移动通信技术 北京市高等教育精品教材立项项目 教学课件 作者 杨秀清 第12章.pptVIP

《移动通信技术》电子教案 第12章 蓝牙技术* 12.1概述 蓝牙（Bluetooth），是1998年5月由爱立信、IBM、Intel、Nokia、东芝等5家公司联合制定的近距离无线通信技术标准，其目的是实现最高数据传输速率1Mbit/s（有效传输速率为721kbit/s）、最大传输距离为10m的无线通信。Bluetooth原为欧洲中世纪的丹麦国王Harald II的名字，他为统一四分五裂的瑞典、芬兰、丹麦立下了不朽的功劳。瑞典爱立信公司为这种即将成为全球通用的无线技术命此名，也许大有一统天下的含义。 12.1.1 蓝牙技术特点 1．蓝牙技术的开放性 2．蓝牙技术的通用性 3．短距离低功耗 4．无线“即连即用” 5．抗干扰能力强 6．支持语音和数据通信 7．组网灵活 8．软件的层次结构 12.1.2 蓝牙系统的功能单元 蓝牙系统的功能单元主要包括：无线射频单元、链路控制单元（基带）、链路管理、软件功能。图12-1 蓝牙系统的基本功能单元 蓝牙系统的基本功能单元如图12-1所示。 1．无线射频单元 （1）频带及射频RF 蓝牙天线属于微带天线，蓝牙无线接口是基于常规无线发射功率0dBm设计的，符合美国联邦通信委员会（FCC）的ISM频段的规定。虽然该频段为全球通用，但实际上准确的频率和带宽在各国有一些差异。在美国和欧洲，使用的带宽为83.5MHz，在该频段里，以1MHz的带宽为间隔设立了79个射频跳频点。在日本、西班牙和法国，缩减了带宽，在该频段里设立了23个射频跳频点，其带宽仍以1MHz为间隔，如表12-1所示。 （2）信道定义 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Piconet微微网络，见12.2.1节是唯一的，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（Time Slot，TS）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1?600hop/s，参加Piconet的全部蓝牙单元与信道保持时间和跳频同步。 （3）时隙 信道被分成长度为625?s的时隙。时隙依据Piconet主单元蓝牙时钟来编号。时隙标号区域为0～227?1且循环周期是227。在各时隙中，主单元和从单元都能够传输分组。 2．蓝牙链路控制器 基带描述了设备的数字信号处理部分，即蓝牙链路控制器，它完成基带协议和其他底层的链路规程，主要包括以下几个方面。 （1）网络连接的建立 在Piconet内的连接被建立之前，所有设备都处于待机（StandBy）状态。在这种模式下，未连接单元周期性地“监听”信息。作为主单元的设备首先初始化连接程序，如果地址已知，则通过寻呼（Page）消息建立连接；如果地址未知，则通过一个后接Page消息的Inquiry（查询）消息建立连接。对于Piconet中已经处于连接的设备，如果较长一段时间内没有数据传输，蓝牙还能够支持节电模式。 （2）链路类型和分组类型 ① 同步面向连接（SCO）链接 ② 异步无连接（ACL）链接 （3）纠错 基带控制器采用3种纠错方式。 ① 1/3比例前向纠错码FEC ② 2/3比例前向纠错控制FEC ③ 自动重发请求（ARQ） （4）鉴权和加密 3．链路管理（LM） 链路管理软件模块携带了链路的数据设置、鉴权、链路硬件配置和其他一些协议。LM能够发现其他远端LM并通过链路管理协议与之通信。LM模块提供如下服务： （1）发送和接收数据； （2）请求名称； （3）链路地址查询； （4）建立连接； （5）鉴权； （6）链路模式协商和建立； （7）决定帧的类型； （8）将设备设为sniff（呼吸）模式，master只能有规律地在特定的时隙发送数据； （9）将设备设为hold（保持）模式，工作在hold模式的设备为了节能在一个较长的周期内停止接收数据，平均每秒激活一次链路； （10）当设备不需要传送或接收数据但仍需要保持同步则将设备设为park（休眠）模式，处于休眠模式的设备周期性激活并跟踪同步，同时检查page消息； （11）建立网络连接。 4．软件（协议）单元 蓝牙基带协议结合电路交换和分组交换，适用于语音和数据传输。 蓝牙的软件（协议）单元是一个独立的操作系统，不与任何操作系统捆绑，软件（协议）结构需有如下功能： （1）设置及故障诊断工具； （2）能自动识别其他设备； （3）取代电缆连接； （4）与外设通信； （5）音频通信与呼叫控制； （6）商用卡的交易与号簿网络协议。 12.2蓝牙网络 12.2.1 蓝牙网络的拓扑结构 蓝牙系统系统支持两种连接，即点对点和点对多点连接，这样形成了两种网络拓扑结构，即微微网（Piconet）和散射网（Scatternet）。在一个Piconet中，