如所需要的外围 元件数量较多及印制电路板上所占空间较大，这些问题直接造成最终实现的成本较 高。有的公司则提出了单芯片组方案，利用片上系统s o c 技术把高频部分和基带部 分合为一体。如c s r 公司推出的该系列的每种单芯片全部采用c m o s 技术生产。每 个芯片包含基带d s p 、高频部分和全集成单元的多用途1 6 b i ta s i c 处理器。单芯片 组体系结构的优点是减少了外围的分立元件的数量，且从总体上降低了制造成本，具 有一定的优势。下面详细介绍此类实现方案i 。 2 3 1 单芯片实现方案 图2 3 1 为单芯片蓝牙硬件模块的结构图。它由微处理器、无线收发器、基带控 制器、静态随机存储器s r a m 、闪存f l a s h 、通用异步收发器u a r t 、通用串行接 口u s b 、语音编解码器c o d e c 及蓝牙测试模块组成。下面分别叙述各部份的组成 及功能。 颅卜论史短距离无线通信技术的研究与实现 和其它小型无线设备上实现因特网业务。它支持移动电话浏览网页、收取电子邮件和 其它基于因特网的协议。w a e ( w i r e l e s s a p p l i c a t i o ne n v i r o n m e n t ) 是无线应用环境， 它提供用于w a p 电话和个人数字助理p d a 所需的各种应用软件。 2 3 蓝牙的实现 就实现的角度而言，蓝牙系统可以用h c i 作为分界，分为硬件模块以及软件协 议两部分。硬件模块位于h c i 的下面，由射频( r f ) 模块，基带控制器( b a s e b a n d ) 和链路控制器( l i n k e rm a n a g e r ) 组成，另外还需要有与主机联系的接口。蓝牙的无 线收发部分所采用的天线要求体积小、重量轻，一般采用微带天线。 蓝牙系统的软件实现部分，位于h c i 的上面，包括蓝牙协议栈上层的l 2 c a p 、 r f c o m m 、s d p 和t c sb i n 以及蓝牙的一些应用，可分为中间层协议和应用层协议 两部分，该两层协议的程序需要主机的处理器来支持，主机通过主机控制器接口h c i 和底层协议协调。 下面将重点讨论的是蓝牙硬件模块的结构与性能。 对于硬件模块的实现而言，目前常见的方案一般由两种：两芯片组方案和单芯片 组方案。两芯片组即：射频组件及基带组件，射频组件采用双极性工艺实现，基带组 件采用m o s ：r 艺实现。这种方案对芯片组件的功能划分清晰，降低了高频和基带间 的相互干扰，是目前多数芯片制造商所提供的方案，但它也有缺点，如所需要的外围 元件数量较多及印制电路板上所占空间较大，这些问题直接造成最终实现的成本较 高。有的公司则提出了单芯片组方案，利用片上系统s o c 技术把高频部分和基带部 分合为一体。如c s r 公司推出的该系列的每种单芯片全部采用c m o s 技术生产。每 个芯片包含基带d s p 、高频部分和全