第八讲(移动通信技术)
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2006
大区制蜂窝移动通信系统
TX:50～100W
30
～
TRX
200m
TX:10～25W
TRX
BS 覆盖半径 20～30km
数据通信原理 软件学院 2006
MS
大区制系统的特点
系统及控制简单； 容量小。 例：设大区制系统共有12个频道（信道ch： channel），每信道可容纳10个移动用户， 求系统用户容量。 解： 系统容量=12(ch)×10(用户/ch) =120 个用户
设5个信道A、B、C、D、E由10个用户按下面三种 不同方式使用，分析系统性能。 专用：只能容纳5个用户，另5个用户无信道使用； 单信道共用：每2个用户共用1个信道，可容纳10 个用户，设每个用户占用信道时间及占用概率为 50％，则信道被对方占用而无信道可用（阻塞） 的概率 P(i)=50% (3) 多信道共用：10个用户共用5个信道，对1个 用户只有各信道都被占用才发生阻塞，故阻塞概 率 η ＝P(A)·P(B)·P(C)·P(D)·P(E) ＝(50%)5 ＝3.1% 数据通信原理 软件学院
数据通信原理 软件学院 2006
小区制（蜂窝网）
区群 ：频率再用，系统容量大……
大区
1
BS BS
3
BS
2 1
2 3
…
数据通信原理 软件学院 2006
小区制的特点
按区群频率再用，频谱利用率及用 户容量极大提高。 小区分裂可进一步提高系统容量。 网络结构及移动性管理复杂。
数据通信原理 软件学院 2006
数据通信原理 软件学院 2006
蓝牙技术的特点
使用2.4GHz频段 无方向性，支持点到点、点到多点的传 输 低功耗 采用跳频技术，安全性好 即连即用（plonk and play） 传输带宽1Mbps 通信距离100m以内
数据通信原理 软件学院 2006
蓝牙技术标准
数据通信原理 软件学院 2006
消息集群
含义：一次通话固定占用一个空闲信道，直至 通话完毕挂机。 例：蜂窝网，无绳电话 特点：信道利用率低 例如采用异频单/双工方式(即一个信道占二个 频率点）,信道利用率<50%： a. 听话时不讲，接收频道占用，发射频道 空闲；反之，接收频道空闲。 (信道利用率 ＝50%) b. 讲话有停顿。(信道利用率<50%)
数据通信原理 软件学院 2006
3G方案比较
数据通信原理 软件学院 2006
三代移动通信技术比较
数据通信原理 软件学院 2006
蓝牙技术在标准上先后推出了Bluetooth 1.0、1.1、 1.2等三个版本，其规范的技术和功能也逐渐完善。 随着Bluetooth 1.2的推出，在传输速度、抗干扰、安 全性等方面有提高。依据发射功率有3种距离等级， Class1 约为100m 左右、Class2 约为10m 、Class3 约为2-3m。一般正常的工作范围是10m 半径之内。 SIG 日前宣布正式采用蓝牙核心规范V2.0。2.0版本的 蓝牙标准提供的带宽将是目前蓝牙带宽的三倍，不过 并没有增大无线传输的距离，蓝牙2.0在传输大量文件 数据时耗电量只有旧版本蓝牙标准的一半。另外，新 版本还具有向后兼容能力和更小的误码率。 在蓝牙1.1标准的时代,CSR(Cambridge Silicon Radio) 公司的CSR Core2芯片占据市场上的绝大部份份额,但 到了蓝牙1.2标准盛行的05年开始, Broadcom公司的 BCM系列芯片组开始领跑市场 IEEE推出蓝牙技术标准IEEE802.15 数据通信原理 软件学院
第八讲 移动通信技术
了解蓝牙技术的概念和技术特点； 了解蓝牙技术的工作机制和标准； 了解移动通信技术的概念和特点； 了解常见的移动通信系统的组成；
数据通信原理 软件学院 2006
蓝牙技术的概念
蓝牙技术是一种用于替代便携或固定电 子设备上使用的电缆或连线的短距离无 线连接技术。 在办公室、家庭和旅途中，无须在任何 电子设备间布设专用线缆和连接器，通 过蓝牙遥控装置可以形成一点到多点的 连接，即在该装置周围组成一个“微 网”，网内任何蓝牙收发器都可与该装 置互通信号。
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准传输集群
含义：释放PPT后延时一段时间 (0.5/1秒)才释放信道,延时期间有 一方按下PTT则仍使用该信道。 特点：信道利用率比传输集群稍 低，但不易发生无信道可用通话断 续的情况。
数据通信原理 软件学院 2006
多信道共用容量及服务质量性能分析
数据通信原理 软件学院 2006
移动通信的特点和技术难点
移动通信必须是无线电通信； 移动通信信道条件恶劣； 无线电频谱资源有限； 移动性管理，安全和保密管理； 移动台必须小，轻，省电，可靠， 适合在移动环境中使用。
数据通信原理 软件学院 2006
移动通信系统的分类
按工作方式分： 单向传输：无线寻呼； 双向传输：蜂窝电话，无绳电话， 对讲机等。 按传输的信号分： 模拟移动通信系统； 数字移动通信系统。
数据通信原理 软件学院 2006
蓝牙系统组成
天线单元 蓝牙的天线部分体积十分小巧、重量轻，属 于微带天线。 链路控制（硬件）单元 目前蓝牙产品的链路控制硬件 单元包括3个集成芯片：连接控制器、基带处理器以及 射频 传输/接收器，此外还使用了3－5 个单独调谐元 件。基带链路控制器负责处理基带协议 和其它一些低 层常规协议。 链路管理（软件）单元 链路管理（LM）软件模块携带 了链路的数据设置、鉴权、链路硬件配置和其它一些协 议 。LM能够发现其他远端LM并通过LMP（链路管理协议） 与之通信。 软件（协议栈）单元 蓝牙的软件（协议栈）是一个独 立的操作系统，不与任何操作系统捆绑，它符合已经制 定好的蓝牙规范。蓝牙系统的通信协议大部分可用软件 来实现，加载到Flash RAM中即可 进行工作。 数据通信原理 软件学院
数据通信原理 软件学院 2006
Leabharlann Baidu
传输集群
含义：通话双方每按一次PTT就重新分配 一个空闲信道，释放PTT立刻释放信道。 双方都未按PTT讲话时不占用信道。 特点：若有12个信道，可供12对以 上用户同时通话； 可能发生按下PTT时无信道可用,或 通话断断续续的情况，为克服这个缺点， 提出准传输集群。
数据通信原理 软件学院 2006
蓝牙技术面临的问题
不能与其他无线协议互操作； 需要“移植”到操作系统上，无法 保障系统稳定性； 安全性不高； 无法进行全面测试； 数据传输速率需要进一步提高。
数据通信原理 软件学院 2006
移动通信
移动通信的含义： 通信双方至少有一方在移动中（或可移动） 的通信。 例：GSM及N-CDMA(IS-95)蜂窝移动通信系 统，其移动台称为手机。 移动通信的重要地位： 通信的理想目标是5个W：任何人 （Whoever）在任何时间（Whenever）、任何 地点（Wherever）与任何他人（Whomever）、 进行任何类型的（Whatever）的信息交换，则 至少通信网的最后一段必须是移动通信系统。
MS1
调度台
同频单工、一呼百应， 例如：出租车调度网， 交警调度网，„„
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TRX
MS2
„
集群移动通信系统
集群的含义 集合各部门专用调度网的频道(信道)，实 行多信道共用及系统共用，信道动态分配给用 户使用。 集群的优点 a.系统共用，提高设备利用率 b.多信道共用，提高频谱利用率和用户容 量； 集群占用频道方式有三种： 消息集群、传输集群和准传输集群。
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无线寻呼系统
主呼
PSTN
寻呼中心
100-150W
寻呼TX RX
BP机
回复
数据通信原理 软件学院 2006
无绳电话
手柄
PSTN
交换机
„
电缆(绳) 座机
小功率：10mw
BS 座 机
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MS 手机 几十～几百米
专用调度网
专用调度移动通信网：单位内部用于调度指挥 TRX TRX
2006
蓝牙关键技术
跳频技术：蓝牙的载频选用全球通用的 2.45GHz ISM频段，由于2.45GHz的频段是对所 有无线电系统都开放的频段，因此使用其中的 任何一个频段都有可能遇到不可预测的干扰源。 采用跳 频扩谱技术是避免干扰的一项有效措 施。 微微网和分散网：当两个蓝牙设备成功建立链 路后，一个微微网便形成了，两者之间的通信 通过无线电波在信道中随机跳转而完成。蓝牙 给每个微微网提供特定的跳转模式，因此它允 许大量的微微网同时存在，同一区域内多个微 微网的互联形成了分散网。不同的微微网信道 有不同的主单元，因而存在不同的跳转模式。
移动性管理的关键问题
MS位置登记及更新 MS进入不同位置区时要向网络进行 位置登记(更新)，以便于呼叫该MS。 MS过区切换 MS在通话过程中从一个小区跨越到 另一个小区时，工作频道自动切换到另 一个小区，而保持通话不中断。
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小区制和大区制比较举例
例：设信道总数为12个（同大区制），3 个小区为1区群，共100个区群，求系统 用户容量。 解： 每组信道数＝12ch/3＝4ch 小区容量＝4ch×8用户/ch＝32用户 每区群容量＝3×32＝96用户（≈原 大区制容量120用户） 总容量＝100×96＝9600用户
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集群系统与蜂窝系统的比较
集群网 蜂窝网
用途
用户优先级
专用调度网
分级
公用移动通信网
不分级
限时通话
5－60秒
无
呼叫方式 单呼、组呼、全呼 单呼 电台工作方式 半双工 双工
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我国蜂窝移动通信的频率分配
我国模拟蜂窝移动通信曾使用890—905MHz（移动 台发，基站收）和935—950MHz（基站发，移动台 收 ） 工 作 频 段 ， 现 已 逐 步 将 部 分 频 率 让 给 GSM （Global System for Mobile）； 我国数字蜂窝移动通信使用905—915MHz（移动台 发，基站收）和950—960MHz（基站发，移动台收） 工 作 频 段 ， 其 中中国 移 动通信 公 司 GSM系 统 使 用 905—909MHz和950—954MHz工作频段，中国联通公 司GSM系统使用909—915MHz和954—960MHz工作频 段。此外中国移动通信公司还使用了1800MHz频段 的10MHz的带宽。 第三代移动通信工作在2000MHz频段上。
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蓝牙关键技术
安全性：蓝牙技术的无线传输特性使它非常容 易受到攻击，因此安全机制在蓝牙技术中显得 尤为 重要。虽然蓝牙系统所采用的跳频技术 已经提供了一定的安全保障，但是蓝牙系统仍 然 需要链路层和应用层的安全管理。 纠错技术：蓝牙系统的纠错机制分为FEC和包 重发。为了减少复杂性，使开销和无效重发为 最小，蓝 牙执行快ARQ结构。ARQ结构分为： 停止等待ARQ、向后N个ARQ、重复选择ARQ和混 合结构。
2006
蓝牙技术应用
蓝牙耳机 蓝牙鼠标
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蓝牙对讲机
蓝牙技术应用
蓝牙眼镜 蓝牙PDA
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蓝牙手表
蓝牙技术应用
所谓熟悉的陌生人是由一位名叫 Stanley Milgram的心理学专家 在1972年的论文中首次提出的， 这是一种现代社会的社会现象。 熟悉的陌生人是那些我们经常观 察但从没有交流过的人。而这种 关系就变成我们虽彼此相识，都 已经默认将对方忽略掉了却不是 因为有敌意的关系。这样的一个 最好例子是：你每天早上上班时 都会在地铁里遇见某个人，如果 那个人某天没出现在地铁里，你 就会有所注意。”
大区制蜂窝移动通信系统
TX:50～100W
30
～
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200m
TX:10～25W
TRX
BS 覆盖半径 20～30km
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MS
大区制系统的特点
系统及控制简单； 容量小。 例：设大区制系统共有12个频道（信道ch： channel），每信道可容纳10个移动用户， 求系统用户容量。 解： 系统容量=12(ch)×10(用户/ch) =120 个用户
设5个信道A、B、C、D、E由10个用户按下面三种 不同方式使用，分析系统性能。 专用：只能容纳5个用户，另5个用户无信道使用； 单信道共用：每2个用户共用1个信道，可容纳10 个用户，设每个用户占用信道时间及占用概率为 50％，则信道被对方占用而无信道可用（阻塞） 的概率 P(i)=50% (3) 多信道共用：10个用户共用5个信道，对1个 用户只有各信道都被占用才发生阻塞，故阻塞概 率 η ＝P(A)·P(B)·P(C)·P(D)·P(E) ＝(50%)5 ＝3.1% 数据通信原理 软件学院
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小区制（蜂窝网）
区群 ：频率再用，系统容量大……
大区
1
BS BS
3
BS
2 1
2 3
…
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小区制的特点
按区群频率再用，频谱利用率及用 户容量极大提高。 小区分裂可进一步提高系统容量。 网络结构及移动性管理复杂。
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蓝牙技术的特点
使用2.4GHz频段 无方向性，支持点到点、点到多点的传 输 低功耗 采用跳频技术，安全性好 即连即用（plonk and play） 传输带宽1Mbps 通信距离100m以内
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蓝牙技术标准
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消息集群
含义：一次通话固定占用一个空闲信道，直至 通话完毕挂机。 例：蜂窝网，无绳电话 特点：信道利用率低 例如采用异频单/双工方式(即一个信道占二个 频率点）,信道利用率<50%： a. 听话时不讲，接收频道占用，发射频道 空闲；反之，接收频道空闲。 (信道利用率 ＝50%) b. 讲话有停顿。(信道利用率<50%)
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3G方案比较
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三代移动通信技术比较
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蓝牙技术在标准上先后推出了Bluetooth 1.0、1.1、 1.2等三个版本，其规范的技术和功能也逐渐完善。 随着Bluetooth 1.2的推出，在传输速度、抗干扰、安 全性等方面有提高。依据发射功率有3种距离等级， Class1 约为100m 左右、Class2 约为10m 、Class3 约为2-3m。一般正常的工作范围是10m 半径之内。 SIG 日前宣布正式采用蓝牙核心规范V2.0。2.0版本的 蓝牙标准提供的带宽将是目前蓝牙带宽的三倍，不过 并没有增大无线传输的距离，蓝牙2.0在传输大量文件 数据时耗电量只有旧版本蓝牙标准的一半。另外，新 版本还具有向后兼容能力和更小的误码率。 在蓝牙1.1标准的时代,CSR(Cambridge Silicon Radio) 公司的CSR Core2芯片占据市场上的绝大部份份额,但 到了蓝牙1.2标准盛行的05年开始, Broadcom公司的 BCM系列芯片组开始领跑市场 IEEE推出蓝牙技术标准IEEE802.15 数据通信原理 软件学院
第八讲 移动通信技术
了解蓝牙技术的概念和技术特点； 了解蓝牙技术的工作机制和标准； 了解移动通信技术的概念和特点； 了解常见的移动通信系统的组成；
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蓝牙技术的概念
蓝牙技术是一种用于替代便携或固定电 子设备上使用的电缆或连线的短距离无 线连接技术。 在办公室、家庭和旅途中，无须在任何 电子设备间布设专用线缆和连接器，通 过蓝牙遥控装置可以形成一点到多点的 连接，即在该装置周围组成一个“微 网”，网内任何蓝牙收发器都可与该装 置互通信号。
数据通信原理 软件学院 2006
准传输集群
含义：释放PPT后延时一段时间 (0.5/1秒)才释放信道,延时期间有 一方按下PTT则仍使用该信道。 特点：信道利用率比传输集群稍 低，但不易发生无信道可用通话断 续的情况。
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多信道共用容量及服务质量性能分析
数据通信原理 软件学院 2006
移动通信的特点和技术难点
移动通信必须是无线电通信； 移动通信信道条件恶劣； 无线电频谱资源有限； 移动性管理，安全和保密管理； 移动台必须小，轻，省电，可靠， 适合在移动环境中使用。
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移动通信系统的分类
按工作方式分： 单向传输：无线寻呼； 双向传输：蜂窝电话，无绳电话， 对讲机等。 按传输的信号分： 模拟移动通信系统； 数字移动通信系统。
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蓝牙系统组成
天线单元 蓝牙的天线部分体积十分小巧、重量轻，属 于微带天线。 链路控制（硬件）单元 目前蓝牙产品的链路控制硬件 单元包括3个集成芯片：连接控制器、基带处理器以及 射频 传输/接收器，此外还使用了3－5 个单独调谐元 件。基带链路控制器负责处理基带协议 和其它一些低 层常规协议。 链路管理（软件）单元 链路管理（LM）软件模块携带 了链路的数据设置、鉴权、链路硬件配置和其它一些协 议 。LM能够发现其他远端LM并通过LMP（链路管理协议） 与之通信。 软件（协议栈）单元 蓝牙的软件（协议栈）是一个独 立的操作系统，不与任何操作系统捆绑，它符合已经制 定好的蓝牙规范。蓝牙系统的通信协议大部分可用软件 来实现，加载到Flash RAM中即可 进行工作。 数据通信原理 软件学院
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Leabharlann Baidu
传输集群
含义：通话双方每按一次PTT就重新分配 一个空闲信道，释放PTT立刻释放信道。 双方都未按PTT讲话时不占用信道。 特点：若有12个信道，可供12对以 上用户同时通话； 可能发生按下PTT时无信道可用,或 通话断断续续的情况，为克服这个缺点， 提出准传输集群。
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蓝牙技术面临的问题
不能与其他无线协议互操作； 需要“移植”到操作系统上，无法 保障系统稳定性； 安全性不高； 无法进行全面测试； 数据传输速率需要进一步提高。
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移动通信
移动通信的含义： 通信双方至少有一方在移动中（或可移动） 的通信。 例：GSM及N-CDMA(IS-95)蜂窝移动通信系 统，其移动台称为手机。 移动通信的重要地位： 通信的理想目标是5个W：任何人 （Whoever）在任何时间（Whenever）、任何 地点（Wherever）与任何他人（Whomever）、 进行任何类型的（Whatever）的信息交换，则 至少通信网的最后一段必须是移动通信系统。
MS1
调度台
同频单工、一呼百应， 例如：出租车调度网， 交警调度网，„„
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TRX
MS2
„
集群移动通信系统
集群的含义 集合各部门专用调度网的频道(信道)，实 行多信道共用及系统共用，信道动态分配给用 户使用。 集群的优点 a.系统共用，提高设备利用率 b.多信道共用，提高频谱利用率和用户容 量； 集群占用频道方式有三种： 消息集群、传输集群和准传输集群。
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无线寻呼系统
主呼
PSTN
寻呼中心
100-150W
寻呼TX RX
BP机
回复
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无绳电话
手柄
PSTN
交换机
„
电缆(绳) 座机
小功率：10mw
BS 座 机
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MS 手机 几十～几百米
专用调度网
专用调度移动通信网：单位内部用于调度指挥 TRX TRX
2006
蓝牙关键技术
跳频技术：蓝牙的载频选用全球通用的 2.45GHz ISM频段，由于2.45GHz的频段是对所 有无线电系统都开放的频段，因此使用其中的 任何一个频段都有可能遇到不可预测的干扰源。 采用跳 频扩谱技术是避免干扰的一项有效措 施。 微微网和分散网：当两个蓝牙设备成功建立链 路后，一个微微网便形成了，两者之间的通信 通过无线电波在信道中随机跳转而完成。蓝牙 给每个微微网提供特定的跳转模式，因此它允 许大量的微微网同时存在，同一区域内多个微 微网的互联形成了分散网。不同的微微网信道 有不同的主单元，因而存在不同的跳转模式。
移动性管理的关键问题
MS位置登记及更新 MS进入不同位置区时要向网络进行 位置登记(更新)，以便于呼叫该MS。 MS过区切换 MS在通话过程中从一个小区跨越到 另一个小区时，工作频道自动切换到另 一个小区，而保持通话不中断。
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小区制和大区制比较举例
例：设信道总数为12个（同大区制），3 个小区为1区群，共100个区群，求系统 用户容量。 解： 每组信道数＝12ch/3＝4ch 小区容量＝4ch×8用户/ch＝32用户 每区群容量＝3×32＝96用户（≈原 大区制容量120用户） 总容量＝100×96＝9600用户
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集群系统与蜂窝系统的比较
集群网 蜂窝网
用途
用户优先级
专用调度网
分级
公用移动通信网
不分级
限时通话
5－60秒
无
呼叫方式 单呼、组呼、全呼 单呼 电台工作方式 半双工 双工
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我国蜂窝移动通信的频率分配
我国模拟蜂窝移动通信曾使用890—905MHz（移动 台发，基站收）和935—950MHz（基站发，移动台 收 ） 工 作 频 段 ， 现 已 逐 步 将 部 分 频 率 让 给 GSM （Global System for Mobile）； 我国数字蜂窝移动通信使用905—915MHz（移动台 发，基站收）和950—960MHz（基站发，移动台收） 工 作 频 段 ， 其 中中国 移 动通信 公 司 GSM系 统 使 用 905—909MHz和950—954MHz工作频段，中国联通公 司GSM系统使用909—915MHz和954—960MHz工作频 段。此外中国移动通信公司还使用了1800MHz频段 的10MHz的带宽。 第三代移动通信工作在2000MHz频段上。
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蓝牙关键技术
安全性：蓝牙技术的无线传输特性使它非常容 易受到攻击，因此安全机制在蓝牙技术中显得 尤为 重要。虽然蓝牙系统所采用的跳频技术 已经提供了一定的安全保障，但是蓝牙系统仍 然 需要链路层和应用层的安全管理。 纠错技术：蓝牙系统的纠错机制分为FEC和包 重发。为了减少复杂性，使开销和无效重发为 最小，蓝 牙执行快ARQ结构。ARQ结构分为： 停止等待ARQ、向后N个ARQ、重复选择ARQ和混 合结构。
2006
蓝牙技术应用
蓝牙耳机 蓝牙鼠标
数据通信原理 软件学院 2006
蓝牙对讲机
蓝牙技术应用
蓝牙眼镜 蓝牙PDA
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蓝牙手表
蓝牙技术应用
所谓熟悉的陌生人是由一位名叫 Stanley Milgram的心理学专家 在1972年的论文中首次提出的， 这是一种现代社会的社会现象。 熟悉的陌生人是那些我们经常观 察但从没有交流过的人。而这种 关系就变成我们虽彼此相识，都 已经默认将对方忽略掉了却不是 因为有敌意的关系。这样的一个 最好例子是：你每天早上上班时 都会在地铁里遇见某个人，如果 那个人某天没出现在地铁里，你 就会有所注意。”