測控系統(tǒng)通信與網(wǎng)絡(luò)課件-10

1、 第十章 無線通信與網(wǎng)絡(luò)無線通信是以自由空間作為介質(zhì)，利用電磁波傳播信號的通信系統(tǒng)。它是目前通信領(lǐng)域發(fā)展最為活躍的技術(shù)。無線通信的優(yōu)點：不需架線挖溝，建設(shè)成本低，周期短；覆蓋范圍廣；擴(kuò)容靈活；維護(hù)簡單。一、概述信號源用于將待傳遞信息變成基帶電信號；發(fā)送設(shè)備主要解決電信號與信道的匹配；信號以電磁波形式在空間介質(zhì)中傳播；接收設(shè)備的功能與發(fā)送設(shè)備相反。無線通信系統(tǒng)包括信號源、發(fā)送設(shè)備、傳輸信道（即為空間介質(zhì)）、接收設(shè)備和收信裝置等。 無線通信系統(tǒng)分類從通信方式來分，無線通信可分為移動通信和 固定通信兩種；從通信的信道來分，無線通信可分為衛(wèi)星通信、紅外通信、短波通信等。 從接入網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)方式來分，無線

2、通信網(wǎng)可分為無線廣域網(wǎng)、無線局域網(wǎng)和無線個域網(wǎng)。 根據(jù)是否存在固定的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施來分，無線系統(tǒng)可分為蜂窩系統(tǒng)和Ad hoc系統(tǒng)。 無線通信的發(fā)展前景多址技術(shù)：將有限的通信資源在多個用戶之間進(jìn)行有效的切割與分配，在保證多用戶之間通信質(zhì)量的同時盡可能地降低系統(tǒng)的復(fù)雜度并獲得較高系統(tǒng)容量軟件無線電 ：智能多模式終端的進(jìn)一步發(fā)展，是無線系統(tǒng)從模擬到數(shù)字發(fā)展的新階段自適應(yīng)技術(shù) ：實時檢測信道，根據(jù)信道狀況自動調(diào)整通信參數(shù)，包括自適應(yīng)天線，自適應(yīng)調(diào)制，自適應(yīng)信道均衡等多用戶檢測：在接收端盡量消除信道之間的多址干擾。 二、無線通信的基本原理 1 無線電波的傳播特性 （a）直射（b）折射（c）繞射（d）散射直

3、射、反射、繞射和散射是無線通信系統(tǒng)中四種最基本的傳播方式。 電磁波在均勻空間中是以直線方式傳播的； 在直射過程中，如果電磁波入射到一個尺寸比波長大得多的物體時（如地球表面、建筑物和墻壁表面），將發(fā)生反射； 如果電磁波被不規(guī)則的邊緣阻擋時，由阻擋表面產(chǎn)生的二次波存在于整個空間，甚至于阻擋物的后面，也就是電磁波能夠繞過障礙物傳播，即為電磁波的繞射。 當(dāng)電磁波傳播過程中遇到尺寸小于波長的目標(biāo)物或者障礙物的數(shù)目很多時（如粗糙表面、小物體或其他不規(guī)則物體），電磁波將產(chǎn)生散射。 無線電波是一種電磁波，當(dāng)電磁波自波源（天線）發(fā)出后，要經(jīng)過地波（表面波）傳播，空間波傳播和天波傳播等各種可能的途徑才能到達(dá)接收天

4、線。 地波傳播又稱表面波傳播，是電磁波繞著地球的彎曲表面而進(jìn)行的傳播。 空間波傳播又稱視距傳播。在可視距離內(nèi)，電磁波由天線發(fā)射出來，沿直線傳播到接收天線。 天波傳播是利用電離層的折射和反射來傳播的電磁波。 決定傳播方式和傳播特點的關(guān)鍵因素是無線電信號的頻率。長波和中波的傳播都是借助地波的，并且比較穩(wěn)定，多用作遠(yuǎn)距離通信與導(dǎo)航。短波通信可以借助天波傳送。短波傳播主要用于國際無線電廣播，遠(yuǎn)距離無線電話和電報通信等。超短波和微波只能用空間直射波進(jìn)行視距通信，傳播距離大致上限制在視距范圍之內(nèi)。超短波和微波波段廣泛用于衛(wèi)星通信，宇宙飛船與地面站之間的通信，遙測等系統(tǒng)中。 調(diào)制就是對信號源的編碼信息進(jìn)行處

5、理，使其變?yōu)檫m合傳輸并適應(yīng)信道復(fù)用的形式。 解調(diào)則是將基帶信號從載波中提取出來，使接收者理解或做進(jìn)一步的處理。 調(diào)制信號為模擬信號時，最基本的調(diào)制方式是：幅度調(diào)制（AM）、頻率調(diào)制（FM）和相位調(diào)制（PM）。還可以有三種基本方式的組合調(diào)制方式。 調(diào)制信號為數(shù)字信號時，通常稱為鍵控（SK: Shift Keying），三種基本的鍵控方式為振幅鍵控 （ASK）、頻率鍵控（FSK）和相位鍵控(PSK)。2 調(diào)制解調(diào)技術(shù) 調(diào)制方案的性能常用它的功率效率和帶寬效率來衡量。 功率效率 ： 帶寬效率： 每比特信號能量 R 每秒數(shù)據(jù)率 噪聲功率譜密度 B 已調(diào)信號占用的帶寬 目前，擴(kuò)頻技術(shù)也得到廣泛應(yīng)用。擴(kuò)展

6、頻譜的優(yōu)點： 很多用戶可以在一個頻帶中同時使用，而不會相互產(chǎn)生明顯的干擾。 良好的抗多徑干擾的特性。固定分配接入 固定分配方式固定地將信道劃分為不同的子信道并分配給各個用戶。常用的固定分配接入方法：FDMA 頻分多址TDMA 時分多址CDMA 碼分多址 即分別采用頻率、時間或碼字區(qū)分不同用戶傳輸?shù)亩嘀贩绞健?3 無線介質(zhì)接入方案隨機(jī)接入方法隨機(jī)接入方法就是在通信時為了處理突發(fā)性數(shù)據(jù)而產(chǎn)生的。分成兩類，第一類基于ALOHA接入方案，另一類是基于CSMA（載波偵聽）的隨機(jī)接入技術(shù)。 沖突重發(fā)送終端1終端2終端3沖突重發(fā)送（a）（b）ALOHA協(xié)議原理圖（a）純ALOHA協(xié)議（b）時隙ALOHA協(xié)議

7、終端1終端2終端3偵聽終端1終端2終端3偵聽延遲圖10-5CSMA協(xié)議原理圖 ALOHA是最簡單的隨機(jī)接入技術(shù)，它以分組形式允許多用戶在共用信道上發(fā)送消息。 基于載波偵聽的隨機(jī)接入技術(shù)在發(fā)送前先監(jiān)測信道，并采取相應(yīng)措施減少工作站發(fā)送消息的盲目性，從而減少沖突概率。 三、射頻系統(tǒng)及應(yīng)用 目前在無線通信領(lǐng)域，射頻多指300MHz至5.8GHz的頻率范圍。射頻技術(shù)在當(dāng)今各個領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。如:高速語音、數(shù)據(jù)、圖文與圖像傳輸；蜂窩式個人通信與基站；低軌道衛(wèi)星移動通信；無線局域網(wǎng)；無線接入技術(shù)（包括Bluetooth）；全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)；衛(wèi)星直播電視；多點多址分布系統(tǒng)。 1 無線通信射頻系統(tǒng)概述 無

8、線射頻系統(tǒng)一般由接收機(jī)和發(fā)射機(jī)兩部分構(gòu)成。 發(fā)送信號時，從基帶模塊送出含有信息的模擬信號，經(jīng)中頻放大后，在混頻器中的升頻器中混頻成為射頻信號，送到射頻功率放大器中進(jìn)行功率放大，再通過天線發(fā)送出去。 接收信號時，通過天線接收進(jìn)來的射頻信號經(jīng)濾波和低噪聲放大器放大后，與本地振蕩器所產(chǎn)生的本地振蕩信號再經(jīng)降頻器混頻，產(chǎn)生固定的中頻信號IF，放大后送到基帶部分進(jìn)行后續(xù)處理。2 接收機(jī) 射頻接收系統(tǒng)可分為超外差升降頻結(jié)構(gòu)和直接升降頻結(jié)構(gòu)兩種。 超外差升降頻結(jié)構(gòu) 微弱射頻信號首先通過射頻（RF）段的帶通濾波器（BPF），以衰減頻帶外的噪聲和干擾，然后由低噪聲放大器（LNA）進(jìn)行多級放大，放大后的信號與可調(diào)

9、諧本振進(jìn)行混頻，通過中頻（IF）段的帶通濾波器，頻譜就被下變頻到一個固定的中頻。 上述結(jié)構(gòu)有兩個主要的問題需要解決，即抑制鏡像信號和相鄰信道的干擾。 通過二次變頻超外差接收結(jié)構(gòu)，能較好的解決上述矛盾。 二次變頻超外差接收結(jié)構(gòu) 直接升降頻結(jié)構(gòu) 直接升降頻結(jié)構(gòu)其本地振蕩頻率和射頻頻率相同。射頻頻率直接降到基頻，沒有鏡像頻率的問題，所以不需要在混頻器前加鏡像濾波器。沒有中頻，故不需要在混頻器后加選擇濾波器和中頻放大器，而是直接使用一個低通濾波器和一個基頻放大器。但存在上下邊帶重疊的問題。上下邊帶重疊 可以采用兩次下變頻的方法來解決，第一次和正弦信號混頻，第二次和余弦信號混頻。 直流失調(diào) 本振信號與載

10、波頻率相同，對同頻帶工作的其它 接收機(jī)帶來干擾；正交通道幅度和相位不匹配會引起誤碼率上升；顫動噪聲 ；電源上的不穩(wěn)定抖動和 50Hz 的低頻干擾；存在的問題 發(fā)射機(jī)完成的主要功能是調(diào)制、上變頻、功率放大和濾波。發(fā)射機(jī)的方案比較簡單，大致可以分兩種：一是將調(diào)制和上變頻合二為一，在一個電路完成，稱為直接變換法；二是將調(diào)制和上變頻分開，先在較低的中頻上進(jìn)行調(diào)制，然后將已調(diào)信號上變頻到發(fā)射的載頻上，稱為兩步法。注入拉移現(xiàn)象 3 發(fā)射機(jī)直接變換法比較簡單，基頻信號只經(jīng)過一次升頻后，就經(jīng)由功率放大器發(fā)射出去。 存在注入拉移現(xiàn)象。要消除拉移現(xiàn)象，直接降頻結(jié)構(gòu)的本地振蕩頻率最好離射頻頻率足夠遠(yuǎn)。使用兩個不同頻

11、率的壓控振蕩器（VCO），經(jīng)過混頻器后，產(chǎn)生新的本振頻率，以改善注入拉移現(xiàn)象。 兩次變換法可以改善直接變換法的不足。 超外差發(fā)射機(jī)的二次升頻結(jié)構(gòu) 利用二次升頻的方式把基頻信號發(fā)射出去。功率放大器的頻率離振蕩頻率非常遠(yuǎn)，因此不會有注入拉移現(xiàn)象。而且由于調(diào)制是在較低的中頻上進(jìn)行，因此正交的兩支路容易一致。4 射頻芯片nRF905及在無線影音監(jiān)控系統(tǒng)中 的應(yīng)用nRF905內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖系統(tǒng)移動端MIC音頻編解碼芯片TLV320AIC23B射頻收發(fā)芯片nRF905耳機(jī)存儲器DSP TMS320DM642視頻解碼芯片TVP5150PBS攝像頭無線數(shù)字影音監(jiān)控系統(tǒng)采用的是點到點雙工無線通信方式，在視距2003

12、00米的變電站區(qū)域內(nèi)，實現(xiàn)無線語音對講、無線視頻傳輸功能。整個系統(tǒng)分為移動端和固定端。視頻數(shù)據(jù)是單向傳輸?shù)模梢苿佣讼蚬潭ǘ税l(fā)射。音頻則是雙向傳輸。射頻收發(fā)芯片nRF905DSP TMS320DM642顯示器音頻編解碼芯片TLV320AIC23BMIC耳機(jī)視頻編碼芯片SAA712H系統(tǒng)固定端 系統(tǒng)移動端由數(shù)字視頻輸入模塊，音頻輸入輸出模塊，DSP處理器與存儲器，無線發(fā)射模塊構(gòu)成。 系統(tǒng)固定端由數(shù)字視頻編碼模塊，音頻編解碼模塊，DSP處理器與存儲器，無線收發(fā)模塊構(gòu)成。 四、無線通信網(wǎng)絡(luò)無線通信網(wǎng)絡(luò)按通信覆蓋的范圍大致可以分為:無線廣域網(wǎng)（WWAN，十幾公里）無線城域網(wǎng)（WMAN，幾公里）無線局域

13、網(wǎng)（WLAN，100米左右）無線個域網(wǎng)（WPAN，10米左右） 1 無線廣域網(wǎng)無線廣域網(wǎng)絡(luò)是移動電話及數(shù)據(jù)服務(wù)所使用的通訊網(wǎng)絡(luò)，覆蓋范圍可以達(dá)到十幾公里乃至上百公里。無線廣域網(wǎng)主要有2G、2.5G及3G等，主要采用GSM，GPRS，CDMA等技術(shù)（1）2G2G即第二代蜂窩通信系統(tǒng)規(guī)范，主要應(yīng)用于GSM（Global System for Mobile）即全球移動系統(tǒng)。它的工作頻段在890MHz到915MHz之間（用于用戶到基站的傳輸）和935MHz到960MHz之間（用于基站到用戶的傳輸），提供了9.6kbps的數(shù)據(jù)傳輸率。GSM的基本結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)網(wǎng)PSTNMSC操作維護(hù)中心（OMC）BTSBTS

14、BTS設(shè)備標(biāo)識寄存器（EIR）設(shè)備標(biāo)識寄存器（EIR）設(shè)備標(biāo)識寄存器（EIR）設(shè)備標(biāo)識寄存器（EIR）PSTNBSC（2）2.5G2.5G即第二代半蜂窩通信系統(tǒng)規(guī)范，主要采用GPRS（General Packet Radio Service）技術(shù)，即通用分組無線業(yè)務(wù)。GPRS是一種工作于20kHz信道的基于FDMA/TDMA的分級交換無線技術(shù)，支持從144kbps384kbps的速率。GPRS是分組交換，在每個幀分配給用戶多個時隙。（3）3G 3G即第三代蜂窩通信系統(tǒng)規(guī)范。3G的主要特征是可提供豐富多彩的移動多媒體業(yè)務(wù)，傳輸速率在高速移動環(huán)境中支持144kbps，慢速移動環(huán)境中支持384kbp

15、s，靜止?fàn)顟B(tài)下支持2Mbps。3G系統(tǒng)的技術(shù)基礎(chǔ)是CDMA。延伸的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)有：(1)WCDMA(2)CDMA2000(3)TD-SCDMA(4)HSDPA2 無線城域網(wǎng)無線城域網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍可以達(dá)到十公里。寬帶無線接入（BWA，Broadband Wireless Access）技術(shù)與系統(tǒng)是無線移動通信的一個重要技術(shù)與應(yīng)用領(lǐng)域，具有經(jīng)濟(jì)便捷、容量高、覆蓋面廣、可快速提供寬帶業(yè)務(wù)等優(yōu)點.無線寬帶城域網(wǎng)技術(shù)是以IEEE 802.16系列標(biāo)準(zhǔn)為代表的寬帶無線接入熱點技術(shù)。1999年IEEE成立了IEEE802.16工作組專門研究寬帶固定無線接入規(guī)范，目標(biāo)是要建立一個全球統(tǒng)一的寬帶無線接入標(biāo)準(zhǔn)。最早的I

16、EEE802.16標(biāo)準(zhǔn)于2001年12月正式發(fā)布，之后該標(biāo)準(zhǔn)不斷豐富，先后推出了802.16a、802.16c、802.16d以及802.16e標(biāo)準(zhǔn)等。3 無線局域網(wǎng) 無線局域網(wǎng)（WLAN，Wireless Local Area Network）是在有線局域網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，使局域網(wǎng)上的計算機(jī)具有可移動性，能快速、方便的解決有線方式不易實現(xiàn)的連通問題，它是計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與無線通信技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。 （1）WLAN的特點 靈活移動性安裝便捷 經(jīng)濟(jì)節(jié)約 可擴(kuò)展性強(qiáng) 便于維護(hù)和管理 （2）WLAN的標(biāo)準(zhǔn)1）802.112）802.11b/Wi-Fi（Wireless Fidelity，無線保真）3

17、）802.11a4）802.11g5）其他802.11標(biāo)準(zhǔn)： IEEE802.11e、 IEEE802.11f、 IEEE802.11h、 IEEE802.11i6）HomeRF7）HiperLAN/1和HiperLAN/24 無線個域網(wǎng)無線個域網(wǎng)（WPAN，Wireless Personal Area Network）是指對個人操作空間（POS，Personal Operation Space）中的電子設(shè)備進(jìn)行無線互聯(lián)而形成的無線網(wǎng)絡(luò)，它的核心思想是用新的無線傳輸技術(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的有線傳輸技術(shù)，實現(xiàn)個人信息終端的智能化互連，組建個人化的辦公或者家用信息網(wǎng)絡(luò)。 使用動態(tài)拓?fù)湟赃m應(yīng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的移動性。

18、其優(yōu)點是: 按需建網(wǎng)、容錯、連接不受限制; 一種裝置用做主控，其他裝置作為從屬裝置。WPAN特點:小范圍通信（一般通信范圍在10m左右）、低功耗、低成本、低復(fù)雜性、低數(shù)據(jù)速率等。WPAN的標(biāo)準(zhǔn)(1) IrDA（Infrared Data Association）(2) 藍(lán)牙（Bluetooth）(3) IEEE802.155 Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)技術(shù)無線移動自組織網(wǎng)（Ad Hoc）是一種節(jié)點可任意移動、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)動態(tài)變化、沒有預(yù)設(shè)的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。這種無線網(wǎng)絡(luò)具有可臨時組網(wǎng)、快速展開、無控制中心、抗毀性強(qiáng)等特點，拓寬了移動通信的應(yīng)用領(lǐng)域。Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)與傳統(tǒng)的蜂窩技術(shù)的區(qū)別移動節(jié)點之間

19、的通信是在沒有固定基礎(chǔ)設(shè)施（例如基站或路由器）支持的條件下進(jìn)行的。Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)支持動態(tài)配置和動態(tài)流控，所有網(wǎng)絡(luò)協(xié)議也都是分布式的。網(wǎng)絡(luò)的組織和控制并不依賴于某些重要的節(jié)點，所以它們允許節(jié)點發(fā)生故障、離開網(wǎng)絡(luò)或加入網(wǎng)絡(luò)。也就是說每一個移動節(jié)點可以根據(jù)自己的需要在整個網(wǎng)絡(luò)內(nèi)隨意移動，而無須考慮如何維護(hù)與其他實體的通信連接。因此具備動態(tài)搜索、定位和恢復(fù)連接能力。 Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的研究重點組網(wǎng) 接入控制路由算法安全問題服務(wù)質(zhì)量保證（1）組網(wǎng) 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)自組織網(wǎng)絡(luò)可以分成兩種結(jié)構(gòu)：平面結(jié)構(gòu)和分級結(jié)構(gòu)。 平面結(jié)構(gòu)中，所有結(jié)點的地位平等，所以又稱為對等式結(jié)構(gòu)。分級結(jié)構(gòu)中，網(wǎng)絡(luò)被劃分為簇。每個簇由一

20、個簇頭和多個成員節(jié)點組成。簇頭結(jié)點負(fù)責(zé)簇間業(yè)務(wù)的轉(zhuǎn)發(fā)。根據(jù)不同的硬件配置，分級結(jié)構(gòu)又可以分為單頻分級和多頻分級兩種。 網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議棧（2）接入控制在Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧中，媒體訪問控制（Medium Access Control）協(xié)議運行在物理層之上，它主要解決共用信道的使用權(quán)問題，它的性能好壞直接關(guān)系到無線信道的利用效率、網(wǎng)絡(luò)吞吐量、時延等性能指標(biāo)的優(yōu)劣。研究的要點在： 1）低能耗2）高度的自適應(yīng)性3）提高網(wǎng)絡(luò)公平性4）提高網(wǎng)絡(luò)帶寬利用率和吞吐量5）提高網(wǎng)絡(luò)實時性（3）路由算法Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)路由算法的關(guān)鍵技術(shù)問題：路由環(huán)路避免問題、路由協(xié)議的控制開銷問題、路由協(xié)議的可擴(kuò)展性問題、路由協(xié)議對

21、網(wǎng)絡(luò)動態(tài)性的適應(yīng)問題以及路由協(xié)議與定位技術(shù)的結(jié)合問題等。從路由發(fā)現(xiàn)策略的角度來分，路由協(xié)議可分為主動路由和按需路由 。主動路由和按需路由比較路由類型 機(jī)制 優(yōu)點 缺點 主動路由 采用周期性的路由分組廣播，交換路由信息，每個節(jié)點維護(hù)去往全網(wǎng)所有節(jié)點的路由 當(dāng)節(jié)點需要發(fā)送數(shù)據(jù)分組時，只要到目的節(jié)點的路由存在，發(fā)送分組所需的延時很小 花費開銷較大，能使路由更新緊隨拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化，但動態(tài)變化的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可能使路由更新信息變得過時，路由協(xié)議始終處于不收斂狀態(tài) 按需路由 根據(jù)發(fā)送數(shù)據(jù)分組的需要按需進(jìn)行路由發(fā)現(xiàn)的過程，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和路由表內(nèi)容也是按需建立的 不需要周期性路由信息廣播，節(jié)省了一定的網(wǎng)絡(luò)資源 發(fā)送數(shù)

22、據(jù)分組時，如果沒有到目的節(jié)點的路由，需進(jìn)行路由發(fā)現(xiàn)，數(shù)據(jù)分組的發(fā)送因路由發(fā)現(xiàn)過程而被延時 （4）安全問題Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中沒有基站或中心節(jié)點，所有節(jié)點都是移動的，節(jié)點間通過無線信道連接，安全性較差，容易受到竊聽、入侵、仿造身分和拒絕服務(wù)等攻擊，因此有效的適用于Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的安全體系結(jié)構(gòu)和安全技術(shù)是Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的研究重點之一。 （5）服務(wù)質(zhì)量保證在Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中傳輸話音、圖像等多媒體信息對帶寬、時延抖動等都提出了很高的要求，這就需要提供一定的服務(wù)質(zhì)量保證。相對于固定有線網(wǎng)絡(luò)，Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的QoS保障問題更加復(fù)雜，難以實現(xiàn)。Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中的服務(wù)質(zhì)量保證是一個系統(tǒng)性的問題，協(xié)議棧

23、的不同層都要提供相應(yīng)的機(jī)制（如QoS MAC，QoS路由等）。五 藍(lán)牙技術(shù)1 藍(lán)牙技術(shù)的概念藍(lán)牙技術(shù)是由愛立信、諾基亞、東芝、IBM和英特爾等5家大公司于1998年5月聯(lián)合推出的一種無線通信新技術(shù)。通信主要用紅外線鏈路來完成。其實質(zhì)內(nèi)容是要建立通用的無線電空中接口及其控制軟件的公開標(biāo)準(zhǔn)，使通信和計算機(jī)進(jìn)一步結(jié)合，是不同廠家生產(chǎn)的便攜式設(shè)備在沒有電線或電纜相互連接的情況下，能在近距離范圍內(nèi)具有互用、相互操作的性能。藍(lán)牙技術(shù)的無線電收發(fā)器的鏈接距離可達(dá)10m，最多可鏈接7個設(shè)備，形成一個無線個域網(wǎng)絡(luò)。藍(lán)牙采用低能耗無線電通信技術(shù)來實現(xiàn)語音、數(shù)據(jù)和視頻傳輸。采用跳頻技術(shù)能夠抗信號衰落，采用快跳頻和短

24、分組技術(shù)能減少同頻干擾，提高通信的安全性。采用前向糾錯編碼技術(shù)能減少隨機(jī)噪聲的干擾。藍(lán)牙基帶協(xié)議是電路交換和包交換的一種組合形式，時隙做同步數(shù)據(jù)分組專用。藍(lán)牙技術(shù)支持一個異步數(shù)據(jù)通道，或3個并發(fā)的同步語音通道，或一個同時傳輸異步數(shù)據(jù)和同步語音的通道。每一個話音通道支持64Kbps的同步話音。異步通道支持的最大速率為721Kbps，反向應(yīng)速率為57.6Kbps的非對稱連接，或者是432.6Kbps的對稱連接。藍(lán)牙工作在2.4GHz ISM(industry science medicine)全球自由頻段 2 藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渌{(lán)牙系統(tǒng)支持點對點和一點對多點的通信模式。它采用一種靈活的無基站組網(wǎng)方式，2

25、8臺藍(lán)牙設(shè)備即可組成一個微微網(wǎng)。在一個微微網(wǎng)內(nèi)，所有的藍(lán)牙設(shè)備都是對等的，都以同樣的方式工作，其中只有一臺為主設(shè)備，即以其時鐘和跳頻序列同步其他設(shè)備（從設(shè)備）。多個相對獨立的，非同步的微微網(wǎng)客戶連成一個特殊分散網(wǎng)，形成靈活的多重微微網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，各微微網(wǎng)使用不同的跳頻序列來區(qū)別。在擁有10個滿載獨立微微網(wǎng)的多重微微網(wǎng)結(jié)構(gòu)內(nèi)，全雙工數(shù)據(jù)率高于64Mbps。這是因為按照基于0dBm天線發(fā)射功率所進(jìn)行的系統(tǒng)模型，其數(shù)據(jù)吞吐下降率小于10%。3 藍(lán)牙協(xié)議棧應(yīng) 用 層電 話 通 信 協(xié) 議服 務(wù) 發(fā) 現(xiàn) 協(xié) 議串 口 仿 真 協(xié) 議數(shù)據(jù)及控制音頻邏輯鏈路控制與適配協(xié)議主 機(jī) 控 制 器 接 口鏈 路 管

26、理 層 協(xié) 議基 帶 層 ( BB)射 頻 層 (RF)4 藍(lán)牙系統(tǒng)結(jié)構(gòu)藍(lán)牙系統(tǒng)一般由4個功能單元組成：天線單元鏈路控制（固件）單元鏈路管理（軟件）單元藍(lán)牙軟件（協(xié)議）單元 （1）天線單元 藍(lán)牙天線屬于微帶天線，體積小，重量輕。藍(lán)牙空中接口遵循美國聯(lián)邦通信委員會FCC有關(guān)電平為0dBm的ISM頻段的標(biāo)準(zhǔn)。藍(lán)牙的數(shù)據(jù)速率為1Mbps。ISM頻帶是對所有無線電系統(tǒng)都開放的頻帶，因此使用其中的任何一個頻段都會遇到不可預(yù)測的干擾源。 藍(lán)牙特別設(shè)計了快速確認(rèn)和跳頻方案以確保鏈路穩(wěn)定。跳頻的瞬時帶寬是很窄的，但通過擴(kuò)展頻譜技術(shù)使這個窄帶成百倍的擴(kuò)展成寬頻帶，使干擾可能造成的影響變得很小。 （2）鏈路控制（

27、固件）單元在目前的藍(lán)牙產(chǎn)品中，人們使用了3個IC分別作為連接控制器、基帶處理器以及射頻傳輸/接收器，此外還使用了3050個單獨調(diào)諧元件。 鏈路管理（LM）軟件模塊攜帶了鏈路的數(shù)據(jù)設(shè)置、鑒權(quán)、鏈路硬件配置和其他一些協(xié)議。 LM模塊提供如下服務(wù)：發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，請求名稱，鏈路地址查詢，鏈路模式協(xié)商和建立，決定幀的類別等。（3）鏈路控制（固件）單元（4）軟件（協(xié)議）單元藍(lán)牙基帶協(xié)議結(jié)合電路開關(guān)和分組交換機(jī)，適用于語音和數(shù)據(jù)傳輸。藍(lán)牙設(shè)備需要支持一些基本互操作特性要求。對某些設(shè)備，這種要求涉及無線模塊、空中協(xié)議以及應(yīng)用層協(xié)議和對象交換格式。藍(lán)牙對不同級別的設(shè)備（如PC、手持機(jī)、移動電話、耳機(jī)等）有不同的要求。軟件（協(xié)議）結(jié)構(gòu)需有如下功能：設(shè)置及故障診斷工作、能自動識別其他設(shè)備、取代電纜連接、