短距离无线通信技术课程讲义(第二三讲)

蓝牙设备地址 （BD_ADDR）
a b
48位 唯一
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蓝牙微微网(a)和分布式网络(b)示意图
东南大学移动通信国家重点实验室
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短距离无线通信技术
短距离无线通信技术
蓝牙通信系统结构
基于蓝牙技术的系列实验
---- 数字基带仿真
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2. 差错控制原理：差错控制方法分类；差错控制
编码的生成；蓝牙基带包的差错控制（包头检查 HEC，有效载荷校验CRC，前向纠错FEC）。
3. 跳频扩频原理：跳频扩频；蓝牙系统中的跳频
方案（跳频序列、跳频频率）。
4. 保密通信原理：加密系统的组成部分；密钥的
作用；常规密钥密码体制和公开密钥密码体制。
Headset Profile

LAN Access Profile
Synchronization Profile
Hands-Free Profile
任何一种蓝牙应用必须符合应用模型的规定， 以实现与不同厂商生产的蓝牙设备之间的互通性。

通用接入应用模型 服务发现应用模型 无绳电话应用模型 内部互通应用模型 串口应用模型 拨号网络应用模型 传真应用模型 耳机应用模型 局域网接入应用模型 免提应用模型 通用对象交换应用模型 文件传输应用模型 对象推入应用模型 同步应用模型
2011/3/10
短距离无线通信技术
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目录
短距离无线通信技术
主讲教师：夏玮玮 邮箱：wwxia@ 手机：13851584809
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现代无线通信的发展趋势 短距离无线通信技术的基本理论 短距离无线通信技术的研究方向 短距离无线通信技术的典型应用 蓝牙（Bluetooth）
CDMA
CDMA接入基本原理 CDMA接入实验
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短距离无线通信技术
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Bluetooth 目标 . . .
蓝牙技术基本原理
用无线技术联结所有的移动电子设备
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蓝牙系统单元构成
链路管理单元（软件）
实现了链路管理协议（LMP, Link Management Protocol），它 将来自蓝牙协议栈的命令转化成基带层的操作，负责建链和 拆链、链路配置和链路安全。
vCard/ vCalendar
蓝牙协议栈的体系结构
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蓝牙技术支持一个异步数据通道，或三个并发的同步语音通道，或 一个同时传送异步数据和同步语音的通道。
− 每条语音通道支持64kbps的同步语音；异步通道支持最大723.2kbps（相 应的反向应答速率最大为57.6kbps）的非对称连接，或433.9kbps的对称 连接。
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TCS Binary based profiles
Service Discovery Application Profile Cordless Telephony Profile Intercom Profile
TCS 协议定义了蓝牙设备间建立语音和数据呼叫的控制信 令，以及处理蓝牙TCS设备群的移动管理进程。 由于蓝牙无线部分和高层协议对实时性的要求不同，通常 蓝牙系统需要由两个处理器组成：在一个处理器上运行基 带协议和 LMP，称为蓝牙模块；其它高层协议在另一处理 器上运行，称为主机。 这时需要 HCI层作为上下两部分的接口，它在主机和蓝牙 模块之间提供了一个统一的接口，使主机可以完全地控制 蓝牙模块。
接入码：长度通常固定，由网络的设备地址生成。每个 蓝牙设备都分配有一个独立的48比特的设备地址BD_ADDR （地址的低24比特部分LAP；地址的高位8比特部分UAP；16 比特的非有效地址部分）。 包头：包含重要的链路控制信息，由于包头的重要性， 通常需要对整个包头采用纠错编码技术加以保护。在蓝牙系 统中，包头分为6个部分，共18比特，然后再用1/3FEC进行 编码，形成54比特。 有效载荷：是数据包传输中的有效信息部分，其长度可 以是固定的，也可以是可变的，由基带包的类型决定。
蓝牙基本原理
与蓝牙相关的五个实验： 数字基带仿真、服务发现、语音传输、数据传输、电 话网接入、局域网接入、通信传输的有效性和可靠性分析、数字图像的采集传 输和处理 、无线多点组网
无线传感器网络（WSN）
无线传感器网络基本原理 无线传感器网络实验
GSM/GPRS
GSM/GPRS接入基本原理 GSM/GPRS接入实验
蓝牙协议栈的体系结构
逻辑链路控制和适配协议(L2CAP，Logical Link Control and Adaptation Protocol)
L2CAP实现高层协议复用、数据包的分段和重新装配、组管理和面 向高层协议的服务质量管理。 L2CAP采用协议复用、分段和重组操作以及组抽象等方式向高层协 议提供了连接和无连接数据服务。 L2CAP只支持ACL链路，它采用了信道的概念在蓝牙设备不同应用 之间建立不同的路径。
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蓝牙技术的特点
当蓝牙设备到达通信区域时，主设备和从设备间 自动地生成匹克网（Piconet） 蓝牙支持点对点或点对多点的连接，可实现面向 无连接的异步数据传输及面向连接的同步语音传输 蓝牙的出现使得嵌入式无线电的概念悄然兴起 小型化、低功耗和低成本，真正地将网络随身携 带 最大限度地利用功能强大的固定网络
主设备 从设备
蓝牙网络拓扑结构
蓝牙网络的基本单元是微微网（Piconet）
两个以上蓝牙设备共享同一信道就构成微微网。一 个微微网中只能有1个主设备，但最多可以有7个从 设备，所有的从设备都与主设备在时间和跳频上同 步。
不同微微网之间可以相互连接
几个互相独立不同步的、以特定方式连接起来的微 微网形成分布式网络（Scatternet），其中每个微 微网都有自己的跳频信道。在分布式网络中，一个 微微网中的从设备可以同时是其它微微网的主或从 设备。
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蓝牙网络拓扑结构
蓝牙技术支持点对点和一点对多点的通信，采用的是Ad-hoc的组网方式。 在建立网络之前，所有的蓝牙设备的地位都是平等的，只有当某个蓝牙 设备首先主动发起建链操作时，该设备才成为Master。
IP PPP RFCOMM L2CAP HCI LMP Baseband
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蓝牙协议栈的体系结构
基带协议(Baseband)
基带层是蓝牙的物理层，管理物理信道和进行单 数据包传输级别上的链路控制，负责纠错、数据白 化、跳频控制和蓝牙安全。它提供同步和异步两种 数据链路，提供查询和寻呼的方式使蓝牙设备之间 可以相互访问查询和访问。
链路管理协议(LMP，Link Manager Protocol)
LMP负责蓝牙设备之间连接的建立和拆除，管理 功率模式、功率消耗、蓝牙设备单元在微微网中的 工作状态（如保持、呼吸、休眠等模式），以及鉴 权和加密功能。 东南大学移动通信国家重点实验室
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串口替代协议（RFCOMM）
RFCOMM 是基于 ETSI 07.10的串行线仿真协议，为使用串行线传 送机制的上层协议（如OBEX、拨号上网、FAX）提供服务。 它支持模拟串口和远端串口控制。

主机控制器接口(HCI，Host Controller Interface)

Serial Port Profile
Dial-up Networking Profile
Fax Profile
Generic Object Exchange Profile
File Transfer Profile Object Push Profile
− SCO链路是对称的、点对点的链路，占用固定间隔的保留时隙，被看作 是电路交换，典型应用是用作语音通信； − ACL链路提供分组交换的连接，占用非SCO链路的时隙，支持异步和等 时传输。
射频单元
工作频段： 2400~2483.5 MHz之间的ISM频带 调制方式：GFSK, 调制指数：0.28-0.35 扩频方式：跳频扩频 79个跳频信道 发射功率：1mW,2.5mW,100mW 双工方式：时分双工 东南大学移动通信国家重点实验室
WAE WAP
UDP TCP ATcommands
SDP
TCS
OBEX
Audio
蓝牙协议栈单元（软件）
蓝牙软件协议栈是一个独立的作业系统，不与任何操作系统 捆绑，并且符合蓝牙规范的要求。 蓝牙规范包括两个部分，一部分是蓝牙核心协议部分，规定 了射频、基带、连接管理、服务发现、传输层以及与其它通 信协议之间的互通性和互操作性相关的组件；另一部分是蓝 牙应用规范（profile）部分，规定了不同蓝牙应用所需的协议 和操作过程。
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蓝牙标准
蓝牙标准 V1.0 于 1999 年完成 ,V2.0 于 2004 年 11 月 4日 公布。 目标是建立低成本、小范围、低功耗应用的全球标 准 —— Wireless connections made easy。 蓝牙 2.0版本可提供 2Mbps和3Mbps的数据速率，支 持音频和视频（多媒体）通信、车内通信等。 由此蓝牙从串口电缆替代规范进展为具有 WLAN部 分重叠功能的通用的短距离网络。