蓝牙技术的研究与应用毕业论文.doc
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1、目 录摘 要1ABSTRACT2第1章 概论31.1 蓝牙的起源31.2 蓝牙应用简介3第2章 蓝牙技术的原理42.1 蓝牙的系统组成42.2 蓝牙的技术特点42.2.1 蓝牙的特性42.2.2 蓝牙中的TDMA结构42.2.3 蓝牙中跳频技术的使用52.2.4 蓝牙设备的组网52.3 蓝牙测试规范5第3章 蓝牙技术的核心分析63.1 蓝牙技术核心浅析63.2 蓝牙无线层63.3 蓝牙基带层6第4章 蓝牙技术的应用及展望74.1 蓝牙技术的应用74.1.1 使用蓝牙耳机, 实现免提通话74.1.2 在立体声耳机中的应用74.1.3 在电脑之间文件传输的应用74.1.4 与电脑的同步, 进行通讯
2、录的备份的应用84.1.5 实现电脑无线上网的应用84.2 蓝牙技术的发展前景84.2.1 促进移动电话与电脑的同步84.2.2 促进生产力的提高84.2.3 蓝牙技术的市场发展趋势9结束语11参考文献12致 谢13附 录14摘 要蓝牙是一个开放性的、短距离无线通信技术标准。它可以用来在较短距离内取代目前多种线缆连接方案,穿透墙壁等障碍,通过统一的短距离无线链路,在各种数字设备之间实现灵活、安全、低成本、小功耗的话音和数据通信。蓝牙技术使用高速跳频和时分多址等先进技术,在近距离内最廉价地将几台数字化设备呈网状链接起来。 蓝牙作为一种新兴的短距离无线通信技术已经在各个领域得到广泛应用,它提供低成
3、本、低功耗、近距离的无线通信,构成固定与移动设备通信环境中的个人网络,使得近距离内各种信息设备能够实现无缝资源共享。本文介绍了蓝牙技术的起源、发展,阐述了其技术特点、系统组成、原理及应用,最后讨论了蓝牙技术应用中存在的问题及发展前景。关键词: 蓝牙技术 无线通信技术 应用前景AbstractBluetooth is an open, short-range wireless communications technology standards. It can be used to replace the current within a shorter distance to connect
4、 a variety of cable options, penetrate walls and other obstacles, by unifying the short-range wireless link, between the various digital devices and flexible, safe, low-cost, minor merits consumption of voice and data communications. Bluetooth technology uses high-speed frequency hopping and time di
5、vision multiple access and other advanced technologies, in close range of the most inexpensive digital equipment will be using several network link was up.Bluetooth as a new short-range wireless communication technology has been widely used in various fields, which provides low-cost, low power, shor
6、t distance wireless communication, constitute the fixed and mobile communication environment, the personal network, making close-in a variety of information devices to seamlessly share resources.This article describes the origin of the Bluetooth technology, development, describes its technical featu
7、res, system components, theory and application of Bluetooth technology is discussed problems and prospects.Key words: Bluetooth Wireless Communication Technology Prospects第1章 概论1.1 蓝牙的起源蓝牙的名字来源于10世纪丹麦国王Harald Blatand英译为Harold Bluetooth。在行业协会筹备阶段,需要一个极具有表现力的名字来命名这项高新技术。行业组织人员,在经过一夜关于欧洲历史和未来无限技术发展的讨论后
8、,有些人认为用Blatand国王的名字命名再合适不过了。Blatand国王将现在的挪威,瑞典和丹麦统一起来;就如同这项即将面世的技术,技术将被定义为允许不同工业领域之间的协调工作,例如计算机,手机和汽车行业之间的工作。名字于是就这么定下来了。 在丹麦的Jelling城,在教堂里立着一块纪念碑,这块纪念碑就是为了纪念Blatand国王的功绩和他的父亲,丹麦的第一个国王“Gorm the Old”而立的。有趣的是,这块特别的石头在Harald和他的儿子Sven Forkbeard之间的一次战争后就遗失了,近600年里没有人见过这块石头。Sven获胜了(并且把他父亲流放了),因为这块刻着古代北欧文字
9、的石头是Harald的荣耀,所以Sven埋葬了它。直到最近几年,一个农夫对他农场里的这个大土堆产生了好奇,才终于发现了这块石头。 这个标志最初是在商业协会宣布成立的时候由Scandinavian公司设计的。标志保留了它名字的传统特色,包含了古北欧字母“H”,看上去非常类似一个星号和一个“B”,在标志上仔细看两者都能看到。1.2 蓝牙应用简介蓝牙技术的应用范围相当广泛,可以广泛应用于局域网络中各类数据及语音设备,如PC、拨号网络、笔记本电脑、打印机、传真机、数码相机、移动电话和高品质耳机等,蓝牙的无线通讯方式将上述设备连成一个微微网(Piconet),多个微微网之间也可以进行互连接,从而实现各类
10、设备之间随时随地进行通信。由于蓝牙采用无线接口来代替有线电缆连接,具有很强的移植性,并且适用于多种场合,加上该技术功耗低、对人体危害小,而且应用简单、容易实现,所以易于推广。第2章 蓝牙技术的原理 2.1蓝牙的系统组成蓝牙系统组成蓝牙系统由无线单元、链路控制单元、链路管理单元、软件功能四个单元组成 ,如图2-1所示。图2-1 蓝牙系统的组成(1)天线单元蓝牙技术的大线部分体积十分小巧、重量轻,属丁微带天线。蓝牙空中接口建立在Odb(1)的基础上,最人可达20dbm(ioomw),遵循FCC(美国联邦通信委员会)有关电平,Odbm的ISM频段地标准。(2)链路控制(硬件)单元目前蓝牙产品的链路控
11、制硬件单元包括3个集成器件:连接控制器、基带处理器以及身频传输/接收器,此外还使用了35个单独调谐元什。基带链路控制器负责处理基带协议和其他一些低层常规协议。蓝牙基带协议是电路交换与分组交换的结合,采用时分双工实现全双传输。(3)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、链路硬件配置和其他一些协议LM能够发现其他远端LM并通过LMP(链路管理协议)与之通信。(4)件(协议栈)单元蓝牙技术的规范接口可以直接集成到笔记本电脑或者通过Pc卡或usB接口连接,或者直接集成到蜂窝电话中或通过附加设备连接。蓝牙技术系统中的软件(协议栈)是一个独立的操作系统,不与任何操作系统捆
12、绑,它符合已经制定好的监牙规范,适用于集中不同商用操作系统(windows,unix,Pock-etPc等)的蓝牙技术规范正在完善中。2.2蓝牙的技术特点蓝牙技术利用短距离、低成本的无线连接替代电缆连接,从而为现存的数据网络和小型的外围设备提供了统一的连接。它具有许多优越的技术性能,以下介绍一些主要的技术特点。2.2.1 蓝牙的特性蓝牙设备的工作频段选在全球通用的2.4GH的ISM(工业、科学、医学)频段,这样用户不必经过申请便可以在2400-2500MH:范围内选用适当的蓝牙无线电收发器频段。频道采用23个或79个,颇道间隔均为1MHz,采用时分双工方式。调制方式为BT=0.5的GFSK,调
13、制指数为0.28一0.35。蓝牙的无线发射机采用FM调制方式,从而能降低设备的复杂性。最大发射功率分为二个等级,1OOmW(ZodBm),2.5mW(4dBm),1mW(OdBm),在4-20dBm范围内要求采用功率控制,因此,蓝牙设备之间的有效通讯距约为:10-100m。2.2.2 蓝牙中TDMA结构蓝牙的数据传输率为1Mb/s,采用数据包的形式按时隙传送每时隙。0.625s。蓝才系统支持实时的同步定向联接和非实时的异步不定向联接,蓝牙技术支持一个异步数据通道或一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通道。每一个语音通道支持6KB/S的同步语音,异步通道支持最人速率为721KB
14、/S,反向应答速度为57.6KB/s的非对称连接,或者是速率为432.6KB/S的对称连接。2.2.3 蓝牙中跳频技术的使用跳频是蓝牙使用的关键技术之一。对于单时隙包,蓝牙的跳频速率为1600跳/秒,对于多时隙包,跳频速率有所降低;但在建链时则提高为320。跳/秒。使用这样高的调频速率,蓝牙系统具有足够高的抗干扰能力,且硬件设备简单、性能优越。2.2.4 蓝牙设备的组网蓝牙根据网络的概念提供点对点和点对多点有无线连接,在任意一个有效通讯范围内,所有的设备都是平等的,并且遵循相同的工作方式。基于TDMA原理和蓝牙设备的平等性,任一蓝牙设备在主从网络(Pieonet)和分散网络(Seatter-n
15、et)中,既可用主设备(Master),又可作从设备(Slaver),还可同时既是主设备(Master),又是从设备(Slaver)。因此在蓝牙系统中没有从站的概念,另外所有的设备都是可移动,组网十发方便。2.3 蓝牙测试规范表2-1 蓝牙的主要测试标准简略参数最小值典型最大值单位标准类输出功率-4+4dBmRD初始载频-75+75KHzRD载频偏移,DH1-40+25KHzRD载频偏移,DH3-40+40KHzRD载频偏移,DH5-40+40KHzRD单时隙灵敏度-70dBm0.1%BERRD多时隙灵敏度-70dBm0.1%BERRD调制指数140175KHzRD最大接入功率-20dBm0.
16、1%BERRD第3章 蓝牙技术的核心分析3.1蓝牙技术核心浅析蓝牙底层协议是蓝牙技术的核心,也是任何蓝牙设备都必须包括的部分。蓝牙底层协议主要包括射频(BluetoothRadio)、基带(Basebana)、链路管理器协议(LMP)以及主机控制器接口协议。3.1.1 蓝牙无线层蓝牙无线收发信机是一个跳频扩频FiSS 的无线系统,工作在 2.4 GHz ISM频带上。每个单一跳频信道的带宽为IMHZ。在这个频带上,美国和欧洲只能使用其中的 83.5 1I可用频段,其中定义了相隔I MHz的 7 个 RF频道。 日本、西班牙和法国只能使用间隔 1 MHz 的2 个RF频道。在 79 个频率信道中
17、至少有75 个是伪随机使用的。在一个 30 秒的时间段内,这些信道使用任何一个频率的时间都不得超过 0.4 秒。蓝牙无线装置利用所有可用的信道(在美国为 79个),并且用很高的频率进行跳变(每秒1600 跳),伪随机的在所有这些频率中进行选择以获得高信噪比。虽然直接序列扩频系统也可以用于 2.4GHz ISM 频段,但使用这种系统对于要求低成本的蓝牙无线设备来说可能会非常昂贵.一个收发机如果希望能够实现链路的功率控制,就必须能够测 接收信号的强度,依此来决定对端的发射机是否要调整发射功率RSS1(可选)使得这种控制成为可能。RSS1 测 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
18、限电平形成所谓的黄金接收范围。较低门限电平在 5db 和高出接收机实际灵敏度 6db 之间,较高的门限是高出架次门限 20db 的值,精度为正负6db。3.1.2 蓝牙基带层为了让接收方的访问相关器可以搜索到正确的信道访问码并和发送方保持同步,精确接收时间允许有一个 20 微秒的不确定窗口。当从单元从保持状态返回时,它即可和更大的不确定窗口发生相关直到从单元不再与时隙交迭。暂停的从单元周期性地唤醒以侦听来自主单元的信号并重新同步自身的时钟偏移。蓝牙控制器主要运行在以下两个状态:待命和连接。 微微网内总共有 7 种子状态可用于增加从单元和实现连接:寻呼,寻呼扫描,查询,查询扫描,主单元响应,从单
19、元响应和查询响应。待命状态是蓝牙单元的默认低功耗状态。这种状态下只有设备的自身时钟在运行而且不存在同任何其他设备之间的交互。 在连接状态,主单元和从单元可以采用信道(主单元)访问码和主单元蓝牙时钟交换数据包,所采用的跳频方式是信道跳频方案。第4章 蓝牙技术的应用及展望4.1蓝牙技术的应用自从1999年7月BSIG向全世界发布了蓝牙技术标准1.OA版本,蓝牙技术的推广和应用得到迅猛发展,截至目前,BSIG的成品已经超过了2500家,几乎涵盖了全球各行各业.包括通信网络、外设、芯片、转件等广商,甚至消费类电器厂商和汽车制造商也加人BSIG组织。目前国内外蓝牙产品主要有蓝牙芯片、蓝牙适配器、蓝牙记忆
20、棒、蓝牙天线、蓝牙耳机、蓝牙手机、蓝牙笔记本电脑、监牙硬盘、监牙打印机、监牙鼠标、蓝牙手表、蓝牙圆珠笔、蓝牙数码相机和蓝牙标签等。引人注目的是,Blue tolthDeveloper5Confel,enee会议上推出了使用蓝牙技术控制汽车内部的篮牙样车。下面介绍一些蓝牙的应用: 4.1.1 使用蓝牙耳机, 实现免提通话具有蓝牙功能的手机匹配以蓝牙耳机, 从而实现免提通话是目前被广泛应用的一种蓝牙功能, 特别适合于开车族。车内免提设备可以无线的和手机进行连接, 传送双向的语音, 使用免提作为通话系统的语音输入输出设备。并可以结合语音识别, 噪声抑止和回声抵消等功能。首次使用时, 只要打开手机的蓝
21、牙功能, 同时将耳机设置为匹配状态; 当手机找到耳机时, 在手机上输入耳机的识别码就行了, 以后使用时只要将耳机打开就能在手机来电时, 通过耳机进行接听和通话。(手机需支持 HFP profile 应用协议)蓝牙耳机使用的 Profile 说明: Hands- Free Profile (HFP)图4-1: Hands- Free 如图4-1: Hands- Free , 免提, 语音网关的远端音频输入输出设备, 还可以同时提供一些遥控功能。4.1.2 在立体声耳机中的应用为了实现高品质的单声道或双声道的音频业务, 可以使用蓝牙立体声耳机达到这一效果。典型应用是从音乐播放器发送立体声音乐到耳机
22、或扬声器。音乐以特定的压缩格式进行压缩,以便适应有限的带宽。图4-2: Source(SRC)如图4-2: Source(SRC) , 数字音频源;Sink(SNK), 数字音频流的接收器4.1.3 在电脑之间文件传输的应用现在的用户经常会从 PC 上下载各类手机铃声、 图片、 甚至游戏到手机, 利用手机的蓝牙功能可以很容易地实现与 PC 间的文件互传, 与使用串口线或者红外传送相比, 蓝牙具有更高的传输速度,使用更为方便。(手机需支持 FTP profile 应用协议)4.1.4 与电脑的同步, 进行通讯录的备份的应用在电脑安装了蓝牙识配器后, 在蓝牙管理器中可以设置与电脑同步项, 用 ou
23、tlook 实现与手机通讯录的同步, 也可在电脑中编辑好电话, 同步到手机。使用方便, 无需再在手机上输入及编辑电话。可以保证手机和 PC 资料的同步性。(手机需支持 OPP profile 应用协议, 并支持标准的 vCard、 vNote、 vMessage、 vCanlendar 等格式)4.1.5实现电脑无线上网的应用由于手机的屏幕相对较小, 通过 WAP 上网看起来太吃力, 如果有移动 PC 或 PDA 的话, 可以将蓝牙手机作为调制解调器, 通过GPRS 实现无线上网。(手机需支持 DUN profile 应用协议)4.2蓝牙技术的发展前景4.2.1 促进移动电话与电脑的同步应用蓝
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