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1、短距离无线通信技术目录1简介31.1 概述31.2 国外研究现状42短距离无线通信技术标准52.1 蓝牙技术62.1.1 1蓝牙技术的典型应用62.1.2 蓝牙技术特点62.1.3 总结72.2 IEEE802.1182.2.1IEEE802.11b82.2.2IEEE802.11a92.2.3IEEE802.11g92.2.4总结92.3 红外线（IrDA）102.4 家庭射频技术102.5 ZigBee技术112.5.1ZigBee技术特点112.5.2总结122.6超宽带技术（UWB）122.6.1UWB132.6.2总结141.1.1 7通信标准比较143射频技术和基带技术153.1射
2、频技术151.1.1 1概述151.1.2 频段和信道分配151.1.3 发射机特性161.1.4 接收机特性183.2基带技术183. 2.1蓝牙时钟193. 2.2蓝牙设备地址193. 2.3物理信道203. 2.4跳频选择213. 2.5逻辑传输241.1.2 2.6分组244模块设计274.1 模块化设计理念271.1.3 1.1一般原则271.1.4 PCB工艺因素271.1.5 原理图设计331.1.6 外部接口定义与封装341.1.7 射频信号处理351.1.8 面板加工351.2 CSR蓝牙芯片364. 2.1BC01芯片365. 2.2BC2系列芯片366. 2.3BC3系列
3、芯片391.3 基于BC2-EXTERNAL蓝牙模块(TTB102)的设计404. 3.1设计目标405. 3.2外部接口定义与封装406. 3.3示意图417. 3.4PCB设计428. 3.5测试429. 3.6应用43总结45参考文献46至47附件一原厂配件清单48附录二系统电路原理图49附录三系统电路PeB图501简介1.1 概述进入21世纪以来，无线通信技术正以前所未有的速度发展。现有的GSM、NCDMA等技术正在蓬勃发展，第三代移动通信系统（3G）也已提上日程，即将投入商用。这些技术可以实现长距离通信。但人们可能没有注意到，在同一个房间或很近的地方也需要无线通信。因此，出现了另一种
4、需求：可以替代电缆的低成本、低功耗、短距离无线通信。人们希望通过小型、短距离的无线网络向移动和商业用户提供各种服务。短距离无线通信作为一种相对较新的技术，在其市场和应用方面一直受到业界的关注。自1999年蓝牙标准诞生以来，许多技术观点认为短距离无线通信市场将出现爆发式增长，但近十年后，事实证明蓝牙尚未进入快速发展阶段。该应用程序仍然停留在高端手机的无线耳机中。有趣的是，同时完成标准化的技术IEEE802.11无线局域网在Wi-Fi联盟的大力推动下得到了空前的推动。现在，与英特尔的迅驰技术一起，Wi-Fi标志在笔记本电脑中随处可见。可见，一项技术的应用和推广，除了技术本身的完善和明确的市场定位外
5、，国际产业联盟的推广是非常巨大的。蓝牙的现状也是产业联盟运作不成熟造成的。Wi-Fi的成功是有先例的。尚处于技术标准化阶段的短距离无线通信技术已经建立了自己的产业联盟。一方面推动高层协议的标准化，进而进行设备认证和互操作性测试。为产品的未来商业用途做好准备。超宽带（UWB）已被公认为高速短距离无线通信技术的核心。虽然物理层标准还处于争论阶段，但产业联盟的进程非常快。目前，UWB相对清晰的市场包括家用消费电子、电脑周边设备和移动通信终端。家用消费电子是家电厂商的传统动力，但随着设备复杂性的增加，各种线缆也变得越来越繁琐。以数字电视为中心，包括CD/DVD播放设备、音响设备、数码相机、数码摄像机等
6、在内的消费电子产品之间的大量数据传输需要UWB提供高速短距离无线通信技术。同样的情况也发生在计算机外围设备中。主机与显示器、USB存储设备、扫描仪、投影仪等之间的高速传输接口也需要无线，需求更为迫切。英特尔领导的无线USB是这种高速应用的驱动组织。2005年初，某公司展出了基于多频OFDM超宽带技术的无线USB控制器。移动通信终端是增长最快的领域。随着3G全面商用，对终端存储容量、处理能力和互操作性的要求越来越高。UWB,如高速和短距离无线通信，是蓝牙技术的天然替代品。.面对如此多的应用场景，各种面向应用的技术联盟也在积极进行研究和测试。除了上面提到的WireIeSSUSB,还有1394贸易协
7、会和中国闪联工作组闪联。另一方面，低速短距离无线通信的代表技术Zigbee也在Zigbee联盟的运作下稳步发展。2004年底，Zigbee联盟发布了首个Zigbee网络协议规范，将Zigbee的创业市场确定为家庭控制、楼宇自动化和工业自动化。其中，制定了家庭控制领域的应用协议描述(ApplicationProfile)o其他领域的应用协议也在开发中。从蓝牙协议制定的九大应用协议的描述可以看出，低速短距离无线通信的应用前景十分广阔，尤其是在随后的IEEE802.15.4a增加了测距和定位功能后，其市场将进一步扩大。扩张。由于对无线通信的需求不断增加，各种短距离无线通信技术将在自动化控制和家庭信息
8、化领域发挥越来越重要的作用。本课题将研究当前和最新的短距离无线通信技术标准，分析它们的优缺点和实现方法，比较它们在技术上的异同，并讨论在选择和使用这些技术时应注意的问题，以及选择蓝牙技术设计鼠标、键盘、USB适配器的通信系统。之所以选择蓝牙技术，是因为在目前成熟的短距离无线通信技术中，IrDA红外传输效率高但穿透性差；HOmeRF技术实现复杂，设备要求高；虽然IEEE802.11标准应用广泛，但是它是专门为数据传输而设计的，不能直接提供语音服务，目前提供的带宽也比较有限。相比之下，蓝牙技术作为无线数据和语音通信的全球开放标准，是基于低成本的短距离无线连接，为固定和移动设备通信环境建立特殊连接。
9、同时，它具有跳频更快、数据包更短的优势，这意味着蓝牙比其他系统更稳定。蓝牙技术已广泛应用于计算机、手机、相机、播放器、打印机等电子设备之间的数据传输和传输。因此，蓝牙技术的应用前景十分广阔。通过蓝牙模块的设计，有助于了解无线通信系统的一般特性，为今后其他无线通信技术的研究和应用奠定基础，具有典型的代表性意义。1.2 国外研究现状短距离无线通信技术的出现和应用，更好地适应了市场发展的需要，尤其是近一两年来，发展速度惊人，各种相关技术层出不穷。已初步应用于许多不适合或不可能布线的场合，如展览、金融、小型办公室、学校，或需要移动办公、移动办公的企事业单位、行业系统。短距离无线通信技术在中国仍处于起步
10、阶段。我国通信厂商对短距离无线通信标准化的参与并不多，主要处于研究和跟踪阶段。然而，随着我国加入WT0,各种知识产权纠纷接踵而至，许多组织和公司将短距离无线通信技术纳入其未来的研究视野。中国通信标准化协会(CCSA)无线通信技术委员会第三工作组已经启动了超宽带技术的斫究，并将很快输出相应的研究报告。RFID、Zigbee等其他领域也有相应的斫究计划。许多大学、公司和研究机构都在积极参与时。从国际标准组织的角度来看，国内很多高校和企业已经成为超宽带组织两大阵营的成员。在IEEE802.15大会上，中国UWB论坛、邮电大学等甚至联合意大利Create-Net公司向IEEE802.15.4a提交了另
11、一种物理层方案。这表明我国的研究力量已经开始向短距离无线通信领域转移。相信未来几年，国家在这方面的研究将会更加深入和富有成果，从而最大限度地保护自主知识产权，争取未来的发展。在技术标准的竞争中处于不败的位置。作为一种廉价可靠的电子设备无线互联技术实现，蓝牙技术可以作为现有移动设备中小型、廉价、短距离的无线数据收发器。蓝牙技术的发展和完善经历了相当长的一段时间。自成立以来，逐步完善和发展技术标准，优化和拓展应用领域，进一步提高了无线通信的可靠性和安全性。现在，蓝牙芯片的价格已经低于5美元的预期目标，并且正在逐步大规模上市。尤其是蓝牙耳机、蓝牙适配器等产品的市场化比较成功，蓝牙技术新的发展契机已经
12、到来。基于蓝牙芯片开发相应的模块是应用该技术的最佳途径，有利于提高效率，降低成本，增加结构设计的灵活性。尤其是模块集成了射频电路，从根本上解决了模块应用的技术难题。更有利于形成优势互补的产业链，促进蓝牙技术的快速发展。2短距离无线通信技术标准本章主要介绍几种常见和最新的短距离无线通信技术标准，阐述了蓝牙、IEEE802.11、红外、HomeRF、Zigbee和UWB等广泛使用的传输技术，并分析了它们的优缺点和技术比较。2.1蓝牙技术蓝牙是一种无线电技术，支持设备之间的短距离通信(一般为10m)o可以在许多设备之间进行无线信息交换，包括移动设备、PDA、无线耳机、笔记本电脑和相关外围设备。使用“
13、蓝牙”技术可以有效简化移动通信终端设备之间的通信，也可以成功简化设备与互联网的通信，使数据传输变得更加快捷高效，拓宽了无线通信的道路。.蓝牙采用分散式网络结构，采用快速跳频和短分组技术，支持点对点和点对多点通信，工作在全球2.4GHzISM(即工业、科学、医疗)频段。其数据速率为1Mbpso时分双工传输方案用于实现全双工传输。2.1.1蓝牙技术的典型应用蓝牙技术适用于以下三个领域的短距离无线连接：(1)数据和语音接入点；(2)替代电线电缆；(3)没有固定中心站的网络，包括硬件、软件和互操作性要求。蓝牙技术的几个典型应用如下：(1)三合一。“蓝牙”技术让手机可以在多种场合使用：在办公室，手机就是
14、手机，无需计费；在家里，它是无线的，有固定的费用；手机账单。(2)网桥。“蓝牙”技术让便携电脑随时随地通过手机上网，随时随地“上网二(3)互动式会议。在会议中，“蓝牙”技术可以让其他与会者通过电脑、手机、PDA等快速分享自己的信息。(4)门口公文包。当笔记本电脑在钱包中接收到电子时，用户的动作会发出声音提醒用户“电脑接收到电子”。此时，用户无需打开电脑，即可在手机上浏览接收到的电子。(5)数码相机中图像的无线传输。“蓝牙”技术将数码相机中的图像致到其他数码相机或PC、PDA等。(6)各种家用设备的远程控制和家电网络的形成。2.1.2蓝牙技术特点蓝牙技术标准经历了一个不断完善和发展的过程。蓝牙国
15、际组织-特别兴趣小组(SIG)制定了不同版本的蓝牙标准。区分蓝牙产品，首先要注意产品符合的技术版本。蓝牙技术标准制定的时间顺序如下m：(1) 2004年11月4日，2.0+EDR版本标准；(2) 2003年11月5日，标准版本1.2；(3) 2001年2月22日，标准版1.1；(4) 1999年12月1日，标准版1.0b;(5) 1999年7月26日，LOa版标准，第一个发布的标准；(6) 1999年7月5日，标准草案1.0版；(7) 1999年4月30日09版标准；(8) 1999年1月21日，08版标准：(9) 1998年10月19日，07版标准。本文基于蓝牙标准1.2版。hpo/s特殊模
16、式下的跳频速率；引入电路交换和分组交换，实现数据和语音业务同时进行；支持多种功耗模式，适用于电池供电的数码设备。1.2版蓝牙技术的主要参数如表2.1所示。表2.1蓝牙1.2版基本技术参数工作频率2402MHZ2480MHz双工模式TDD(时分双工)调制技术GFSK(高斯频移键控)业务类型电路交换分组交换调频速率1600小时/秒操作模式PARK(睡眠)/HOLD(保持)/SNIFF(呼吸)连接方式面向连接的SCO和面向无连接的ACL纠错方法13FEC23FEC.ARQ通道加密0、40、60个加密字符语音编码心血管疾病通讯距离IOm或10Om2.1.3总结综上所述，蓝牙技术是一种全球统一标准、互操
17、作性强、体积小、工作频段不限、无需线缆连接的新型无线网络产品，特别适合短距离移动传输。各种家电和信息产品只需多花几块钱就可以联网，而且嵌入式蓝牙模块也不贵，甚至希望比线缆和连接器还低。人们希望这个理想早日实现，产品早日问世。但是，蓝牙技术作为一种综合性很强的高科技通信产品，与任何高科技新技术一样，在研发和生产中也存在风险。技术越高，投资越大，风险也越大。我们不仅要看到蓝牙的特点和优势，还要看到蓝牙的问题和不成熟。2.2IEEE802.11IEEE802.11是IEEE(电气与电子工程师协会)于1997年6月制定并发布的无线局域网标准，旨在解决无线网络设备的互连问题。表2.2802.11特性说明
18、特性说明物理层直序扩频(DSSS)调频扩频(FHSS)红外(IR)频段2.4GHz(ISM频段，802.11b和802.11g),5Ghz(802.11a)速率IIMbps,2Mbps,5.5Mbps(802.11b)55M(802.11affl802.11g)安全基于RC4的流加密算法，有限的密钥管理吞吐量IIM(802.11b)54M(802.11a,802.11g)X围室内100米，室外300米左右优点无需布线，使用灵活方便，产品已经很多且成熟，价格已经下降缺点安全方便，吞吐量会随着用户的增多和距离的加大而下降IEEE802.11标准定义了单一的MAC层和各种物理层，其物理层标准主要包括
19、IEEE802.11ba和g。2.2.1IEEE802.11b1999年9月正式采用的IEEE802.11b标准是IEEE802.11协议标准的扩展。它可以支持高达11Mbps的数据速率，在2.4GHZ的ISM频段上运行，并使用CCK作为调制技术。但随着用户对数据速率的要求越来越高，CCK调制不再是一种合适的方法。因为对于直接序列扩频技术，为了获得更高的数据速率，达到扩频的目的，所选择的芯片的速率必须更高，这是现有芯片难以做到的；对于末端的RAKE接收机，在高速数据速率的情况下，为了达到良好的时间分集效果，要求RAKE接收机的结构比较复杂，在硬件上不易实现。2.2.2IEEE802.11aIE
20、EE802.11a工作在5GHz频段，采用OFDM调制技术，支持54Mbps的传输速率。802.11a和802.11b都有各自的优缺点。802.11b的优点是价格低，但速度低(最高IlMbPS)；而802.11a的优势在于传输速度快(高达54Mbps),干扰少。但价格相对较高。另外，IIa和IIb工作在不同频段，不能工作在同一个AP网络，所以IIa和Ilb互不兼容。2.2.3IEEE802.11g为了解决上述问题，为了进一步推动无线局域网的发展,2003年7月，802.11工作组批准了802.11g标准。.与之前的802.11协议标准相比，该草案具有以下两个特点：在2.4G频段采用OFDM调制
21、技术，将数据传输速率提升至20Mbps以上；IEEE802.Wg标准可与802.11bwIFl系统互联。它存在于同一个AP的网络中，以确保向后兼容。2.2.4总结它们在技术和性能上有所不同。如表2.3所示：表2.3几个主要802.11WLAN标准之间的差异标准频段(GHz)最大物理层数据速率(Mbits)第3层数据速率(Mbits)传输技术与所列标准的兼容性主要优势主要缺点802.112.421.2FHSS/DSSS没有任何更大的辐射范围有限的比特率802.11a5.05432OFDM没有任何非拥挤频段中的更高比特率在802.11系列标准中，辐射范围最小802.11b2.41167DSSS80
22、2.11应用范围广，辐射范围大比特率对于许多当前的应用要求来说太低了802.11g2.45432OFDM802.11/802.11b2.4GHz频段的更高比特率共存WLAN数量少，辐射范围大于802.11a802. 11是IEEE制定的第一个无线局域网标准。主要用于解决办公局域网和校园网中用户和用户终端的无线接入。业务主要限于数据访问，最高速率只能达到2Mbits。它的工作频段是ISM频段，标准主要是制定物理层和媒体访问控制(MAC)层的规定。2.3 红外线(IrDA)红外数据协会(IrDA)成立于1993年，是一个致力于建立红外无线连接的非营利组织。起初，采用IrDA标准的无线设备在1m内只
23、能以115.2kbs的速率传输数据,很快发展到4Mbs,后来达到16MbsIrDA是一种利用红外线进行点对点通信的技术，它可能是第一个实现无线个域网(PersonaIAreaNetwork,PAN)的技术。目前，他的软硬件技术已经成熟，广泛应用于PDA、手机等小型移动设备。几乎今天出货的每台PDA以及许多手机、笔记本电脑、打印机等都支持IrDA。IrDA的主要优点是无需申请频率使用权，因此红外通信成本低。它还具有移动通信所需的体积小、功耗低、连接方便、使用方便等特点。由于数据传输速率高，适合传输大容量文件和多媒体数据。此外，红外发射角度小，传输安全性高。IrDA的缺点是它是视距传输。相互通信的
24、两个设备必须对齐，中间不能被其他物体挡住，所以这种技术只能用于两个(而不是多个)设备之间的连接。.蓝牙没有这个限制，不会被墙挡住。IrDA当前的研究方向是如何解决视距传输问题，提高数据传输速率。2.4 家庭射频技术HOmeRF工作组成立于1997年，由美国家庭射频委员会领导。它的主要任务是为家庭用户建立一个可互操作的语音和数据通信网络。家庭射频(HomeRF)标准由HomeRF工作组开发，作为计算机和其他电子设备之间无线通信的开放行业标准。HomeRF是IEEE802.11和DECT的结合，使用该技术可以降低语音数据的成本。HOmeRF采用扩频技术，工作在2.4GHZ频段，可同时支持4个高质量
25、语音通道，但HomeRF的传输速率仅为1M2Mbps由于HOmeRF技术还没有完全公开，只有几十家小企业支持，相对于其他技术在抗干扰等方面还有不足，所以其应用前景不是很明朗。HomeRF是对现有无线通信标准的综合和改进：进行数据通信时，采用IEEE802.11规定的TCP/IP传输协议；在进行语音通信时，采用数字增强无绳通信标准。但该标准不兼容802.11b,与802.11b和蓝牙占用相同的2.4GHZ频段，因此应用会非常有限，在家庭网络中使用较多。2.5 ZigBee技术ZigBee是一种短距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的双向无线通信技术。主要适用于自动控制、传感、监控和远程控制
26、。它可以嵌入到各种设备中。还支持地理定位。IEEE802.15.4工作组定义了一种用于固定、便携式或移动设备的廉价低速无线连接技术，具有非常低的复杂性、成本和功耗。ZigBee联盟在制定ZigBee标准时采用了IEEE802.15.4作为其物理层和媒体访问层的规定。在此基础上，ZigBee联盟制定了数据链路层(DLL)、网络层(NWK)和应用编程接口(API)的规定，并负责高层应用、测试和营销。2.5.1ZigBee技术特点(1)复杂性ZigBee协议栈简单，相对容易实现，并且需要较少的系统资源。估计运行ZigBee需要大约28Kb的系统资源；ZigBee定义了两种类型的设备：FFD(全功能设
27、备)和简化功能设备RFD(精简功能设备)。网络是主从结构，一个网络有一个网络协调器(Coordinator)和多达65535个从设备。网络协调器必须是FFD,它负责管理和维护网络，包括路由、安全、节点的附着和离开等。一个网络只需要一个网络协调器，其他终端设备可以是RFD或FFD。RFD的价格比FFD便宜很多，而且只占用4Kb左右的系统资源，所以网络的整体成本比较低。从这一点来看，ZigBee非常适合终端设备数量众多的网络，如传感器网络、楼宇自动化等。(2)可靠性信号在无线环境中传输时，必然存在大范围衰落、阴影袤落、多径和干扰等问题。ZigBee,蓝牙和WLAN(IEEE802.11b)都工作在
28、2.4GHzISM频段，相互干扰在所难免，所以保证可靠性就显得尤为重要。ZigBee有3个工作频段：2.4022.480GHz、868868.6MHz、902928MHz,共27个频道。信道接入方式采用CSMA-CA,可以有效减少帧的碰撞。对于抗干扰和多径，ZigBee在物理层采用直接序列扩频DSSS和频率捷变FA技术。在网络层，ZigBee支持mesh网络，有冗余路由保证网络的健壮性。(3)耗电量低功耗是ZigBee的一个重要特点。在典型的ZigBee传感器网络中，一块普通的碱性电池可以为ZigBee设备工作六个月到两年！下面讨论ZigBee如何实现低功耗。ZigBeeMAC信道访问机制有两
29、种：无信标(Beacon)模式和信标模式。无信标模式是标准的ALOHACSMA-CA通道访问机制。终端节点只有在有数据致和接收时才与网络对话，其余时间都处于睡眠模式，因此平均功耗非常低。在信标模式下，终端设备只能在信标广播时唤醒，并监听地址，如果不监听自己的地址，则再次进入休眠状态。信标对于集群树网络和网状网络中的节点同步尤为重要，节点不会因为长时间监听信道而消耗能量。网络拓扑也与节电有重要关系。星型和集群网络结构比网状网络结构更利于节能。因为之前的终端节点不充当路由器，只致和接收自己的数据，这样可以更省电。2.5.2总结由于ZigBee具有极低功耗、系统简单、成本低、低延迟(LatencyT
30、ime)和低数据速率等特点，非常适合终端设备数量多的网络。可应用于以下领域：楼宇自动化、工业测控、计算机外设、互动玩具、医疗设备、消费电子、家庭自动化等传感器网络。2.6超宽带技术(UWB)超宽带(UWB)的发展历史悠久，但在1989年之前，UWB一词并不常用，对信号的带宽和频谱结构也没有明确的规定。1989年，美国国防高级研究计划局(DARPA)首先采用了超宽带这一术语，并规定如果-20dB处信号的绝对带宽大于1.5GHZ或相对带宽(信号带宽与中心频率)大于25.%,信号为超宽带信号。如果信号带宽与中心频率之比在1%到25%之间，则为宽带，如果小于1%,则为窄带。为了探索UWB在民用领域应用
31、的可行性，从1998年开始，美国联邦通信委员会(FCC)开始在业界广泛征求意见。美国的NTIA等交流团体已提交了大约800份意见书。2002年2月，FCC批准UWB技术进入民用领域，并重新定义了UWB,规定UWB信号是相对带宽大于20%或7OdB带宽大于500MHz的无线电信号。可以预见，未来几年，UWB将成为无线个域网、无线家庭网络、无线传感器网络等短距离无线网络中占主导地位的物理层技术之一。2.6.1超宽带技术特点(1)传输速率高，空间容量大根据香农信道容量公式，在加性高斯白噪声(AWGN)信道中，系统无差错传输率的上限为：C=BXlog2(1+SNR)其中，B(单位：Hz)为信道带宽，S
32、NR为信噪比。在UWB系统中，信号带宽B高达500MHZ7.5GHz。因此，即使信噪比(SNR)非常低，UWB系统也可以在短距离内实现数百兆比特到1Gbs的传输速率。例如，如果使用7GHz带宽，即使信噪比低至TOdB,理论信道容量也可以达到1Gbs因此，将UWB技术应用于短距离高速传输场合(如高速WPAN)非常适合，可以大大提高空间容量。理论研究表明，基于UWB的WPAN的可达空间容量比当前WLAN标准IEEE802.11a高1到2个数量级。(2)适合短距离通讯根据FCC规定，UWB系统的辐射功率非常有限。3.1GHzz10.6GHz频段的总辐射功率仅为0.55mW,远低于传统窄带系统。随着传
33、输距离的增加，信号功率会不断衰减。因此，接收到的信噪比可以表示为传输距离SNRr(d)的函数。根据香农公式，信道容量可以表示为距离的函数：c(J)=Blog2l+S7V/?r(J)此外，UWB信号具有极其丰富的频率成分。众所周知，无线信道在不同频段表现出不同的衰落特性。由于高频信号随着传输距离的增加衰减非常快，从而导致UWB信号失真，严重影响系统性能。(3)具有良好的共存性和兼容性由于UWB系统的辐射谱密度极低(小于-41.3dBm/MHZ),对于传统的窄带系统，UWB信号的谱密度甚至低于背景噪声水平，而UWB的干扰到窄带系统的信号可视为宽带白噪声。因此，UWB系统与传统窄带系统具有良好的共存
34、性，对于提高日益紧张的无线频谱资源的利用率非常有利。同时，极低的辐射谱密度使得UWB信号隐蔽性高，不易被截获，对改善通信非常有利。(4)多径分辨率强，定位精度高由于UWB信号采用持续时间极短的窄脉冲，其时空分辨能力非常强。因此，UWB信号的多径分辨率非常高。极高的多径分辨率能力赋予UWB信号高精度测距和定位能力。无线信道的时间选择性和频率选择性是制约无线通信系统性能的关键因素。在窄带系统中，无法区分的多径会导致衰落，而UWB信号可以使用分集接收技术将它们分离和组合。因此，UWB系统具有很强的抗衰落能力。然而，UWB信号极高的多径分辨率也会导致信号能量的严重时间分散(频率选择性衰落)。这将对接收
35、机设计提出严峻挑战。在实际的UWB系统设计中，必须对信号带宽和接收器复杂性进行折衷以获得理想的性价比。(5)体积小、功耗低传统的UWB技术不需要正弦载波，数据在纳秒或亚纳秒的基带窄脉冲上调制传输，接收端使用相关器直接完成信号检测。收发器不需要复杂的载波频率调制/解调电路和滤波器。因此，可以大大降低系统复杂度，降低收发器的体积和功耗。2. 6.2总结由于UWB传输速率快、体积小、功耗低，特别是其精度高、性能好，一直是军队使用的作战技术之一。传输功率限制，在短距离内提供高速无线数据传输是UWB的一个重要应用领域，例如当前WLAN和WPAN的各种应用。2.7通信标准比较通过对这几种短距离无线通信技术
36、标准的研究和比较，选择蓝牙技术来设计鼠标、键盘和USB适配器的通信系统。之所以选择蓝牙技术，是因为在目前成熟的短距离无线通信技术中，IrDA红外传输效率高但穿透性差；HOmeRF技术实现复杂，设备要求高；虽然IEEE802.11标准应用广泛，但是它是专门为数据传输而设计的，不能直接提供语音服务，目前提供的带宽也比较有限。相比之下，蓝牙技术作为无线数据和语音通信的全球开放标准，是基于低成本的短距离无线连按，为固定和移动设备通信环境建立特殊连接。同时，它具有跳频更快、数据包更短的优势，这意味着蓝牙比其他系统更稳定。蓝牙技术已广泛应用于计算机、手机、相机、播放器、打印机等电子设备之间的数据传输和传输
37、。因此，蓝牙技术的应用前景十分广阔。3射频技术和基带技术射频(RadioFrequency)技术和基带(Baseband)技术是篮牙技术的基础和核心。如何正确认识和掌握射频技术和基带技术是应用该技术的前提；蓝牙技术研发和生产过程中的重要内容射频测试完全符合射频技术标准；基带技术定义了信道控制、包格式、纠错机制、跳频选择、安全技术等。3.1射频技术3. 1.1概述RF技术主要完成以下功能：(1)与工作在同一频段的其他设备兼容；(2)保证服务质量13】。蓝牙工作在2.4GHZISM(工业、科学、医疗)频段无需应用，采用跳频收发器减少干扰和衰减，采用二进制FM调制降低收发器复杂度，采用TDD全双工方
38、案实现真正的-数据和语音的时间通信。4. 1.2频段和信道分配蓝牙工作在2.4GHzISM频段，范围从2400到2483.5MHzo蓝牙技术使用79个射频信道，间隔为1MHz,如表3.1所示，低端和高端的保护频带分别为2MHz和3.5MHzO表3.1蓝牙射频通道ISM频段篮牙射频通道2400-2483.5MHzF=2402+kMHz,k=0,1-7,83.1.3发射机特性1、发射功率要区分不同的蓝牙设备，首先要确定设备的发射功率电平。不同的功率水平需要不同的射频解决方案。根据天线连接处测得的发射功率，蓝牙设备分为三类，如表32所示。表3.2蓝牙设备功率分类班级最大输出功率（最大）典型揄出功率（
39、标称）最小输出功率（Pmin）1WOmW(20dBm)不适用1Mw(OdBm)22.5mW(4dBm)1mW(OdBm)0.25mW(-6Bm)3ImW(OdBm)不适用不适用同时，功率输出等级也可以用通信距离来表示，IoOm的通信距离可以表示Class1个蓝牙设备，IOm通讯距离表示2类蓝牙设备。一般蓝牙耳机、蓝牙鼠标、蓝牙车载免提等设备只需要ClaSS2功率等级即可。对于蓝牙USB适配器，可以设计1类或2类功率级别。根据应用的不同，不同功率级别的蓝牙设备之间可能会发生通信。无法预料的问题。1类设备必须实施功率控制。对于大于4Bdm的发射功率，根据接收信号强度指示（RSSl）数据的实时测量，
40、对比功率控制表，通知对方降低或提高发射功率。功率控制可以优化功耗水平并减少相互干扰。可以为发射功率低于4dBm的ClaSS2设备选择功率控制，这也可以优化功耗水平并减少干扰。当然，可以省略功率控制。在连接状态、寻呼、查询等状态下，Class1和Class2蓝牙设备之间的通信可能会由于Class1的高发射功率和距离较近而导致Class2设备接收数据不规律。在这种情况下，Class1设备的功率等级应该控制在Class2等级，这也是蓝牙技术开发过程和调试过程中必须注意的问题。一旦引入了功率控制机制，在蓝牙技术的开发和应用过程中就需要定制功率控制表，为系统提供一个循序渐进的规则。系统读取RSSl值后，
41、根据表格通知对方增加或减少发射功率、步长值等。蓝牙技术对功率计的步进值有明确规定，最大值为8dB,最小值为2dB。2 .调制特性蓝牙采用GFSK(高斯频移键控)调制技术，调制系数在0.28-0.35之间。使用160OhPO/s,即o625ms时间段在同一频点，正频偏代表逻辑1,负频偏代表逻辑1。频偏表示逻辑0,从而启用频移键控技术。蓝牙射频中一个重要的测试指标是频偏大约。GFSK眼图参数如图3.1所示，横轴为时间，纵轴为频率。TransmitFrequencyFt(载波)代表160OhPO/s的某个跳频点，fd代表逻辑1或0的频偏,ZeroCrOSSing代表过零点位置。图3.1有以下要点：(
42、1)保证发射频率Ft(载波)稳定性，有两个指标；(a) InitialCarrierFrequencyholeTolerance,表示系统不致数据包时的载波稳定性,要求小于75KHZ;(b) CarrierFrequencyDrift,表示致数据包的时隙的载波漂移，根据不同的包长度有不同的要求。具体参数见表3.3o(c) fd的正常范围是145KHZ175KHz；(3)过零误差低于1/8符号周期。表3.3载波频率漂移分组类型载波漂移个时隙分组(DHl)25KHz三个时隙分组(DH3)40KHZ五个时隙分组(DH5)40KHzMealZeroCfossmQ3 .杂散电源蓝牙技术对射频信号的带外噪
43、声有明确的规定。理论上要求载波在哪个频率上，应该在哪个频率上传输，但在工程上是不可能实现的。它不可能是纯载频信号，可能包含相邻频段的信号，而这个相邻频段的信号可能会影响附近信道的特性。产生影响。蓝牙系统对干扰信号执行的参数为：首先，-2OdBm的频率范围，即最大功率值所在的频点沿两端降低20dBm后确定两个频点。频谱方向，需要计算频点。两点之间的间隔小于IMHz;其次，明确了绝对功率电平，发射载波偏置2MHz后的信号功率低于-20dBm,偏置大于等于3MHz后的信号功率低于40dBmo3.1.4接收机特性蓝牙系统接收器的灵敏度等级为-70dBm,BER保证WO.1%。接收机特性主要从抗干扰性能
44、、带外噪声抑制和互调特性三个方面考虑。Sensitivityoneslotpacket（单时隙灵敏度）、Sensitivity-mu11i-sIotpacket（多时隙灵敏度）、BlockingPerformance（带外噪声抑制性能）、IntermoduIationPerformance（互调性能）等项目来测试是否BER满足WO.1%。3.2基带技术蓝牙技术支持点对点和点对多点连接。在点对点连接中，两个设备共享一个物理通道；在点对多点连接中，一个主设备和最多七个从设备组成一个PiCOnet,多个设备共享一个物理信道。主设备控制和管理物理通道；多个微微网组成一个散射网（Scatternet）,
45、但每个微微网部分设备仍共享一个物理信道。蓝牙技术支持的空中基带数据包格式如图3.2所示。数据包分为三部分，包括ACCeSSCode（识别码）、Header（数据包头）和PaylOad（负载）。ACCESSCODEHEADERPAYLOAD图3.2基带数据包格式3.2.1蓝牙时钟蓝牙时钟的稳定性和准确性对于系统的正确运行至关重要，直接影响射频性能。每个生产的蓝牙产品都需要校准时钟。通过调整PSkey中的TrirTI值来调整时钟，在测试过程中会有校准蓝牙时钟的操作。每个蓝牙设备都有一个本地时钟,不受任何外部因素的影响。为了与其他蓝牙设备保持时钟同步，只需要在本地时钟上增加一个实时偏移量(Offse
46、t)即可。蓝牙时钟由28位计数器实现，计数周期为312.5us,即3.2KHz同时，蓝牙时钟计数器中有几个影响蓝牙系统的关键位变化：CLK。、CLK1、CLK2、CLK12,分别对应312.5us、625us.1.25ms和1.28s。蓝牙时钟计数器如图3.3所示。CLK271211109|8|7|$643|2|10-*3kHzV312,6iS762aV1.25m*1.28s图3.3蓝牙时钟计数器3.2.2蓝牙设备地址每个蓝牙设备都需要分配一个不同的48位蓝牙设备地址(BD_ADDR)。图3.4蓝牙地址格式，包括LAP、UAP和NAP三部分。LAP称为低位地址，长度24bits;UAP称为高位
47、地址，长度8bits;NAP称为无意义地址，长度16bitsO24bitsLAP称为company_assigned,UAP和NAP共24bits称为公司ID(Company_id)171oLSBMSBcompany-assigdcompany-idLAPUAPNAPOOOO0001000000OOooOOoO000111001111011110101图3.4蓝牙地址格式蓝牙设备地址段需要向IEEE注册机构(.ieee.org)注册，其中三字节公司.C公司-d)由IEEE统一分配和管理，三字节公司分配号(Company_assigned)由蓝牙设备制造商分配。即蓝牙设备制造商需要向IEEE申请24bitsCo叩any-d,然后自行分配低端24bits同理，可以根据篮牙地址中的ComPany-d来识别设备的制造商，在ieee.org上可以找到COnlPany-d对应的公司名称。支付一定费用申请ConlPany-d可用于16,000,000个蓝牙设备地址
