w第五章无线通信系统之其他

1、无线通信系统之其他2022-6-27青农大理信学院通信教研室李爱涛青农大理信学院通信教研室李爱涛12022-6-27青农大理信学院通信教研室李爱涛青农大理信学院通信教研室李爱涛2主要内容nWLANnWiMAXnUWBn蓝牙蓝牙nZigBeenPAN2022-6-27青农大理信学院通信教研室李爱涛青农大理信学院通信教研室李爱涛3一、无线局域网一、无线局域网-WLANnWLAN的定义的定义nWLAN的优缺点的优缺点nWLAN的组成结构的组成结构nWLAN的技术要求的技术要求nWLAN的协议的协议nWLAN与与WIFI的区别的区别1.1 无线局域网定义无线局域网定义nWLAN为Wireless LA

2、N的简称，即无线局域网。无线局域网是利用无线技术实现快速接入以太网的技术。n传输介质：射频无线电波、红外n覆盖范围：几十米到几公里，“局域”是一个相对的概念。2022-6-27青农大理信学院通信教研室李爱涛青农大理信学院通信教研室李爱涛4电磁波的使用电磁波的使用n分类q专用频段（授权频段 Licensed Band）q自由使用的频段（非授权频段 Unlicensed Band）qISM频段（Industrial、Scientific、Medical）不需要缴费，不需要执照，但必须严格执行有关电波法规2022-6-27青农大理信学院通信教研室李爱涛青农大理信学院通信教研室李爱涛51.2 无线局域

3、网的优点无线局域网的优点n灵活性和移动性。灵活性和移动性。连接到无线局域网的用户可以移动且能同时连接到无线局域网的用户可以移动且能同时与网络保持连接。与网络保持连接。n安装便捷。安装便捷。无线局域网可以免去或最大程度地减少网络布线的无线局域网可以免去或最大程度地减少网络布线的工作量，一般只要安装一个或多个接入点设备，就可建立覆盖工作量，一般只要安装一个或多个接入点设备，就可建立覆盖整个区域的局域网络。整个区域的局域网络。n易于进行网络规划和调整。易于进行网络规划和调整。对于有线网络来说，办公地点或网对于有线网络来说，办公地点或网络拓扑的改变通常意味着重新建网。络拓扑的改变通常意味着重新建网。n

4、易于扩展。易于扩展。无线局域网有多种配置方式，可以很快从只有几个无线局域网有多种配置方式，可以很快从只有几个用户的小型局域网扩展到上千用户的大型网络，并且能够提供用户的小型局域网扩展到上千用户的大型网络，并且能够提供节点间节点间“漫游漫游”等有线网络无法实现的特性。等有线网络无法实现的特性。2022-6-27青农大理信学院通信教研室李爱涛青农大理信学院通信教研室李爱涛6缺点缺点n性能。性能。无线局域网是依靠无线电波进行传输的。这些电波无线局域网是依靠无线电波进行传输的。这些电波通过无线发射装置进行发射，而建筑物、车辆、树木和其通过无线发射装置进行发射，而建筑物、车辆、树木和其它障碍物都可能阻碍

5、电磁波的传输，所以会影响网络的性它障碍物都可能阻碍电磁波的传输，所以会影响网络的性能。能。n速率。速率。无线信道的传输速率与有线信道相比要低得多。目无线信道的传输速率与有线信道相比要低得多。目前，无线局域网的最大传输速率为前，无线局域网的最大传输速率为150Mbit/s，只适合于个，只适合于个人终端和小规模网络应用。人终端和小规模网络应用。n安全性。安全性。本质上无线电波不要求建立物理的连接通道，无本质上无线电波不要求建立物理的连接通道，无线信号是发散的。从理论上讲，很容易监听到无线电波广线信号是发散的。从理论上讲，很容易监听到无线电波广播范围内的任何信号，造成通信信息泄漏。播范围内的任何信号

6、，造成通信信息泄漏。 2022-6-27青农大理信学院通信教研室李爱涛青农大理信学院通信教研室李爱涛71.3 WLAN的组成结构的组成结构nWLAN主要由主要由站（站（Station，STA）、接入点（接入点（Access Point，AP）、无线介质（无线介质（Wireless Medium，WM）和和分布式系统（分布式系统（Distribution System，DS）组成。组成。 2022-6-27青农大理信学院通信教研室李爱涛青农大理信学院通信教研室李爱涛8客户端，可以是装有无客户端，可以是装有无线网卡的计算机，也可线网卡的计算机，也可以是有以是有WiFi模块的智能模块的智能手机。可以

7、是移动、半手机。可以是移动、半移动，也可以是固定的，移动，也可以是固定的，是是WLAN的最基本组成的最基本组成单元。单元。类似蜂窝结构中的基站，通常位类似蜂窝结构中的基站，通常位于基本服务区（于基本服务区（BSA）中心，是）中心，是有线网络与无线局域网的节点，有线网络与无线局域网的节点，实现站对分布式系统的接入和站实现站对分布式系统的接入和站之间的通信。之间的通信。一个无线一个无线AP以及与其关联的以及与其关联的STA被称为一个基本服务集（被称为一个基本服务集（BSS），多个），多个BSS可以进行组网，连接多个可以进行组网，连接多个BSS的网络构件称为分布式系统。的网络构件称为分布式系统。20

8、22-6-27青农大理信学院通信教研室李爱涛青农大理信学院通信教研室李爱涛92022-6-27青农大理信学院通信教研室李爱涛青农大理信学院通信教研室李爱涛101.5 技术要求技术要求n由于无线局域网需要支持高速、突发的数据业务，在室内使用还需要解决多径衰落以及各子网间串扰等问题。必须实现以下技术要求：q可靠性：无线局域网的系统分组丢失率应该低于10-5，误码率应该低于10-8。q兼容性：兼容性：对于室内使用的无线局域网，应尽可能使其跟现有的有线局域网在网络操作系统和网络软件上相互兼容。q数据速率：数据速率：为了满足局域网业务量的需要，无线局域网的数据传输速率应该在1Mbps以上。q通信保密：通

9、信保密：由于数据通过无线介质在空中传播，无线局域网必须在不同层次采取有效的措施以提高通信保密和数据安全性能。q移动性：移动性：支持全移动网络或半移动网络。q节能管理：节能管理：当无数据收发时使站点机处于休眠状态，当有数据收发时再激活，从而达到节省电力消耗的目的。q小型化、低价格：小型化、低价格：这是无线局域网得以普及的关键。q电磁环境：电磁环境：无线局域网应考虑电磁对人体和周边环境的影响问题。2022-6-27青农大理信学院通信教研室李爱涛青农大理信学院通信教研室李爱涛111.5 协议协议n对比OSI七层协议模型，WLAN只具有物理层和数据链路层的功能qIEEE 802.11qHiperLAN

10、2022-6-27青农大理信学院通信教研室李爱涛青农大理信学院通信教研室李爱涛12IEEE 802.11 n802.11是由是由IEEE国际电工电子工程学会国际电工电子工程学会为为WLAN制定的协制定的协议组。议组。n基于基于IEEE802.11标准的无线局域网允许在局域网络环境中标准的无线局域网允许在局域网络环境中使用未授权的使用未授权的2.4或或5.3GHz射频波段射频波段进行无线连接。进行无线连接。n802.11规范了无线局域网络的规范了无线局域网络的介质存取控制层介质存取控制层(Medium Access Control；MAC)及及实体层实体层(Physical；PHY)。2022-

11、6-27青农大理信学院通信教研室李爱涛青农大理信学院通信教研室李爱涛13n由于实际无线传输的方式不同，由于实际无线传输的方式不同，IEEE802.11IEEE802.11在统一的在统一的MACMAC层层下面规范了各种不同的实体层，以适应目前的情况及未来的下面规范了各种不同的实体层，以适应目前的情况及未来的技术发展。技术发展。n目前目前802.11802.11中制订了三种介质的实体。中制订了三种介质的实体。n2.4GHz 直序扩频直序扩频 q速率速率1Mbps时用时用DBPSK调制，速率调制，速率2Mbps时用时用DQPSK调制调制 n2.4GHz 跳频扩频跳频扩频 q速率速率1Mbps时用时用

12、GFSK调制，速率调制，速率2Mbps时用时用GFSK调制调制 nDiffused IR 波长波长850-950nmq速率速率1Mbps时用时用16ppm调制，速率调制，速率2Mbps时用时用4ppm调制调制n其中前两种在不须授权使用的其中前两种在不须授权使用的2.4GHz的射频方式，第三项的射频方式，第三项的红外线由于目前使用上没有任何管制（除了安全上的规范的红外线由于目前使用上没有任何管制（除了安全上的规范），因此也是自由使用的。），因此也是自由使用的。 2022-6-27青农大理信学院通信教研室李爱涛青农大理信学院通信教研室李爱涛14n802.11：IEEE最初制定的一个无线局域网标准，

13、主要用于解决办公最初制定的一个无线局域网标准，主要用于解决办公室局域网和校园网中用户与用户终端的无线接入，业务主要限于数室局域网和校园网中用户与用户终端的无线接入，业务主要限于数据存取，速率最高只能达到据存取，速率最高只能达到2Mbps。在速率和传输距离上都不能满。在速率和传输距离上都不能满足人们的需要。足人们的需要。n802.11a：工作在工作在5GHz频带频带，传输传输速率最高可达速率最高可达54Mbps。是一个非。是一个非全球性的标准全球性的标准。n802.11b：载波的频率为载波的频率为2.4GHz，传送速度为传送速度为11Mbit/s。是所有无线。是所有无线局域网标准中最著名，也是普

14、及最广的标准。局域网标准中最著名，也是普及最广的标准。802.11b是所有是所有WLAN标准演进的基石标准演进的基石。n 802.11g：是为了提高更高的传输速率而制定的标准，其是为了提高更高的传输速率而制定的标准，其载波的频率载波的频率为为2.4GHz（跟（跟802.11b相同），相同），传输传输速度为速度为54Mbit/s，802.11g的设备的设备与与802.11b兼容。兼容。2022-6-27青农大理信学院通信教研室李爱涛青农大理信学院通信教研室李爱涛15IEEE 802.11 HiperLANnHigh Performance Radio LAN，是一种在欧洲应用的无线局，是一种在欧

15、洲应用的无线局域网通讯标准的一个子集。提供了类似于域网通讯标准的一个子集。提供了类似于IEEE 802.11无线局无线局域网协议的性能和能力。域网协议的性能和能力。n两种规格：两种规格：HiperLAN/1和和HiperLAN/2。这两种标准均被欧。这两种标准均被欧洲电信标准协会（洲电信标准协会（ETSI）采用。）采用。nHiperLAN/1标准采用标准采用5G射频频率射频频率，可以达到，可以达到上行上行20Mbps的的速率速率，采用，采用GMSK调制调制技术技术。nHiperLAN/2同样采用同样采用5G射频频率射频频率，上行速率可以达到上行速率可以达到54Mbps，采用，采用OFDM（正交

16、频分复用）（正交频分复用）调制调制技术技术。系统同。系统同3G标准兼容。是目前最为完善的无线局域网标准兼容。是目前最为完善的无线局域网(WLAN)协议。协议。 2022-6-27青农大理信学院通信教研室李爱涛青农大理信学院通信教研室李爱涛16nHiperLAN/2特点：特点：q高速传输高速传输：由于采用了先进的由于采用了先进的OFDM调制技术，调制技术，HiperLAN/2可以可以提供非常高的数据传输速率，其速率在物理层最高达提供非常高的数据传输速率，其速率在物理层最高达54Mbps。q面向连接：面向连接：在传送数据之前，在传送数据之前，AP和和MT之间通过之间通过HiperLAN/2控制控制

17、层的信令预先建立连接。层的信令预先建立连接。q支持支持QoS：HiperLAN/2面向连接的特性有利于实现对面向连接的特性有利于实现对QoS的支持。的支持。由于高传输率和对由于高传输率和对QoS的支持，的支持，HiperLAN/2可以同时传输不同类可以同时传输不同类型的数据流，比如视频、话音和数据等。型的数据流，比如视频、话音和数据等。q自动频率配置：自动频率配置：接入点接入点AP能自动选择适当的无线信道进行传输数能自动选择适当的无线信道进行传输数据。据。AP监听邻近小区及环境中的其他无线资源，根据最小干扰和监听邻近小区及环境中的其他无线资源，根据最小干扰和资源不冲突准则选择适当的无线信道。资

18、源不冲突准则选择适当的无线信道。q支持小区切换：支持小区切换：移动终端与具有最好信噪比的接入点通信。移动终端与具有最好信噪比的接入点通信。q安全保密：安全保密：HiperLAN/2网络支持安全认证和加密功能。网络支持安全认证和加密功能。q网络与应用无关：网络与应用无关： HiperLAN/2网络协议栈具有灵活的体系结构，网络协议栈具有灵活的体系结构，很容易适配并扩展不同的固定网络。很容易适配并扩展不同的固定网络。 2022-6-27青农大理信学院通信教研室李爱涛青农大理信学院通信教研室李爱涛17nWIFI（Wireless Fidelity，无线保真）技术是一个基于，无线保真）技术是一个基于8

19、02.11系系列标准的无线网路通信技术的品牌，目的是改善基于列标准的无线网路通信技术的品牌，目的是改善基于802.11标标准的无线网路产品之间的互通性，由准的无线网路产品之间的互通性，由Wi-Fi联盟（联盟（Wi-Fi Alliance）所持有。）所持有。n简单来说简单来说WIFI就是一种无线联网的技术，以前通过网络连接电就是一种无线联网的技术，以前通过网络连接电脑，而现在则是通过无线电波来连网。脑，而现在则是通过无线电波来连网。n WLAN与与WIFI的区别：的区别： 事实上事实上WIFI就是就是WLANA（无线局域（无线局域网联盟）的一个商标，该商标仅保障使用该商标的商品互相之网联盟）的一

20、个商标，该商标仅保障使用该商标的商品互相之间可以合作，与标准本身实际上没有关系，但因为间可以合作，与标准本身实际上没有关系，但因为WIFI 主要采主要采用用802.11b协议，因此人们逐渐习惯用协议，因此人们逐渐习惯用WIFI来称呼来称呼802.11b协议协议。从包含关系上来说，从包含关系上来说，WIFI是是WLAN的一个标准，的一个标准，WIFI包含包含于于 WLAN中，属于采用中，属于采用WLAN协议中的一项新技术。协议中的一项新技术。2022-6-27青农大理信学院通信教研室李爱涛青农大理信学院通信教研室李爱涛181.6 WLAN与与WIFI的区别的区别二、二、WiMAXnWorldwi

21、de Interoperability for Microwave Access全球微波互联接入全球微波互联接入nWiMAX也叫也叫802.16无线城域网或无线城域网或802.16，于于2007年被批准成为第四个年被批准成为第四个3G标准标准。nWiMAX是一项新兴的宽带无线接入技术，能提供面向互联网的高速是一项新兴的宽带无线接入技术，能提供面向互联网的高速连接，数据传输距离最远可达连接，数据传输距离最远可达50km。nWiMAX的技术起点较高，采用了代表未来通信技术发展方向的的技术起点较高，采用了代表未来通信技术发展方向的OFDM/OFDMA、HARQ、MIMO等先进技术。等先进技术。 nW

22、iMAX是又一种为企业和家庭用户提供是又一种为企业和家庭用户提供“最后一英里最后一英里”的宽带无线的宽带无线连接方案。连接方案。nWiMAX网络使用的做法类似于移动电话。把某一定地理范围分成多网络使用的做法类似于移动电话。把某一定地理范围分成多个单元。当用户设备从一个单元到另一个，无线连接也是顺延的从一个单元。当用户设备从一个单元到另一个，无线连接也是顺延的从一个单元过渡到另一个单元。个单元过渡到另一个单元。nWiMAX网络包括两个主要组件基站和用户设备。网络包括两个主要组件基站和用户设备。nWiMAX标准支持移动，便携式和固定服务。标准支持移动，便携式和固定服务。 2022-6-27青农大理

23、信学院通信教研室李爱涛青农大理信学院通信教研室李爱涛19n实现更远的传输距离。实现更远的传输距离。WiMax所能实现的所能实现的50公里的无线信号公里的无线信号传输距离是无线局域网所不能比拟的，网络覆盖面积是传输距离是无线局域网所不能比拟的，网络覆盖面积是3G发发射塔的射塔的10倍，只要少数基站建设就能实现全城覆盖，这样就倍，只要少数基站建设就能实现全城覆盖，这样就使得无线网络应用的范围大大扩展。使得无线网络应用的范围大大扩展。n提供更高速的宽带接入。提供更高速的宽带接入。据悉，据悉，WiMax所能提供的最高接入所能提供的最高接入速度是速度是70M，这个速度是，这个速度是3G所能提供的宽带速度

24、的所能提供的宽带速度的30倍。倍。n提供优良的最后一公里网络接入服务。提供优良的最后一公里网络接入服务。作为一种无线城域网作为一种无线城域网技术，它可以将技术，它可以将WiFi连接到互联网，也可作为连接到互联网，也可作为DSL等有线接等有线接入方式的无线扩展，实现最后一公里的宽带接入。入方式的无线扩展，实现最后一公里的宽带接入。n提供多媒体通信服务。提供多媒体通信服务。由于由于WiMax较之较之WiFi具有更好的可扩具有更好的可扩展性和安全性，从而能够实现电信级的多媒体通信服务。展性和安全性，从而能够实现电信级的多媒体通信服务。WiMAX的优点的优点2022-6-27青农大理信学院通信教研室李

25、爱涛青农大理信学院通信教研室李爱涛20n从标准来讲从标准来讲WiMax技术是技术是不能支持用户在移动过程中无缝切不能支持用户在移动过程中无缝切换。换。其速度只有其速度只有50公里，而且如果高速移动，公里，而且如果高速移动，WiMAX达不到达不到无缝切换的要求，跟无缝切换的要求，跟3G的三个主流标准比，其性能相差是很的三个主流标准比，其性能相差是很远的。远的。qWiMAX要到要到802.16m才能成为具有无缝切换功能的移动通才能成为具有无缝切换功能的移动通信系统。信系统。WiMAX阵营把解决这个问题的希望寄托于未来的阵营把解决这个问题的希望寄托于未来的16m标准上，而标准上，而16m的进展情况还

26、存在不确定因素。的进展情况还存在不确定因素。nWiMAX严格意义讲严格意义讲不是一个移动通信系统的标准不是一个移动通信系统的标准，还是一个，还是一个无线城域网的技术。无线城域网的技术。WiMAX的缺点的缺点2022-6-27青农大理信学院通信教研室李爱涛青农大理信学院通信教研室李爱涛21三、三、UWBnUWB（超宽带：（超宽带：Ultra Wideband）无线通信是一）无线通信是一种不用载波，而采用时间间隔极短（小于种不用载波，而采用时间间隔极短（小于1ns）的）的脉冲进行通信的方式。脉冲进行通信的方式。nUWB技术最初是被作为军用雷达技术开发的，早期技术最初是被作为军用雷达技术开发的，早期

27、主要用于雷达技术领域。主要用于雷达技术领域。2002年年2月，美国月，美国FCC（联邦通讯委员会）批准了联邦通讯委员会）批准了UWB技术用于民用，技术用于民用，UWB的发展步伐开始逐步加快。的发展步伐开始逐步加快。 2022-6-27青农大理信学院通信教研室李爱涛青农大理信学院通信教研室李爱涛22技术原理技术原理nUWB技术最基本的工作原理是技术最基本的工作原理是发送和接收脉冲间隔严格受控的发送和接收脉冲间隔严格受控的高斯单周期超短时脉冲高斯单周期超短时脉冲，超短时单周期脉冲决定了信号的带宽，超短时单周期脉冲决定了信号的带宽很宽。很宽。nUWB技术技术采用脉冲位置调制采用脉冲位置调制PPM，利

28、用单周期脉冲来携带信息，利用单周期脉冲来携带信息和信道编码，一般脉宽和信道编码，一般脉宽0.1-1.5ns ，重复周期在，重复周期在25-1000ns。nUWB系统系统采用相关接收技术采用相关接收技术，相关器用准备好的模板波形乘以，相关器用准备好的模板波形乘以接收到的射频信号，再积分就得到一个直流输出电压。相乘和接收到的射频信号，再积分就得到一个直流输出电压。相乘和积分只发生在脉冲持续时间内，间歇期则没有。处理过程一般积分只发生在脉冲持续时间内，间歇期则没有。处理过程一般在不到在不到1ns的时间内完成。的时间内完成。n虽然虽然UWB信号几乎不对工作于同一频率的无线设备造成干扰。信号几乎不对工作

29、于同一频率的无线设备造成干扰。但是所有带内的无线电信号都是对但是所有带内的无线电信号都是对UWB信号的干扰，信号的干扰，UWB可可以综合运用伪随机编码和随机脉冲位置调制以及相关解调技术以综合运用伪随机编码和随机脉冲位置调制以及相关解调技术来解决这一问题。来解决这一问题。2022-6-27青农大理信学院通信教研室李爱涛青农大理信学院通信教研室李爱涛23特点特点n抗干扰性能强。抗干扰性能强。UWB采用跳时扩频信号，系统具有较大的处理采用跳时扩频信号，系统具有较大的处理增益。增益。n带宽极宽。带宽极宽。UWB使用的带宽在使用的带宽在1GHz以上，高达几个以上，高达几个GHz。n消耗电能小。消耗电能小

30、。通常情况下，无线通信系统在通信时需要连续发通常情况下，无线通信系统在通信时需要连续发射载波，因此要消耗一定电能。而射载波，因此要消耗一定电能。而UWB不使用载波，只是发出不使用载波，只是发出瞬间脉冲电波，也就是直接按瞬间脉冲电波，也就是直接按0和和1发送出去，并且在需要时才发送出去，并且在需要时才发送脉冲电波，所以消耗电能小。发送脉冲电波，所以消耗电能小。n保密性好。保密性好。UWB保密性表现在两方面。一方面是采用跳时扩频保密性表现在两方面。一方面是采用跳时扩频，接收机只有已知发送端扩频码时才能解出发射数据；另一方，接收机只有已知发送端扩频码时才能解出发射数据；另一方面是系统的发射功率谱密度

31、极低，用传统的接收机无法接收。面是系统的发射功率谱密度极低，用传统的接收机无法接收。n发送功率非常小。发送功率非常小。UWB系统发射功率非常小，通信设备可以用系统发射功率非常小，通信设备可以用小于小于1mW的发射功率就能实现通信。的发射功率就能实现通信。2022-6-27青农大理信学院通信教研室李爱涛青农大理信学院通信教研室李爱涛242022-6-27青农大理信学院通信教研室李爱涛青农大理信学院通信教研室李爱涛25四、蓝牙四、蓝牙n蓝牙技术简介蓝牙技术简介n蓝牙技术的特点蓝牙技术的特点n蓝牙主要技术蓝牙主要技术n蓝牙系统组成蓝牙系统组成n蓝牙网络蓝牙网络n蓝牙的应用蓝牙的应用n蓝牙与蓝牙与WL

32、AN4.1 蓝牙技术的简介蓝牙技术的简介n一种数据、语音通信标准一种数据、语音通信标准n告别有线连接告别有线连接 2022-6-27青农大理信学院通信教研室李爱涛青农大理信学院通信教研室李爱涛262022-6-27青农大理信学院通信教研室李爱涛青农大理信学院通信教研室李爱涛272022-6-27青农大理信学院通信教研室李爱涛青农大理信学院通信教研室李爱涛28蓝牙技术的概念蓝牙技术的概念n蓝牙是一种支持设备蓝牙是一种支持设备短距离通信短距离通信（10m内）的无线电技术。内）的无线电技术。n能在包括移动电话、能在包括移动电话、PDA、无线耳机、笔记本电脑、相关外设、无线耳机、笔记本电脑、相关外设等

33、众多设备之间进行无线信息交换。等众多设备之间进行无线信息交换。n利用利用“蓝牙蓝牙”技术，能够有效地简化移动通信终端设备之间的技术，能够有效地简化移动通信终端设备之间的通信，也能够成功地简化设备与通信，也能够成功地简化设备与Internet之间的通信，从而数之间的通信，从而数据传输变得更加迅速高效，为无线通信拓宽道路。据传输变得更加迅速高效，为无线通信拓宽道路。n蓝牙采用蓝牙采用分散式网络结构分散式网络结构以及以及快跳频快跳频和和短包短包技术，支持技术，支持点对点点对点及及点对多点点对多点通信，工作在全球通用的通信，工作在全球通用的2.4GHz ISM频段。频段。n数据速率为数据速率为1Mbp

34、s，采用，采用时分双工时分双工传输方案实现全双工传输。传输方案实现全双工传输。2022-6-27青农大理信学院通信教研室李爱涛青农大理信学院通信教研室李爱涛29蓝牙的由来蓝牙的由来n传统篇：传统篇：q“蓝牙蓝牙”的名称，来自的名称，来自1010世纪的丹麦国王哈拉尔德的外号。出世纪的丹麦国王哈拉尔德的外号。出身海盗家庭的哈拉尔德统一了北欧四分五裂的国家，成为维京身海盗家庭的哈拉尔德统一了北欧四分五裂的国家，成为维京王国的国王。由于他喜欢吃蓝莓，牙齿常常被染成蓝色，而获王国的国王。由于他喜欢吃蓝莓，牙齿常常被染成蓝色，而获蓝牙的绰号。在蓝牙的绰号。在整个欧州，蓝牙成了整个欧州，蓝牙成了“统一、扩张

35、、包容、勇统一、扩张、包容、勇于挑战于挑战”和和“征服一切征服一切”的代名词。的代名词。19981998年，爱立信公司希望年，爱立信公司希望无线通信技术能统一标准而取名蓝牙。无线通信技术能统一标准而取名蓝牙。n山寨篇：山寨篇：q狼的牙齿参差不齐，却能紧紧地啮合在一起，这种设备同样会狼的牙齿参差不齐，却能紧紧地啮合在一起，这种设备同样会让耳机、笔记本电脑、冰箱等毫不相关的产品紧密结合在一起让耳机、笔记本电脑、冰箱等毫不相关的产品紧密结合在一起。由于狼牙在月光下会发出蓝光，。由于狼牙在月光下会发出蓝光，“蓝牙蓝牙”由此得名。由此得名。2022-6-27青农大理信学院通信教研室李爱涛青农大理信学院通

36、信教研室李爱涛30蓝牙标准的发展蓝牙标准的发展2022-6-27青农大理信学院通信教研室李爱涛青农大理信学院通信教研室李爱涛31 V1.1(1991年)V1.2 V2.1(2004年)V2.2 V3.0(2009年) V4.0(2010年)蓝牙标准的发展蓝牙标准的发展2022-6-27青农大理信学院通信教研室李爱涛青农大理信学院通信教研室李爱涛32nV1.1：为最早期版本，传输率约在：为最早期版本，传输率约在748810kb/s，容易受到同频率，容易受到同频率之产品所干扰下影响通讯质量。之产品所干扰下影响通讯质量。nV1.2：748810kb/s的传输率，增加了抗干扰跳频功能。的传输率，增加了

37、抗干扰跳频功能。nV2.1：改善了装置配对流程，短距离的配对方面，具备了在两个支：改善了装置配对流程，短距离的配对方面，具备了在两个支持蓝牙的手机之间互相进行配对与通讯传输的持蓝牙的手机之间互相进行配对与通讯传输的NFC（Near Field Communication）机制。具备更佳的省电效果。）机制。具备更佳的省电效果。nV3.0：核心是：核心是“Generic Alternate MAC/PHY”(AMP)，这是一种全，这是一种全新的交替射频技术，允许蓝牙协议栈针对任一任务动态地选择正确新的交替射频技术，允许蓝牙协议栈针对任一任务动态地选择正确射频。传输速率更高，功耗更低。射频。传输速率

38、更高，功耗更低。nV4.0：包括三个子规范，即传统蓝牙技术、高速蓝牙和新的蓝牙低：包括三个子规范，即传统蓝牙技术、高速蓝牙和新的蓝牙低功耗技术。蓝牙功耗技术。蓝牙 4.0的改进之处主要体现在三个方面，电池续航时间的改进之处主要体现在三个方面，电池续航时间、节能和设备种类。有效传输距离也有所提升，为、节能和设备种类。有效传输距离也有所提升，为60M。4.2 蓝牙技术的特点蓝牙技术的特点2022-6-27青农大理信学院通信教研室李爱涛青农大理信学院通信教研室李爱涛33n全球范围适用：全球范围适用：蓝牙蓝牙工作在工作在2.4GHz的的ISM频段频段，无需向各国的，无需向各国的无线电资源管理部门申请许

39、可证。无线电资源管理部门申请许可证。n同时可传输语音和数据：同时可传输语音和数据：蓝牙蓝牙采用电路交换和分组交换技术采用电路交换和分组交换技术，支持异步数据信道、三路语音信道以及异步数据与同步语音同支持异步数据信道、三路语音信道以及异步数据与同步语音同时传输的信道时传输的信道。n每个语音信道数据速率为每个语音信道数据速率为64kbit/s，语音信号编码采用脉，语音信号编码采用脉冲编冲编码调制（码调制（PCM）或或连续可变斜率增量调制（连续可变斜率增量调制（CVSD）方法。方法。n当采用非对称信道传输数据时，速率最高为当采用非对称信道传输数据时，速率最高为721kbit/s，反向，反向为为57.

40、6kbit/s；当采用对称信道传输数据时，速率最高为；当采用对称信道传输数据时，速率最高为342.6kbit/s。n蓝牙有两种链路类型：蓝牙有两种链路类型：异步无连接异步无连接（ACL）链路）链路和和同步面向同步面向连接（连接（SCO）链路）链路。蓝牙技术的特点蓝牙技术的特点2022-6-27青农大理信学院通信教研室李爱涛青农大理信学院通信教研室李爱涛34n可以建立临时性的对等连接：可以建立临时性的对等连接：根据蓝牙设备在网络中的角色，可分根据蓝牙设备在网络中的角色，可分为为主设备（主设备（Master）与与从设备（从设备（Slave）。主设备是组网连接主动发。主设备是组网连接主动发起连接请求

41、的蓝牙设备，几个蓝牙设备连接成一个起连接请求的蓝牙设备，几个蓝牙设备连接成一个皮网（皮网（Piconet）时，其中只有一个主设备，其余的均为从设备。皮网是蓝牙最基本时，其中只有一个主设备，其余的均为从设备。皮网是蓝牙最基本的一种网络形式，最简单的皮网是一个主设备和一个从设备组成的的一种网络形式，最简单的皮网是一个主设备和一个从设备组成的点对点的通信连接。点对点的通信连接。n具有很好的抗干扰能力：具有很好的抗干扰能力：工作在工作在ISM频段的无线电设备有很多种，频段的无线电设备有很多种，如家用微波炉、无线局域网（如家用微波炉、无线局域网（WLAN）、Home RF等产品，为了很等产品，为了很好地

42、抵抗来自这些设备的干扰，蓝牙采用了好地抵抗来自这些设备的干扰，蓝牙采用了跳频扩频跳频扩频，将，将2.4022.48GHz频段频段分成分成79个频点个频点，相邻频点间隔相邻频点间隔1MHz。蓝牙设备在某个。蓝牙设备在某个频点发送数据之后，再跳到另一个频点发送，而频点的排列顺序则频点发送数据之后，再跳到另一个频点发送，而频点的排列顺序则是伪随机的，是伪随机的，每秒钟频率改变每秒钟频率改变1600次次，每个频率持续，每个频率持续625s。蓝牙技术的特点蓝牙技术的特点2022-6-27青农大理信学院通信教研室李爱涛青农大理信学院通信教研室李爱涛35n蓝牙模块体积很小、便于集成：蓝牙模块体积很小、便于集

43、成：由于个人移动设备的体积较小，嵌由于个人移动设备的体积较小，嵌入其内部的蓝牙模块体积就应该更小，如爱立信公司的蓝牙模块入其内部的蓝牙模块体积就应该更小，如爱立信公司的蓝牙模块ROK101008的外形尺寸仅为的外形尺寸仅为32.8mm16.8mm2.95mm。n功耗低：功耗低：蓝牙设备在通信连（蓝牙设备在通信连（Connection）状态下，有四种工作模）状态下，有四种工作模式：式：激活（激活（Active）模式）模式、呼吸（呼吸（Sniff）模式）模式、保持（保持（Hold）模式）模式、休眠（休眠（Park）模式）模式，Active模式是正常的工作状态，另外三种模式是正常的工作状态，另外三种

44、模模式式是为了节能所规定的低功耗模式。是为了节能所规定的低功耗模式。n开放的接口标准：开放的接口标准：为了推广蓝牙技术的使用，将蓝牙的技术标准全为了推广蓝牙技术的使用，将蓝牙的技术标准全部公开，全世界范围内的任何单位和个人都可以进行蓝牙产品的开部公开，全世界范围内的任何单位和个人都可以进行蓝牙产品的开发，只要最终通过蓝牙产品兼容性测试，就可以推向市场。发，只要最终通过蓝牙产品兼容性测试，就可以推向市场。n成本低：成本低：随着市场需求的扩大，各个供应商纷纷推出自己的蓝牙芯随着市场需求的扩大，各个供应商纷纷推出自己的蓝牙芯片和模块，蓝牙产品价格飞速下降。片和模块，蓝牙产品价格飞速下降。4.3 蓝牙

45、系统组成蓝牙系统组成n天线单元天线单元-无线射频单元无线射频单元q主要规定硬件设备的功能，它负责射频处理和基频调制的功能。主要规定硬件设备的功能，它负责射频处理和基频调制的功能。q蓝牙的天线部分体积十分小巧、重量轻，属于微带天线。蓝牙的天线部分体积十分小巧、重量轻，属于微带天线。q蓝牙空中接口是建立在天线电平为蓝牙空中接口是建立在天线电平为0dB的基础上的。空中接口遵的基础上的。空中接口遵循循FCC有关电平为有关电平为0dB的的ISM频段的标准。频段的标准。q发射功率达到发射功率达到100mW以上。以上。 n链路控制（硬件）单元链路控制（硬件）单元 q主要完成底层通信协议（如物理层、主要完成底

46、层通信协议（如物理层、MAC层）的功能。层）的功能。q目前蓝牙产品的链路控制硬件单元包括目前蓝牙产品的链路控制硬件单元包括3个集成芯片：个集成芯片：连接控制连接控制器器、基带处理器基带处理器以及以及射频传输射频传输/接收器接收器，此外还使用了，此外还使用了35 个单个单独调谐元件。独调谐元件。2022-6-27青农大理信学院通信教研室李爱涛青农大理信学院通信教研室李爱涛36n链路管理（软件）单元 q主要负责基带连接的设定及管理，基带数据的分段及重组、多路复用和Qos等功能。q链路管理（LM）单元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

47、理协议）与之通信。qLM单元提供如下服务：发送和接收数据、请求名称、链路地址查询、建立连接、鉴权、链路模式协商和建立、决定帧的类型等。2022-6-27青农大理信学院通信教研室李爱涛青农大理信学院通信教研室李爱涛37n软件单元软件单元 q蓝牙的软件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。q蓝牙规范包括两部分：第一部分为核心部分，用以规定诸如射频、基带、连接管理、业务发现、传输层以及与不同通信协议间的互用、互操作性等组件；第二部分为应用规范（Profile）部分，用以规定不同蓝牙应用所需的协议和过程。q软件结构主要为各种应用提供应用软件所需的通信协议与应用程序接口

48、。q蓝牙系统的软件结构将实现的功能有：配置及诊断、蓝牙设备的发现、电缆仿真、与外设通信、语音通信及呼叫控制，以及交换名片和电话号码等。2022-6-27青农大理信学院通信教研室李爱涛青农大理信学院通信教研室李爱涛384.4 蓝牙的技术参数蓝牙的技术参数2022-6-27青农大理信学院通信教研室李爱涛青农大理信学院通信教研室李爱涛39信道数：信道数：79 个个 （0-78）范围：范围：2.402GHz - 2.480GHz 信道间隔：信道间隔：1MHzn1 1、2.4GHz ISM 2.4GHz ISM 频段频段 2022-6-27青农大理信学院通信教研室李爱涛青农大理信学院通信教研室李爱涛40

49、n2 2、调制方式：、调制方式：qGFSKGFSK（载波向上频移（载波向上频移157kHz157kHz表示表示“1”1”，向下频移，向下频移157kHz157kHz表示表示“0”0”，速率是，速率是1Mbit/s1Mbit/s）q调制指数调制指数=0.28-0.35=0.28-0.35n3 3、跳频技术：、跳频技术：q跳频速率：跳频速率：1600H/s1600H/s，T=625sT=625sq跳频频率点：跳频频率点：7979n4 4、双工方式：、双工方式：TDDTDDn5 5、语音编码：、语音编码：脉冲编码调制和脉冲编码调制和连续可变斜率增量调制连续可变斜率增量调制n6 6、包的格式：、包的格

50、式：接入码接入码包头包头内容内容72b54b0-2745b7 7、纠错技术、纠错技术n在蓝牙中有三种纠错方案：q1/3比例前向纠错(FEC) q2/3比例的前向纠错q数据的自动请求重发(ARQ) n前向纠错是为了减少数据重发的次数，降低传输数据量。在自动请求重发的机制中在时隙中传送的数据必须在下一个时隙得到确认，在数据的收端通过了报头错误检测和CRC校验之后才向发端回确认的消息，否则返回一个错误消息。2022-6-27青农大理信学院通信教研室李爱涛青农大理信学院通信教研室李爱涛418 8、加密和鉴权、加密和鉴权n蓝牙基带部分在物理层为用户提供加密，鉴权基于蓝牙基带部分在物理层为用户提供加密，鉴

51、权基于“请求请求-响应响应”运算法则，个人的蓝牙设备可建立信任域，只有建运算法则，个人的蓝牙设备可建立信任域，只有建立在统一信任域的蓝牙设备才能互相通信。立在统一信任域的蓝牙设备才能互相通信。n在安全保密性方面，蓝牙系统认证与加密服务由物理层提在安全保密性方面，蓝牙系统认证与加密服务由物理层提供，采用供，采用流密码加密技术流密码加密技术，适于硬件实现，密钥长度可以，适于硬件实现，密钥长度可以是是0、40或或64位，密钥由高层软件管理。如果用户有更高位，密钥由高层软件管理。如果用户有更高级别的保密要求，可以使用更高级更有效的传输层和应用级别的保密要求，可以使用更高级更有效的传输层和应用层安全机制

52、。层安全机制。 2022-6-27青农大理信学院通信教研室李爱涛青农大理信学院通信教研室李爱涛424.5 蓝牙网络蓝牙网络n首先是由最多首先是由最多8台独立的设备连成台独立的设备连成Piconet（微微（微微网）。网）。n再由多个独立的，非同步的再由多个独立的，非同步的Piconet组成一个独组成一个独立的立的Scatternet（分布网）。（分布网）。n在在Piconet（微微网）内部，各设备单元分主、（微微网）内部，各设备单元分主、从工作方式运行，虽然所有的蓝牙设备都是对等从工作方式运行，虽然所有的蓝牙设备都是对等的，以同样的方式工作。的，以同样的方式工作。2022-6-27青农大理信学院

53、通信教研室李爱涛青农大理信学院通信教研室李爱涛43微微网微微网n一个微微网可由一个微微网可由8 8个蓝牙设个蓝牙设备组成备组成，其中有一个主设，其中有一个主设备单元和最多备单元和最多7个从设备单个从设备单元。元。n主设备单元负责提供时钟主设备单元负责提供时钟同步信号和跳频序列。同步信号和跳频序列。n从设备单元一般是受控同从设备单元一般是受控同步的设备单元，接受主设步的设备单元，接受主设备单元的控制。备单元的控制。2022-6-27青农大理信学院通信教研室李爱涛青农大理信学院通信教研室李爱涛44MasterSlaveSlaveSlaveSlaveSlaveSlaveSlave微微网的应用（一拖七

54、）微微网的应用（一拖七）2022-6-27青农大理信学院通信教研室李爱涛青农大理信学院通信教研室李爱涛452022-6-27青农大理信学院通信教研室李爱涛青农大理信学院通信教研室李爱涛46分布网分布网4.6 蓝牙的应用蓝牙的应用n对讲机对讲机n无绳电话无绳电话n头戴式耳机头戴式耳机n传真传真n局域网接入局域网接入n文件传输文件传输n目标上传目标上传n数据同步数据同步2022-6-27青农大理信学院通信教研室李爱涛青农大理信学院通信教研室李爱涛474.7 蓝牙与蓝牙与WLANn相同之处相同之处q工作在工作在2.4GHz频段上；频段上；q支持移动联网，用户可以灵活地移动计算设备的位置，支持移动联网

55、，用户可以灵活地移动计算设备的位置，保持持续的网络连接；保持持续的网络连接；q不需要使用物理线路，安装非常简便；不需要使用物理线路，安装非常简便；q因为无线网络所使用的高频率无线电波可以穿透墙壁或因为无线网络所使用的高频率无线电波可以穿透墙壁或玻璃窗，所以网络设备可以在有效范围内任意放置；玻璃窗，所以网络设备可以在有效范围内任意放置；q多层安全防护措施可以充分确保用户隐私；多层安全防护措施可以充分确保用户隐私；q改动网络结构或布局时，不需要对网络进行重新设置。改动网络结构或布局时，不需要对网络进行重新设置。2022-6-27青农大理信学院通信教研室李爱涛青农大理信学院通信教研室李爱涛48n不同

56、之处不同之处q蓝牙的覆盖范围小，传输速率低。蓝牙的覆盖范围小，传输速率低。q蓝牙通信模块与蓝牙通信模块与802.11相比，耗电低，成本便宜，通信时操作简单。由相比，耗电低，成本便宜，通信时操作简单。由配有蓝牙的设备搜索出位于半径配有蓝牙的设备搜索出位于半径10m内的另外一台配备蓝牙的设备，双内的另外一台配备蓝牙的设备，双方认证后就可通信。对方可为手机、数码相机等多种设备。蓝牙技术方认证后就可通信。对方可为手机、数码相机等多种设备。蓝牙技术为已有的数字网络和外设提供通用接口以组建一个远离固定网络的为已有的数字网络和外设提供通用接口以组建一个远离固定网络的个个人特别连接设备群人特别连接设备群。q蓝

57、牙设备使用蓝牙设备使用ISM频段实时进行数据和语音传输，意味着在办公室、家频段实时进行数据和语音传输，意味着在办公室、家庭和旅途中，无需布设专用线缆和连接器，通过蓝牙遥控装置可以形庭和旅途中，无需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成一点到多点的连接，即在该装置周围组成一个“微网微网”，网内任何，网内任何蓝牙设备都可与该装置互通信号，而且无需复杂的软件支持。蓝牙设备都可与该装置互通信号，而且无需复杂的软件支持。qWLAN研发与生产成本的降低速度比较快，以研发与生产成本的降低速度比较快，以802.11技术为规格的相关技术为规格的相关产品，几乎每年

58、都以产品，几乎每年都以30的速度降低成本。但相比较而言，目前的速度降低成本。但相比较而言，目前IEEE802.11更具竞争力。多层安全防护措施可以充分确保用户隐私更具竞争力。多层安全防护措施可以充分确保用户隐私n总的来讲，总的来讲，802.11比较适合于办公室中的企业无线网络，而蓝比较适合于办公室中的企业无线网络，而蓝牙技术则可以应用于任何可以用无线方式替代线缆的场合。牙技术则可以应用于任何可以用无线方式替代线缆的场合。2022-6-27青农大理信学院通信教研室李爱涛青农大理信学院通信教研室李爱涛49五、五、ZigBeenZigBee技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低速率、低成技术是一种近

59、距离、低复杂度、低功耗、低速率、低成本的本的双向无线通讯技术双向无线通讯技术。nZigbee也被称为也被称为“HomeRF Lite”、“RF- EasyLink”或或“fireFly”无线电技术，目前统称为无线电技术，目前统称为ZigBee。 nZigBee可工作在可工作在2.4GHz（全球流行）（全球流行）、868MHz（欧洲流行）（欧洲流行）和和915MHz（美国流行）（美国流行）3个频段上，分别具有最高个频段上，分别具有最高250kbit/s、20kbit/s和和40kbit/s的传输速率，它的传输距离在的传输速率，它的传输距离在10-75m的范围的范围内，但可以继续增加。内，但可以继

60、续增加。n在数千个微小的传感器之间相互协调实现通信。在数千个微小的传感器之间相互协调实现通信。这些传感器只需这些传感器只需要很低的功耗，以接力的方式通过无线电波将数据从一个传感器要很低的功耗，以接力的方式通过无线电波将数据从一个传感器传到另一个传感器，因此它们的通信效率非常高。传到另一个传感器，因此它们的通信效率非常高。n主要用于距离短、功耗低且传输速率不高的各种电子设备之间进主要用于距离短、功耗低且传输速率不高的各种电子设备之间进行数据传输以及典型的有周期性数据、间歇性数据和低反应时间行数据传输以及典型的有周期性数据、间歇性数据和低反应时间数据传输的应用。数据传输的应用。2022-6-27青