蓝牙技术——无线微局域网的实现

本科毕业设计（论文）毕业设计说明书蓝牙技术无线微局域网的实现作 者 :学 号：学院 (系 ):专 业 :指导教师： 评 阅 人： 20*年 6 月本科毕业设计（论文）毕业设计（论文）任务书学 院 、 系 ：专 业 ：学 生 姓 名：学 号：设计 (论文 )题目 ： 蓝牙技术无线微局域网的实现起 迄 日 期 : 20*年 2 月 15 日20*年 6 月 21 日设计 (论文 )地点 :指 导 教 师 :系 主 任 :发任务书日期:20*年 2 月 15 日本科毕业设计（论文）毕 业 设 计（论 文）任 务 书1毕业设计（论文）课题的任务和要求：1、学习了解蓝牙技术通信基本原理；2、学习了解无线局域网的构成原理；3、查阅有关蓝牙技术、无线局域网发展状况；4、查阅 10 篇以上文献，其中至少 1 篇外文资料；2毕业设计（论文）课题的具体工作内容（包括原始数据、技术要求、工作要求等）：1、查阅相关中英文资料；2、翻译 1 篇英文资料；3、对所查阅的资料进行整理汇总；4、基本实现利用蓝牙技术组建无线局域网。本科毕业设计（论文）毕 业 设 计（论 文）任 务 书3对毕业设计（论文）课题成果的要求包括毕业设计(论文) 、图纸、实物样品等)：1、毕业论文一份；2、英文文献 1 份，相应的中文译文 1 份。4毕业设计（论文）课题工作进度计划：起 迄 日 期 工 作 内 容2006 年2 月 15 日 3 月 31 日4 月 1 日 5 月 31 日6 月 1 日 6 月 15 日6 月 15 日 6 月 21 日系统学习，查阅资料，作开题报告；英文资料翻译；撰写毕业论文；论文答辩。学生所在系审查意见：系主任： 年 月 日本科毕业设计（论文）摘 要蓝牙技术作为一个全球统一的无线通信标准，其目的在于建立通用的低功耗、低成本无线电空中接口及其控制软件的公开标准，使通信和计算机进一步结合，使不同厂家生产的便携式设备在没有电线或电缆互相连接的情况下，能在近距离范围内具有互用、相互操作的性能。蓝牙的功能非常强大，一台机器要是有了它，就可以通过蓝牙和另外一个带有蓝牙模块的机器实现信息共享。在我们每天的学校生活中，网络对我们来说是不可缺少的，几乎每一个人都要在宿舍里上网、查资料、玩游戏。但是，我们面对的一个大问题就是宿舍之间的组网问题。一个宿舍内部组网我们可以直接用网线连接，密密麻麻的网线虽然不好看但还说得过去。但要是一个班的三个或四个宿舍要是想组建一个局域网，要是直接用网线连接就有些显得不太合理了。所以我就想通过这篇论文，在介绍了蓝牙的基本信息以后，给出一种蓝牙组建无限局域网的方法和过程。通过它，我们可以很方便的和隔壁宿舍组建一个无线局域网。关键词：蓝牙；局域网；无线接入本科毕业设计（论文）Blue tooth technologythe realization of wireless local networkAbstract：As a telecommunication protocol, Bluetooth wireless technology ensures communication compatibility worldwide. It provides an open-standard of wireless interface and control software with a low-cost, low-power consumption solution. With industry-wide support, Bluetooth wireless technology free you from wired connections-enabling links between mobile computers, mobile phones, portable handheld devices, and connectivity to the Internet.The function of the blue tooth is very strong, one machine if have it, can use the blue tooth carry out information and share with another machine that have the blue tooth .In our school life of everyday, the network is indispensable to us, almost each persons have to get to the Internet, check data or play games.But, we have a great problem in setting net problem and the dormitory. If in a dormitory we can use the net line conjunction directly, closely of the net line isnt good-looking and still make sense. But if a three or four dormitories of a class want to sets up area net in a bureau, if use the net line conjunction directly is not reasonable. So I want to use this sis, introducing the basic information of the blue tooth hereafter, give a kind of blue tooth method and process that sets up area net in infinite bureau. According it, we can be very convenient in setting up a wireless bureau area net with the next door dormitory.Keywords: bluetooth; LAN; wireless connected本科毕业设计（论文）目 录1 绪论 .11.1 无线网络的发展 .11.2 蓝牙技术的起源与发展 .21.3 蓝牙将来的应用 .41.4 研究的目的及意义 .41.5 本课题研究的主要任务 .52 蓝牙与局域网技术概述 .52.1 蓝牙技术简介 .52.2 蓝牙技术体系结构 .62.2.1 蓝牙底层模块 .62.2.2 中间协议层 .202.2.3 高端应用层 .232.3 蓝牙应用模型 .232.3.1 蓝牙通用应用模型 .242.3.2 蓝牙其它应用模型 .242.4 局域网技术简介 .252.4.1 802 项目 .252.4.2 以太网 .273 局域网概述 .283.1 局域网的基本特征 .283.2 局域网的技术特点 .293.2.1 局域网的拓扑结构 .293.2.2 局域网的传输介质 .323.2.3 局域网的标准 .333.3 无线局域网 .343.3.1 无线局域网的三种选择 .343.3.2 蓝牙与 802.11 组网的利弊 .34本科毕业设计（论文）3.3.3 蓝牙组网方案 .353.3.4 蓝牙组网实例 .364 无线微局域网的组建 .364.1 组建局域网的软硬件设备 .364.1.1 蓝牙适配器 .364.1.2 蓝牙适配器安装 .384.2 应用蓝牙适配器组网步骤 .404.2.1 开始安装 .404.2.2 文件传输 .414.2.3 共享上网 .42总结： .47参考文献 .48致 谢 .49本科毕业设计（论文）1 绪论无线数据通信正在蓬勃发展，从蜂窝移动、无线局域网到蓝牙技术，大有君临天下之气势。1998年之前，无线局域网设备价格比较昂贵，而且在频率等方面受到国家的管制，因此，无线局域网只是作为固定网络的一种延伸技术应用于一些特殊行业，如军事、警察、医疗等。随着技术的发展，特别是IEEE802.11b, HiperLAN, HomeRF等标准的出台，芯片的价格迅速下降，频率资源包括2.4GHz和5GHz的开放对无线局域网起了极大的推进作用。作为一项正在兴起的应用服务，无线局域网正在叩开高速无线数据业务的大门。1.1 无线网络的发展无线网络的初步应用，可以追溯到五十年前的第二次世界大战期间，美国陆军采用无线电信号传送电文。并且采用高强度密码进行加密。当时美军和盟军都广泛使用这项无线电传输技术。这项技术让许多学者得到灵感，1971年，夏威夷大学的研究人员发明了第一个基于数据包式技术的无线电通讯网络，称作ALOHNET网络，这可以算是最早期的无线局域网，它包括了7台计算机，采用双向星型拓扑，横跨四座夏威夷的岛屿，中心计算机放置在瓦胡岛(Oahu Island)上。从那时开始，无线网络雏形可以说是正式诞生了。世界上第一个试验性无线局域网是1987年建立的，随后，在医疗、零售、机场等地方，出现一些无线局域网，但各厂商的无线局域网不能互联，于是1990年11月成立IEEE802.11委员会，着手制定无线局域网标准，并于1997年6月制定出全球第一个无线局域网标准1EEE802.11。 IEEE 802.11无线局域网标准使得不同供应商的产品具有了互操作性。目前1Mbps和2Mbps的无线局域网技术和产品已相当成熟，整个系统的实现成本也正逐渐下降。但与以太网(10Mbps)相比，无线局域网较慢的数据传输率成了其进一步发展的瓶颈。为此，IEEE工作组相继推出了新的高速标准802.11b和802.11a两个新标准，接着又推出了相当于前二者的混合标准802.11g， 使得无线局域网的速度又向前迈进了一大步. 欧洲电信标准化协会（ETSI)的宽带无线电接入网络小组着手制定Hiper(High Perfonnance Radio)接入标准，研究任务之一是 Hiper LAN标准，已推出HiperLAN1和HiperLAN2.HiperLAN1对应IEEE802.11b, HiperLAN2与IEEE082.lla 具有相同的物理层。无线局域网技术发展至今，主要分为两大协议体系:IEEE8 02.11协议标准体系和本科毕业设计（论文）欧洲ETSI BRAN制定的HiperLAN协议标准体系。HiperLAN2工作在5GHz频段，工作速率可达54Mbps.I EEE8 02.11，802.11a 和802.11b 是IEEE己经颁布的无线局域网的标准协议，该标准定义了无线局域网物理层(PHY)和媒体访问控制层(MAC)的规范。目前无线局域网中应用最为广泛和成熟的是IEEE 802.11b局域网体系 2。1.2 蓝牙技术的起源与发展所谓蓝牙技术，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，并且能够成功地简化以上这些设备与因特网之间的通信，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。通俗地讲，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。蓝牙是全球性无线连接的实际标准，它使各种数字设备摆脱了电缆的束缚。蓝牙技术基于低功耗的短程无线电连接，这种连接运行于在全球范围开放的 2.4GHZ ISM 波段上。因此蓝牙技术在全球通用。当两个装备蓝牙的设备相距 10 米之内时，它们就可以建立起相互之间的连接。并且，由于蓝牙使用了基于无线电的连接，它不必为了相互通讯而设置可见的有线连接。运用独特的安全密钥和强健的加密，可靠性和保密性也得到了保证。 蓝牙必将成为历史上最快被采纳的技术。在不久的将来，它必定会成为上亿部移动电话、个人电脑、膝上电脑、数字照相机及许多其他电子设备的标准。面对各种设备之间相互连接的复杂电缆，瑞典爱立信公司的一位工程师决心要发明一种让这些电缆消失在空气中的技术。于是，在 1994 年由爱立信公司率先提出的短距离无线通信的蓝牙技术问世了。1998 年 5 月，瑞典爱立信、芬兰诺基亚、日本东芝、美国 IBM 和英特尔五家公司自发成立了蓝牙特别兴趣小组。其后，微软、3COM、朗讯、摩托罗拉和原有的五家公司一起成为蓝牙特别兴趣小组的九个领导成员，共同致力于在全球范围内将此项技术标准推向市场。在短短的两年多的时间里加盟该小组的企、事业达 2500 家，其中包括诸如 AMD、康柏、戴尔、惠普、德州仪器、高通以及卡西欧、飞利浦、三星、LG、精工、夏普等许多世界最著名的计算机行业、通信领域以及消费电子产品甚至还有汽车与相机的制造商和生产厂家。蓝牙特别兴趣小本科毕业设计（论文）组迅速发展壮大，名符其实地成为了世界蓝牙组织-SIG。蓝牙（Bluetooth ）是一种低功率短距离的无线连接技术标准的代称，蓝牙一词取自一位在公元 10 世纪统一了丹麦的国王，哈拉德二世、（Harald）的绰号，即蓝牙（Bluetooth）。 蓝牙 技术的最初倡导者是五家世界著名的计算机和通信公司：爱立信 Ericsson, 国际商用机器 IBM, 英特尔 Intel, 诺基亚 Nokia, 和东芝 Toshiba。并于 1998 年 5 月成立了 蓝牙 特殊利益集团(Bluetooth Special Interest Group-SIG) ，该组织采取了向产业界无偿转让该项专利技术的策略，以实现其全球统一标准的目标。其目标是实现最高数据传输速度1Mbps(有效传输速度为721kbps)、最大传输距离达10米，用户不必经过允许便可利用 2.4GHz的ISM( 工业、科学、医学)频带，在其上设立79个带宽为1MHz的信道，用每秒钟切换 1600次的频率、滚齿(hobbing)方式的频谱扩散技术来实现电波的收发。这也就是蓝牙技术的由来和特点。使用蓝牙技术进行通信的设备，分为决定频率滚齿模式主叫方 和它的通信对手 受取方。主叫方可同时与7台受取方通信。因此可以把主叫方连同7 台受取方共 8台设备连接成名为Piconet(锯齿网) 的子网。Piconet内的受取方可以同时作为两个以上Piconet的受取方。1999年7月，蓝牙公布了正式规格BluetoothVersion 1.0。遵从这一规格的移动电话和笔记本电脑将于1999年底或2000年初上市。声称要把蓝牙技术产品化的企业正与日俱增，目前蓝牙标准化团体BluetoothSIG( 特别兴趣组合) 的成员企业数已增加到800家以上。蓝牙技术的设计初衷就是将智能移动电话与笔记本电脑、掌上电脑以及各种数字化的信息设备都能不再用电缆，而是用一种小型的、低成本的无线通信技术连接起来；进而形成一种个人身边的网络，使得在其范围之内各种信息化的移动便携设备都能无缝地实现资源共享。据国外权威机构预计，几年以后，全世界将会有数以亿计的数字移动电话、PC机以及各种信息设备都会将基于蓝牙技术的无线接口作为一种标准配置。蓝牙技术将在多种领域迅速发展，其典型应用环境包括无线办公环境(Wireless Office)、汽车工业、医疗设备等。Bluetooth将在人们的日常生活和工作中扮演重要角色，市场潜力巨大,该技术正成为21 世纪的投资热点所谓蓝牙（Bluetooth）技术，实际上是一种短距离无线通信技术，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Internet之间的通信，从而使这些现代通信本科毕业设计（论文）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”的形成背景是这样的：1998 年5月，爱立信、诺基亚、东芝、IBM和英特尔公司等五家著名厂商，在联合开展短程无线通信技术的标准化活动时提出了蓝牙技术，其宗旨是提供一种短距离、低成本的无线传输应用技术。这五家厂商还成立了蓝牙特别兴趣组，以使蓝牙技术能够成为未来的无线通信标准。芯片霸主Intel公司负责半导体芯片和传输软件的开发，爱立信负责无线射频和移动电话软件的开发，IBM 和东芝负责笔记本电脑接口规格的开发。1999年下半年，著名的业界巨头微软、摩托罗拉、三康、朗讯与蓝牙特别小组的五家公司共同发起成立了蓝牙技术推广组织，从而在全球范围内掀起了一股“蓝牙” 热潮。全球业界即将开发一大批蓝牙技术的应用产品，使蓝牙技术呈现出极其广阔的市场前景，并预示着21 世纪初将迎来波澜壮阔的全球无线通信浪潮 3。1.3 蓝牙将来的应用随着研究的进展，蓝牙技术的应用领域越来越广阔，比如:将蓝牙技术应用于汽车行业中，实现对汽车各部件的实时监控;将蓝牙技术应用于建筑行业中，实现智能化住宅;以及在人口密度大的地区(如车站、机场、商场等)为用户提供接入服务等。局域网(LAN )是一个数据通信系统，他允许在有限的地理范围内的许多独立设备相互之间直接进行通信。在局域网中有四种体系结构占主导地位:以太网、令牌总线、令牌环网和光纤分布式数据接口(FDDI)，前三者都是IEEE的标准，也是802项目的组成部分，FDDI则是ANSI标准。无线替代电缆是技术发展的趋势，无线局域网替代传统局域网将是必然的结果 1。1.4 研究的目的及意义无线取代电缆是技术发展的必然趋势，虽然无线局域网(802. 11标准)占据了越来越主要的地位，但相比较之下，蓝牙技术的成本要低，而且它与无线局域网并不存在矛盾，相反他们可以构成互补关系，正是基于这一点，本文提出了基于蓝牙技术构建无线个域网，这样就可以在办公室，实验室等环境下方便而廉价的组建网络，实现数据的无线共享或传输。课题的选择可以进一步加深对蓝牙技术的研究，并且对现实的本科毕业设计（论文）应用也有很强的指导意义。目前蓝牙协议还处于不断完善期。虽然由于蓝牙技术的发展速度一直未达到预计要求，而使一些业内人士对蓝牙技术产生了怀疑，但是作为一种前景光明的连接技术，蓝牙仍会以惊人的速度向前发展。1.5 本课题研究的主要任务蓝牙的开发是一个比较复杂的过程，除了复杂的硬件设计之外，还有针对各种应用模型的软件设计，为完成蓝牙的各种功能，软件的重要角色是不可替代的。协议栈的开发复杂，短期内不可能独立完成，现有协议栈的购买又十分昂贵。本论文想通过对蓝牙技术、802.11协议的介绍对比，了解蓝牙的结构和工作原理，以及构造局域网的方法，最终实现用蓝牙技术组建一个小型局域网。2 蓝牙与局域网技术概述2.1 蓝牙技术简介蓝牙工作在全球通用的2.4GHzISM工业、科学、医学)频段。它的一般连接范围是10米，通过扩展可以达到100米;不限制在直线范围内，甚至设备不在同一间房内也能相互连接。蓝牙设备有两种组网方式:微微网(Piconet)和散射网(Scatternet)。在Piconet中，多个蓝牙设备共享一条信道，其中一个为主单元，最多支持7个从单元。具有重叠覆盖区域的多个Piconet构成Scatternet，从单元用时分复用的方式参加不同的Piconet，一个Piconet中的主单元可作为另一个Piconet的从单元。蓝牙使用FHSS(跳频扩频)技术，理论跳频速率1600跳/秒。跳频技术是把频带分成若干个跳频信道，在一次连接中，无线收发器按一定的码序列(伪随机码)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频带成百倍地扩展成宽频带，使干扰可能产生的影响变得很小。以2. 45GHz为中心频率，最多可以得到79个1MHz带宽的信道。在日本、西班牙和法国，频段的带宽小，只能容纳23个跳频点，其带宽仍为lMHz间隔。蓝牙的信道以时间长度625us划分时隙，时隙依据微微网主单元蓝牙时钟来编号。蓝牙系统中主、从单元的分组传输采用时分双工(TDD)交替传输方式，主单元采用偶数编号时隙开始信息传输，而从单元则采用奇数编号时隙开始信息传输，分组起始位置与时隙起始点相吻合，由主或从单元传输的分本科毕业设计（论文）组可以扩展到5个时隙。蓝牙采用的调制方式为GFSK，使用三种功率:OdBm (1mW), 4dBm (2.5mW), 20dBm(100Mw)。在主单元和从单元之间，可以建立不同类型的链路，如同步面向连接链路(SCO),异步无连接链路(ACL).SCO链路是在主单元和指定的从单元之间实现的对称的、点对点连接，SCC连接方式采用预留时隙，因此该方式可看作是在主单元和从单元之间实现的电路交换链路，它主要用于支持类似于象话音这类时限信息。ACL连接定向发送数据包，它既支持对称连接又支持不对称连接。在非SCO连接的保留时隙里，主单元可以以时隙为单位与任何从单元的分组交换连接。蓝牙支持一条异步数据通信信道、三条同步语音信道或一条同时支持异步数据和同步语音的信道。语音信道速率为64Kbps，语音编码采用对数PCM或连续可变斜率增量调制(CVSD)。异步数据通信信道速率:不对称时，一个方向最大723. 2Kbps，反向时57.6Kbps；对称时为433.9Kbps 1。2.2 蓝牙技术体系结构蓝牙特别兴趣小组(SIG)制定了蓝牙规范1. 1，能够利用可操作的无线模块和数据通信协议开发交互性服务。蓝牙协议栈的体系结构如图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 8。本科毕业设计（论文）图 2.1蓝牙协议栈2.2.1 蓝牙底层模块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层模块。它主要由链路管理层(LMP: Link Manager Protocol)、基带层(BB: Base Band)和无线收发部分组成。其功能是:无线收发器通过2.4GHz ISM频段，实现数据流的过滤和传输。蓝牙规范主要定义了在此频段工作的蓝牙接收机应满足的要求;基带层提供了两种不的物理链路:同步的面向连接链路SCO (Synchronous Connection Oriented)和异步的无连接链路ACL (Asynchronous Connection Less)负责跳频和蓝牙数据及信息帧的传输，且对所有类型的数据包提供了不同层次的前向纠错码FEC或循环冗余校验CRC; LMP层负责两个或多个设备链路的建立和拆除及链路的安全和控制，如鉴权和加密、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HCI （Host Controller Interface)由基带控制器、链路管理器、控制和事件寄存器等组成。它是蓝牙协议中软硬件之间的接口，提供了一个调用下层BB, LM、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据的传递必须通过HCI 的解释才能进行。HCI层以上的协议软件实体运行在主机上，而 HCI以下的功能由蓝牙设备来完成，二者之间通过传输层进行交互 6。1.蓝牙无线规范（1）频段和信道安排蓝牙运行信道是不用营运批准的2.4GHz ISM频段，但是世界上却有两种不同的频段定义。大多数国家将频段定义成2.4002.4835GHz；法国等少数国家将频段定义成2.44652.4835 GHz 。蓝牙规范为了适应两种不同的频段定义，提出了两种蓝牙运行信道的分配方案。对2.4002.4835GHz 的频段分配了 79个跳频信道，每个信道带宽1MHz；对 2.44652.4835 GHz的频段分配了23个跳频信道，每个信道带宽1 MHz。如下表2.1所示。表 2.1本科毕业设计（论文）为了减少带外的辐射和干扰，系统留有保护带，对于79信道系统，下保护带是2MHz，上保护带是3. 5MHz。蓝牙规范为信道分配设计了专门的跳频算法。由于不同跳频频段的设备不能兼容，蓝牙SIG当前正在做工作，企图说服各国政府调整自己的频率划分，让全世界运行在一个频率上，便于蓝牙产品畅通无阻地进入到世界各个角落。（2）发射器特征这部分声明要求的功率电平是指在设备的天线连接器处测得的功率电平。根据功率的电平值，可以把设备分成3个级别，见表2.2表 2.2功率级别1设备需要功率控制。功率控制用于限制发射功率，使之不超过0dBm, 0dBm以下的功率控制是可选的，主要用于优化功率消耗和整体的干扰电平。功率调整步幅从8dB 到 2dB，形成一个单调序列。一个具有20dBm的功率级的设备必须具有调整其功率到达4dBm以下的能力。具有功率控制能力的设备使用链路管理器协议(LMP) 指令来优化链路的功率输出。功率控制通过测量接收信号强度指示(RSSI)来实现，如果需要进行功率调整就返回一个报告。在2.4GHz ISM频段中工作的蓝牙随时有不可预测的干扰。为了确保正常工作，蓝牙采取了“ 快速确认”和“ 跳频” 方案保证信道稳定。调频技术跳频技术是把频带分成若干个“跳频信道”(Hop Channel)，在发射和接收的一次连接中，无线电发射器和接收器按照一定的码序列不断地从一个信道跳到另一个信道，这种信道的跳动就称为跳频技术。发射方和接收方双方约定好跳频的时刻和方法，其本科毕业设计（论文）它的干扰由于是随机的，不可能按频率跳动的同一规律对蓝牙发生干扰。如表1中射频信道所示分配方案 信道分配 频率带宽79信道跳频 f=2402+k MHz, k=0,78 2.4002.4835GHz23信道跳频 f=2454+k MHz, k=0,22 2.44652.4835GHz跳频技术中使用的码序列又称为“伪随机码” 假的随机码，对于79信道跳频方案，信道分配频率公式为：f=2402+k MHz ，k=0，78;则伪随机码（或称伪随机序列 ）为2402，2403，2404 ，2480 MHz 。发射和接收按照伪随机序列进行跳频，虽然能够有效地抑制干扰，但在每一个频率上的干扰总还存在，伪随机码相邻两个频率仅差1MHz，反映出跳频瞬间的频带宽度较窄。解决这个问题的办法是使用跳频扩展频谱技术（FHSS：Frequency Hopping Spread Spectrum），该技术能将窄频带成百倍地扩展为宽频带，使在一个频率上的干扰变得很小。跳频的次数与系统的稳定有很大的关系：跳频过慢，每一频率上所能受到干扰的几率就更多；跳频过快，发送器和接收器来不及发送或接收，就会丢失数据。跳频次数在理论上确定为每秒1600次，伪随机序列有78 个信道，是较为适合的参数。蓝牙信号发射距离与蓝牙发送器的功率有密切关系：功率越大，辐射的距离越远。如100mw的发射距离100m，2.5mw的是10m ，1mw 的是10cm。但是，墙壁、屋面、阻挡物、其他2.4GHz产品都会改变发射距离。蓝牙无线电波的传输速率额定为1M Byte/s ，但由于错误校正及环境因素，真正的传输速率约为700k Byte/s800k Byte/s。这个传输速率对蓝牙产品已经够用了。蓝牙无线信号的发送和接收都是由链路管理(LM) 软件模块完成的，LM模块携带着链路的建立、鉴权、链路硬件配置及其他一些协议 16。调制特点蓝牙使用的调制方式是GFSK, BT=0.5,调制指数在 0.28到0.35之间，二进制的1用一个正的频率偏移表示，二进制的0用一个负的频率偏移表示。符号定时要好于正负20ppm。如图2.2所示本科毕业设计（论文）图 2.2 实际发送调制对每个发送信道，对应于序列1010的最小的频偏（Fmin = min(Fmin+，Fmin-) ）将不小于对应于序列00001111的频率偏移(f d)的80%，并且，最小偏移将不小于115 kHz。过零误差是在理想符号区间和测量的交叉时间之间的时间差，它应该小于1/8的符号区间。频率精度初始频率精度定义为信息发送之前的频率的精度，蓝牙要求的初始频率精度为Fc75kHz。注意频率漂移要求不包括在这75kHz 中。一个分组之内的发射器中心频率漂移在协议中也进行了规定，不同分组内的频率漂移在基带规范中进行定义。（3）接收器特征为了测量比特率性能，设备必须具有回送功能，设备把解码的信息发送回来，该功能在测试模式规范中进行定义。真实灵敏度真实灵敏度定义为达到0.1%的误比特率所需要的输入电平，蓝牙接收机的灵敏度应该好于-70dBm。带外截止带外截止是在有用信号超过参考的灵敏电平信号3dB处进行测量，干扰信号是一个连续波形信号，BER应该小于0.1，规范规定了带外截止应满足的要求。本科毕业设计（论文）最大可用电平接收机可以使用的最大可用电平应该高于-20dBm ，在-20dBm 输入功率时，BER应该小于或等于0.1 %。接收信号强度指示一个收发器如果希一望能够实现链路的功率控制，就必须能够测量接收信号的强度，以此来决定对端的发射机是否要调整发射功率。RSSI(可选)使得这种控制成为可能。RSSI测量是通过对接收的信号与两个门限电平进行比较得到的，这两个门限电平形成所谓的黄金接收范围。较低门限电平在-56dBm和高出接收机实际灵敏度 6dB之间，较高的门限是高出较低门限20dB的值，精度为6dB 8。2.蓝牙基带规范蓝牙工作在全球通用的2.4GHz的ISM频段，使用跳频收发器来克服干扰和衰落。为了降低收发信机的复杂度，采用二进制FM调制技术，符号速率为1 Ms/s信道采用625us的标准时隙结构，双工方式为时分双工(TDD)。在信道中，信息可以分组方式进行交换，各信息分组在不同的跳频频率上进行发送。理论上讲，一个分组覆盖一个单时隙，而实际上一个分组可扩展至覆盖5个时隙。蓝牙协议使用电路交换和分组交换的混合方式，时隙保留用于同步分组。蓝牙能够支持一条异步数据信道，乃至三个同步语音信道，或一条同时支持异步数据和同步话音的信道。每一语音信道在每一方向上支持64Kb/s 同步话音信道连接。异步信道最大可不对称支持723.2kb/s(回程为57.6kb/s)，或对称支持433.9kb/s的传输速率。蓝牙系统提供点对点连接方式或一对多连接方式，其连接方式如图2.3所示。本科毕业设计（论文）图 2.3蓝牙系统连接方式在一对多连接方式中，多个蓝牙单元之间共享一条信道。共享一条信道的两个或两个以上的单元形成一个微微网(Piconet)。其中，一个蓝牙单元作为微微网的主单元，其余则为从单元。在一个微微网中最多可有7个活动从单元。另外，更多的从单元可被锁定于某一主单元，该状态称为休眠状态。在该信道中，不能激活这些处于休眠状态的从单元，但仍可使之与主单元之间保持同步。对处于激活或休眠状态的从单元而言，信道访问都是由主单元进行控制。具有重叠覆盖区域的多个微微网构成一个散射网络(Scatternet)结构，如图2.4所示。每一微微网只能有一个主单元，从单元可基于时分复用参加不同的微微网。另外，在一个微微网中的主单元仍可作为另一个微微网的从单元，各微微网间不必以时间或频率同步。各微微网各有自己的跳频信道。图 2.4散射网络结构（1）物理信道信道使用一组伪随机跳频序列，经79或23个射频跳频点的跳频序列来表示。跳频序列对微微网是唯一的，而且由主单元蓝牙设备编址确定，跳频序列的相位由主单元蓝牙时钟确定。信道被划分为时隙(时间片)的形式，且每一时隙对应一个RF跳频点。连续跳频则对应于不同RF 跳频模式，理论跳频速率为 1600跳/ 秒，参加微微网的全部蓝牙单元与信道保持时间和跳频同步。信道被分成长度为625us的时隙。时隙依据微微网主单元蓝牙时钟来编号。时隙编号区域为0.22 27-1且循环周期是2 27。在各时隙中，主单元和从单元都能够传输分组。由于蓝牙系统中主、从单元的分组传输采用时分双上(TDD)交替传输方式，所以在系统中主单元采用偶数编号时隙开始信息传输，而从单元则采用奇数编号时隙开始信息传输。分组起始位置与时隙起始点相吻合。由主或从单元传输的分组可以扩展到5个时隙。射频(RF)跳频在分组传输期间保持不变。对于单时隙分组， RF跳频以当前蓝牙本科毕业设计（论文）时钟值作为基点。对于多时隙分组来讲，RF跳频以蓝牙中第一个分组时隙的时钟值作为整个分组基点。在多时隙分组的第一个时隙里的RF跳频将被认为由当前蓝牙时钟值确定的频率。图2.5举例说明了单时隙分组和多时隙分组的跳频定义。若分组占有的时隙多于一个时，采用的跳频频率就是用于以分组开始传输的时隙采用的跳频频率。图 2.5多时隙分组（2）物理链路在主单元和从单元之间，可以建立不同类型的链路，如同步面向链接（SCO）链路、异步无链接（ACL）链路。同步面向链接(SCO)的目的是在微微网中的主单元和从单元之间实现点到点链接，主单元通过在规则间隔上使用保留时隙保持SCO链接。而ACL链接是主单元与共存于微微网中的所有从单元之间实现一对多的链接方式。在非SCO链接保留时隙上，主单元可以以时隙为单位建立到任何其他从单元的ACL链接，且连接的从单元包括己处于SCO链接方式中的从单元。SCO链接SCO链接是在主单元与指定的从单元之间实现的对称的、点到点链接。SCO链接方式采用保留时隙来传输分组，因此该方式看作是在主单元和从单元之间实现的电路交换链接。SCO链接主要用于支持类似于像语音这类时限信息。从从单元方面看，针对同一主单元可以支持多达3路的SCO链接。若链接来自于不同主单元，此时从单元只能支持2路SCO链接。主单元在规则间隔上发送分组，该规则间隔称为主从保留时隙中的到从单元的SCO间隔 T SCO (以时隙为单位) 。SCO链接由通过LMP 协议发送SCO设置消息的主单元建立。该消息含定时参数(如本科毕业设计（论文）SCO间隔T SCO和时隙补偿D SCO )，用于定义保留时隙。ACL链接在非SCO链接保留时隙里，主单元可以时隙为单位与任何从单元交换分组。ACL链接提供在主单元与所有在微微网中活动从单元的分组交换链接。在一个主单元和一个从单元之间，只能存在一个ACL链接。对于大多数ACL分组，分组重传的目的在于确保数据的完整性。未指定目的从单元的ACL分组可视为广播分组，且可由各从单元读出。如果在ACL链接上没有数据可传输且未进行轮询申请，那么就不会发生任何传输过程。（3）数据分组在基带里定义分组和消息时，编码序列必须遵循下列规则(即Little Endian格式)。其中b 0代表最低标识位(LSB);LSB是第一个无线发送位 :其置于最左边。基带控制器认为来自高层软件层的第一位是b 0即:这是经无线发送的第一位。各数据段在基带内部生成，如分组头信息和有效载荷头长度信息等，都以LSB首先发送。例如:X=3 的3 位参数，其传输码值是b 0blb2=110，位“1”首先发送，最后才是位“0”。微微网信道中的数据以分组形式传输，标准格式如图7所示。每一分组由三个部分组成: 识别码、头和有效载荷，图2.6中给出了每个部分所占的位数。图 2.6标准分组格式识别码识别码主要用于同步、DC补偿平衡和识别。识别码识别所有在微微网信道上交换的分组。在同一微微网中发送的所有分组都使用同一信道识别码。识别码也可用于呼出和查询过程。在这种情况下，识别码自身就被当作一个信令消息，而不必给出头和有效载荷。存在有三种不同类型的识别码:信道识别码(CAC);设备识别码(DAC);查询识别码(IAC)。本科毕业设计（论文）各识别码类型用于处于不同操作模式的蓝牙单元中。信道识别码标识一个微微网，代码包含在微微网信道上所有交换的分组中。设备识别码用作一个指定信令过程，如呼出或呼出应答过程。对于查询识别码，存在两个变量:一个称为通用查询识别码（Glac）,为所有设备通用，可用来检测在指定范围内有否其他蓝牙单元;另一个称为专用查询识别码（Dlac)，该查询识别码为在蓝牙系统中具有一公共属性的专用设备组使用，可以用于发现在指定范围中符合条件的专用蓝牙单元。分组头分组头包含链路控制(LC）信息，由六个段组成。AM ADDR 3位，活动成员地址;TYPE 4位，类型码;FLOW 1位，流控制;ARQN 1位，确认指示;SEAN 1位，序列号;HEC8位，头错误校验。包含HEC的整个头信息由18位组成。该头信息以1/3比例前向纠错码编码，因此，头信息最后成为54位编码格式。分组类型在微微网上使用的分组类型与它们使用的物理链接方式有关。直到现在我们仅仅涉及到SCO和ACL两种链接方式。针对这两种链接方式的任一方式，都有12种不同类型的分组能被使用；另外四种控制分组为所有链接模式公用，它们的类别码是唯一的且与用什么链接类型方式无关。蓝牙规范共定义了5种公共分组，4种SCO分组和7种ACL分组。这些分组有单时隙分组、三时隙分组和五时隙分组。(4)纠错在蓝牙技术中使用了三种纠错方案:1/3比例前向纠错码: 2/3比例前向纠错码:用于数据的ARQ方案。对数据有效载荷使用FEC方案的目的是减少重发次数。然而，对于纠错要求不高的情况，FEC将增加不必要的开销，从而导致数据吞吐量下降。因此，分组定义中对于在本科毕业设计（论文）有效载荷中采用或不采用FEC给出了相当的灵活度，由此才定义了ACL链接中使用的DM和DH分组和SCO链接中使用的HV分组。分组头通常采用1/3比例前向纠错码保护，它含有很重要的链接信息，能容忍多位错误。1/3比例前向纠错码是一种较简单的纠错码方式，它用一种简单的3倍重复格式，即实现对每位信息重复三次。2/3比例前向纠错码方案采用了一种(15,10)精简的汉明码表示方式，生成多项式为:g(D)=(D+1)( D 4+D+1），把10位代码编码为15位代码。使用ARQ(自动重复请求)方案，DM, DH和DV分组的数据段，可以进行传输或重发，自到收端返回成功接收确认信息(或超时)为止。该确认信息包含在返回分组头里，故称为捎带确认。为了确定有效载荷正确与否，循环冗余校验码应加载于有效载荷中。ARQ方案只工作在分组的有效载荷上(仅针对具有CRC的有效载荷)。(5)逻辑信道在蓝牙系统中定义了五种逻辑信道:链路控制器(LC）控制信道、链路