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1、j E 毫窑通太堂堂位论室中文摘要摘要：蓝牙作为一种新兴的短程无线数据与语音通信技术，具有使用方便、可靠性高、低成本、低功耗的特性，非常适合连接计算机与外设，组建个人区域网。蓝牙技术一经提出，立即受到业界广泛关注，蓝牙特别兴趣小组(s I G)成员几乎覆盖了全球通信、电子、软件行业所有人们熟知的大企业。蓝牙技术必将在未来获得广泛应用。本文旨在讨论基于U S B 接口的无线蓝牙模块的软硬件实现问题。传统的设计方法选用最高速度为1 1 5 2 k b p s 的R S 2 3 2 串行口作为蓝牙模块与处理器之间的通信接E l。随着b l u e t o o t h 协议升级到C o r ev 2
2、0+E D R，数据传输速度提高3 倍f 在最理想情况下提高l O 倍)达到2 1 M b p(最理想情况达到到7 2 M b p s)，我们在设计中使用U S B 以求满足其对更高的速率的要求。B l u e t o o t h 芯片与处理器的U S B C o n t r o l l e r 的高速通信离不开优秀的接口设计。基于该目标，本文将对U S BC o n 岫l l e r 与B l u e t o o t h 芯片的接口设计进行深入的研究和阐述。对于U S B 接口的学习和设计应该是一个循序渐进的过程。本文首先从B l u e t o o t h 和U S B 的基本概念入手，继
3、而将U S B 接口与其它外围接口作比较后，分析了选用它作为通信接口的原因。U S B 2 0 通信协议是本文重点研究的内容之一，从U S B 通信模型、封包、数据的传输类型等几方面对该协议进行了较详尽的分析和阐述。本文的讨论都是基于s u m s u n g 公司的s u m s u n g2 4 4 2 x 处理器，它自带一个符合O H C I I 0 规范的U S BC o n t r o l l e r。当对U S B 通信协议的研究较为清晰透彻后，将详细阐述B l u e t o o t h 芯片内部固件程序。以及在实际的调试过程中遇到的问题和具体的解决方法。本文的嵌入式操作系统使用
4、M i c r o s o f t 的、恤c E，由于上层驱动程序都是由M i c r o s o f t 提供的标准模块，所以本文对b l u e t o o t h 驱动层主要的修改是在H C I 层(蓝牙协议的b a s e b a n d 层由蓝牙芯片完成)。本文另一个重点研究的内容是W m C E 操作系统内核模式下的对B l u e t o o t h 芯片进行配置的驱动程序，对其特点、关键概念、开发方法进行介绍后将对其设计方式进行深入探讨。在完整的U S B接口设计中，上层应用程序也扮演了很重要的角色。本文重点编写了一个测试应用程序，来验证两个蓝牙模块之间正常通信的情况。最后，本
5、文对我们在研究和开发U S B 接口工作中的不足之处和需要改进的地方进行了总结，同时也展望了B l u e t o o t h 发展的美好前景。图“幅，表2 个，参考文献2 4 篇。关键词：B l u e t o o t h,U S B，W m C E,B l u e C o r e 4，S u m s u n gS C 3 2 4 4 2 x分类号；T N 9 2 3丛避匹A 陷1 1 己A C I j1 3 1 u e t o o t l ai san e ws h o r t-r 姐g et e e l m o l o g i eO i lw i r e l e s sd a t aa
6、n dv o i c ec o m m u n i c a t i o n,w i t he a s y-t O-t l,h i g hr e l i a b i l i t y,l o w-c o s t,l o w-p o w e rc h a r a c t e r i s t i c s,v e r ys u i t a b l ef o rc o n n e c t i n gc o m p u t e r sa n dp e t i p l a e r a l s,S e t 叩p e r s o n a la r e an e t w o r k I m m e d i a t
7、e 锄dw i d e s p r e a d 咖。黜w a sp u to ni ni n d u s t r y o n c eb l u e t o o t ht e e l m o l o g yW a Sp u b l i s h e d T h eB l u e t o o t l as p e c i a lI n t e r e s tG r o u p(S I()i n v o l v e sa l m o s ta l lt h ew o r l df a m o u se n t e r p r i s e so ft h ec o m m u r t i e a t i
8、 o m，e l e c t r o n i c s，t h es o t t w a r ei n d u s t r y n O Wf a m i l i a rt oa 1 1 B l u e t o o t ht e c h n o l o g yw i l lb ew i d e l ya p p l i e di nt h ef u t u r e T h i sp a p e ra i m st od i s c u s st h eh 抛：d w a 砖越ds o t t w a r es o l u t i o no fU S B b a s e dB l u e t t h
9、w i r e l e s sm o d u l e s T r a d i t i o n a ld e s i g na d o p bR S-2 3 2s e r i a lo f w h i e l am a x i m t u ns p 删i s1 1 5 2 k t,r,sa se o m m L m i e a t i o ni m a 溉l i n tb o e a u s eo f i t sl o ws p c e da n dt h eu s eo f m o b i l ep h o n e sh a sb e c o n l ei n c o n v e n i e
10、n tt op r o m o t eo n eo f t h eb o t t l e n e c k s B l u e t o o t ha g r e e m e n tw i t ht h eu p g r a,t et oC o r ev 2 0+i D R,w U S e1 U S Bt om e e tt h eh i g h e rr a t eO i lt h er e q u e s t F a s tc o m m u n i c a t i o nb c t t c l t e l lB l u e t o o t hc h i pp r o c e s s o ra
11、 n dt h eU S BC o n t r o l l e rd e s i r e sg o o di n t e r f a c ed e s i g n B a s e dO nt h i st a r g e t,t h ep a p e rw i l ls t u d yd e e p l ya n de x p o u n di nt h ed e s i g no f i n t e r f a c eb f 眦W C l lU S BC 蚰h D l ha n dt h eB l u e t o o t hc h i p t h es t u d ya n dd e s i
12、 g no fU S Bi n t e r f a c es h o u l db eag r a d u a lp r o c e s s W es t a r tw i t ht h eb a s i cc o n c e p t sB l u e t o o t ha n dU S B，l h e nac o m p a r i s o nO nU S Ba n do t h e ri n m r f a c e s U S B2 0p r o t o c o li sam o s ti m p o r l 锄tc o n t e n t,m o 阳d e t a i l e da n
13、a l y s i sa n de l a b o r a t i o nO nC o m m u n i c a t i n gm o d e l,p a c k e t s，t y p c so fd a t at r a n s m i s s i o nw i l lb eg i v e n T h ed i s c u s s i o ni n t h i sp a p e ra Kb a s e dO i ls u m s u n g2 4 4 2 xp l 埘s s o f s，w h i c hb r i n gw i t haU S BC o n t r o l l e rO
14、 H C I I 0c o m p l i a n t T h e nW ew i l le l a b o r a t eo l r lt h ei n t e r n a lb l u e t o o t hc h i pf l l m W l l l-ep f o c 捌I I l r 髑，勰w e l lO,Si nt h ea c t u a lp r o c e s so fd e b u g g i n gp r o b l e m sa n ds p e c i f i cs o l u t i o n s I nt h i sm l p t h ee m b e d d e
15、do p e r a t i n gs y s t e mi sM i c r o s o t t sW i n C E，a su p p e rd r i v e r sp r o v i d e db yM i c r o s o f ts t a n d a r dm o d u l e s，S Om a i nm o d i l 5,o f b l u e t o o t hd r i v e ri si nt h eH C Il a y e r(B l u e t o o t hb a s e b a n dl a y e ri si m p l e m e n t e db yB
16、l u e t o o t hc h i p)。A n o t h e rf o c u so ft h i sp a p e ri sO i lt h e,x,n f i g u r i n gd r i v e ri ns y s t e mk e r n e lm o d ef o rB l u e t o o t hc h i p,i t se l a a r a e t e r i s t i e s，t h ek e yc o n c e p t s，m e t h o d s0 1 1t h ed e v e l o p m e n to fi t sd e s i g nw i
17、 l lb ee o n d u e t o dd e e p l y T h eu p p e ra p p l i c a t i o na l s op l a y e dav e r yi m p o r t a n tr o l ei nU S Bd e s i g n W ep i 印a l cat e s ta p p l i c a t i o nt ov 嘶匆t h em o d u l e j E 京銮煎太堂堂位论塞F i n a l l y,W es u m m i n gl】pt h ed e f i c i e n c i e sa n dt h en e e dt
18、oi m p r o v eo n，a n dt h e蜊g l l tp r o s p e c to f b l u e t o o t hi nt h ef u t u r e K E Y W O R D$：B l u e t o o t h,U S B,g r m C E。B l u e C o r e 4，S u m s u n g8 C 3 2 4 4 2 x,H C IC L A S S N o：T N 9 2 3j E 塞窑煎太堂兰位论奎学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权北京交通大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关
19、数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。(保密的学位论文在解密后适用本授权说明)学位论文作者签名趣旁导t l i l t t-g：婊嘉签字日期：z o 唧年R 月2 6 日签字日期：M 7 年，z 月访目独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京交通大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意
20、。学位论文作者签名：签字日期=z。o 年f 2 月2 c 日致谢本论文的工作是在我的导师路勇教授的悉心指导下完成的，路勇教授严谨的治学态度和科学的工作方法给了我极大的帮助和影响。在此衷心感谢三年来路勇老师对我的关心和指导。路勇教授悉心指导我们完成了实验室的科研工作，在学习上和生活上都给予了我很大的关心和帮助，在此向路勇老师表示衷心的谢意。路勇教授对于我的科研工作和论文都提出了许多的宝贵意见，在此表示衷心的感谢。在实验室工作及撰写论文期间陈星辰、宛硕等同学对我论文中的U S B 协议研究工作给予了热情帮助，在此向他们表达我的感激之情。另外也感谢我的爸妈、姐姐，他们的理解和支持使我能够在学校专心完
21、成我的学业1 绪论1 1 研究背景及问题的提出随着I n t e m e t 的飞速发展，从W A N 到M N，再到L A b，P A N，这些技术已逐渐成熟。目前，各类网络中最具增长潜力的是无线网络，许多机构会选择采用无线局域网(W L A N)来拓展他们的现有网络，获得在机构区域内部移动接入网络的能力。怎样不通过电缆，摆脱物理连接上的限制，使设备互联起来呢?为了找到这个问题的答案，十多年来，人们不断探索。形成了当今令人眼花缭乱的无线通信协议和产品。1 I 1 几种W L A N 技术的比较一般意义上，只要通信收发双方通过无线电波传输信息且传输距离限制在较短范围(几十米)以内，就可称为短距
22、离无线通信，其中，最流行的关于短距离无线数据通信的5 个标准是蓝牙0 3 l u e t o o t h)，8 0 2 1 l O v i F i)和红外(I r D A)以及后起之秀R F I D 和U w B。I)l r D A(1 n f r a r e d D a t l A s s o d a t i o n)k D A 是点对点的数据传输协议，通信距离一般在0 到1 米之间，传输速率最快可达1 6 M b p s，通信介质为波长9 0 0 纳米左右的近红外线。其传输具备小角度O o度锥角以内)，短距离，直线数据传输，保密性强，传输速率较高的特点，适于传输大容量的文件和多媒体数据并且
23、无需申请频率的使用权，成本低廉。k D A 已被全球范围内的众多厂商采用，目前主流的软硬件平台均提供对它的支持。I r D A 的不足在于它是一种视距传输，2 个相互通信的设备之间必须对准，中问不能被其他物体阻隔，因而只适用于2 台(非多台)设备之间的连接。蓝牙(B l u e t o o t h)B l u e t o o t h 就不受k D A 的必须点对点、中间不能被其他物体阻隔等限制。1 9 9 8年5 月，东芝、爱立信、m M、I n t d 和诺基亚共同提出该技术标准。它能够在l O米的半径范围内实现单点对多点的无线数据和声音传输，数据传输带宽可达2 1 M b p s(B l
24、u e t o o t h2 O+E D R)。B l u t t o o t h 工作在全球开放的2 4 G H z l S M 频段，使用跳频频谱扩展技术，通信介质为2 4 0 2 G H z 到2 4 8 0 G H z 的电磁波。一台B l u e t o o t h设备可同时与七台B l u e t o o t h 设备建立连接，在有效范围内可越过障碍物进行连接，j k 哀交亟太堂堂位趁室没有特别的通信视角和方向要求。此外，B l u e t o o t h 还具备功耗低、通信安全性好、支持语音传输、组网简单等特点。B l u e t o o t h 产品涉及P C、笔记本、移动电话
25、等信息设备和A N 设备、汽车电子、家用电器和工业设备领域。尤其是个人局域网应用，包括无绳电话、P D A 与计算机的互联、笔记本电脑与手机的互联以及无线R S 2 3 2，R S 4 8 5 接口等c)8 0 2 1 l W i-F i(W i r e l e s sF i d e l i t y)无线保真技术是另一种目前流行的技术。它使用的是2 4 G H z 附近的频段。w i F i 基于I E E E 8 0 2 1 l a、1 E E E 8 0 2 1 l b、I E E E 8 0 2 1 l g 和I E E E 8 0 2 1 l n。不仅传输的有效距离很长，而且速率还高达
26、上百兆，与各种8 0 2 1 1 D S S S 设备兼容。目前最新的交换机能把W i F i 无线网络从接近1 0 0 米的通信距离扩大到约6 5 公里。另外，使用W i F i 的门槛较低。厂商只要在机场、车站、咖啡店、图书馆等人员较密集的地方设置。热点”。并通过高速线路即可接入因特网。W i F i 未来最具潜力的应用将主要在S O H O、家庭无线网络以及不便安装电缆的建筑物或场所。凭借这些优点，W i F i 己成为目前最为流行的笔记本电脑技术而大受青睐田m 唧I o 叫i oF m 叩吼c yI d e n t i f i c a t i o n)即射频识别，俗称电子标签。它是一种
27、非接触式的自动识别技术，通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据。R F I D 由标签(T a g)、解读器(R e a d e r)和天线(A n W a n a)三个基本要素组成。其基本工作原理并不复杂，标签进入磁场后，接收解读器发出的射频信号，凭借感应电流所获锝的能量发送出存储在芯片中的产品信息(P a s s i v e T a g，无源标签或被动标签)，或者主动发送某一频率的信号(A c t i v e T a g，有源标签或主动标签)。解读器读取信息并解码后，送至中央信息系统进行有关数据处理。R F I D 可被广泛应用于安全防伪、工商业自动化、财产保护、物流业、车辆跟踪、停车
28、场和高速公路的不停车收费系统等。从行业上讲，R F I D 将渗透到包括汽车、医药、食品、交通运输、能源、军工、动物管理以及人事管理等各个领域。然而，由于成本、标准等问题的局限，R F I D 技术和应用环境还很不成熟。主要表现在：制造技术较为复杂，智能标签的生产成本相对过高f 标准尚未统一，最大的市场尚无法启动：应用环境和解决方案还不够成熟，安全性将接受很大考验。e)U W B(U l t r aW i d e b m a d)即超宽带技术。U W B 起源于2 0 世纪5 0 年代末，此前主要作为军事技术在雷达等通信设备中使用。随着无线通信的飞速发展，人们对高速无线通信提出了更高的要求，超
29、宽带技术又被重新提出，并备受关注。U W B 可提供高速率的无线通信，保密性很强，发射功率谱密度非常低，被检2测到的概率也很低，在军事通信上有很大的应用前景。此外U W B 通信采用调时序列，能够抗多径衰落，因此特别适合高速移动环境下使用。更重要的是。L r W B 通信又被称为是无载波的基带通信，几乎是全数字通信系统，所需要的射频和微波器件很少，因此可以减小系统的复杂性，降低成本。与当前流行的短距离无线通信技术相比，U 啪具有巨大的数据传输速率优势，在无线通信方面的创新性和利益性已引起了全球业界的关注。可以说，低成本、低功耗、高速率、简单有效的U W B 通信正是人类所期望的梦幻般的无线通信
30、方式。当然，U W B 技术也存在自身的弱点。主要是占用的带宽过大，可能会干扰其他无线通信系统，因此其频率许可问题一直在争论之中。另外，有学者认为，尽管U W B 系统发射的平均功率很低。但由于其脉冲持续时间很短，瞬时功率峰值可能会很大，这甚至会影响到民航等许多系统的正常工作但是学术界的种种争论并不影响U W B 的开发和使用，2 0 0 2 年2 月美国通信协会(F C C)批准了U W B 用于短距离无线通信的申请。I 2 蓝牙技术的优势及课题的选定经过以上分析可知，各种W L A N 技术各有优缺点。本文讨论主要讨论的是智能手机平台，蓝牙技术由于其低功耗、出色的安全性、无以伦比的抗干扰能
31、力和足以满足手机个人用户2 1 M b p s(B l u e t o o t h 2。0+E D R)的传输速率，使其成为理想选择对于通信接口的选择，蓝牙2 0+E D R 规范于2 0 0 4 年ll 发布，数据传输速度提高3 倍(在最理想情况下提高l O 倍)达到2。I M b p(最理想提高到7 2 M b p s)。满足速度要求的接口很多，例如：(1)U S B，v 1 1：1 2 M b p s：v 2 O：4 8 0 M b p s。(2)I E E1 3 9 4，1 0 0 M b p，2 0 0 M b p，3 0 0 M b p 4 0 0 M b p s。(3)P C I
32、，1 3 3 M B s。(4)S P I，5 6 M b p s。但由于嵌入式系统资源较少，一般不具备I E E E1 3 9 4，P C I 超高速的总线。全球领先的蓝牙芯片厂商C S R(C a n b r i d g es i l i c o nR a d i o)的B l u e C o r e 4 提供U A R T 和兼容U S B I 1、U S B 2 0 规范的U S B 作为通信接口，S P I 作为测试接口。U A R T 由于其1 1 5 2 k b p s 的速度已经不能满足B i u e t o o t h 2 0+E D R 对速率的要求。故我们研究支持最大速率
33、达到1 2 M b p s 的U S B I 1 接1 2 1 的蓝牙模块设计是非常有意义的。31 3 研究意义及现状近年来，蓝牙技术的发展已受到世界各国的广泛关注，我国政府对于蓝牙技术的发展与应用给予了很大的支持。2 0 0 2 年5 月，北京高新技术产业国际周上，召开了中国蓝牙技术发展与应用论坛的第五次会议。蓝牙技术的发展与应用对中国来说，是一个很难得的发展机遇。因为蓝牙技术标准统一，知识产权共享，大家都是站在同一个起跑线上，开展蓝牙技术产品的研究与开发。蓝牙技术的产品在我国拥有巨大的市场，我们不应把它完全让给国外的公司，我国的产业界应该有更多的参与，抓住机遇，利用这一项应用广泛的高新技术
34、带动传统产业的改造，加速实现我国信息化的进程。为在我国顺利发展蓝牙技术，国家无线电管理局于2 0 0 2 年8 月2 9 口以信产部名义发布文件，文中明确规定“为适应蓝牙、室内无线局域网、数字无绳电话和无线自动识别等通信技术的发展，满足无线电通信业务的需求，根据我国频谱使用情况，并参照国际通用的技术标准决定将2 4 0 0-2 4 8 3 S M a z 频段作为短距离微功率通信设备使用”蓝牙技术在我国也开始发展起来。国内的海尔、长虹等大型家电企业也先后表示将开发基于蓝牙技术的网络家电及相关产品。联想、方正、华为、东方通信、托普集团等也开始关注蓝牙这一新的商业机遇和巨大的产业，一些科研院所也投
35、入人力和资金对蓝牙技术进行研究、开发和推广，国内业界更是以这一开放技术为契机，开发适合国内市场的蓝牙产品。目前广州已将“蓝牙”列为重点攻关项目，并上报国家科技部项目，广州正在努力成为中国蓝牙第一城。广州的一些企业积极准备在广州建立蓝牙事业发展基地，广州普天众智根据蓝牙技术应用的不同电磁需要，已推出7 款蓝牙天线。哈尔滨亿时代数码科技的蓝牙无线读屏装置应用蓝牙技术创造了一种全新的计算机操作方式，实现了l O 米范围内遥控操作计算机上网读邮件、读网络新闻、网络语音聊天和读文档文件，可将其直接嵌入到笔记本电脑中。海尔集团公司已研制出蓝牙家电产品，如冰箱、空调、洗衣机、微波炉、洗碗机等，并计划尽快投产
36、。东软股份已经开发了自主版权的东软蓝牙套件，如蓝牙中间件、测试平台、蓝牙应用软件与蓝牙工具的开发。卓扬公司基于移动I P 的蓝牙无线接入系统，可以实现笔记本电脑、手机等设备之间以及这些设备与局域网、移动通信网、互联网等网络环境的数据和语音通信，满足专网、移动办公、智能家庭等无线互连应用。爱立信和海尔共同开发基于爱立信蓝牙本地信息点技术的蓝牙网络家电，利用爱立信的B L I P Cl l 技术联结不同的家用电器，如洗衣机、空调、冰箱等。目前全球蓝牙技术开发已取得了突出进展，蓝牙产品正陆续面世。爱立信、4摩托罗拉和诺基亚都推出了自己的蓝牙手机和一些配套蓝牙商用产品。I B M、L G、东芝、S o
37、 n y、富士通、N E C 等公司也相继发布了带有蓝牙功能的笔记本电脑和一些配件。S h a r p 为其掌上电脑设计C o m p a c tF l a s h 蓝牙插片，N E C 推出与蓝牙兼容的掌上电脑。据预测2 0 0 5 年，蓝牙设备产量将超过1 4 亿台。蓝牙产品的普及应用已指口可待，本课题在认真分析蓝牙通信协议的基础上，提出了一种能够有效解决这一问题的工程方案。该方案的核心是设计一种适合智能手机使用的蓝牙无线模块。模块设计采用U S B 接口，既满足了对速率的要求，也对将来可能开发支持P C 上U S B 接口的蓝牙产品提供参考经验，1 6内容安排本文旨在解决使用U S B
38、接口提高蓝牙的传输速率，主要从U S B 和b l u e t o o t h协议角度分析蓝牙芯片固件程序和U S B 驱动程序，修改后使处理器和b l u e t o o t h 芯片正常通信速度达到2 0 0-3 0 0k b p s。我们使用的s m n s m l g2 4 4 2 x 处理器包含一个h o s tc o n t r o l l e r，选择自带u s b 接口芯片的B l u e C o r e 4 作为c l i e n t，组成U S B 基本的通信系统：处理器上运行b l u e t o o t h上层协议栈和U S B 系统软件、U S B 总线驱动。H C
39、D 驱动C S R 的U S B 接口芯片完成U S B 的c l i e n t 端功能，将从处理器接收到的U S B 结构的数据还原成b l u e t o o t h协议规定好的结构，固侔程序实b l u e t o o t h 的b a s e b a n d 层来与耳机通信，H C I 层转发b l u e t o o t h 上层协议栈和U S B 的数据，并接受它们的命令。本文主要论述了基于U S B 蓝牙模块的设计过程，整个设计牵涉蓝牙协议的H C I 以下各部分，包括射频、基带、链路管理和H C I 办议。硬件部分以C S R 的B 1 u e C o r e 4 芯片为核心
40、，包含了射频单元、基带控制器、链路管理协议、H C I 和U S B 固件：主机软件部分包括H C I 命令和U S B 驱动。论文分为五章，第二章对所牵涉的主要蓝牙协议进行了分析，明确了蓝牙链路的建立过程及数据传输流程。第三章分析了U S B 协议和蓝牙U S B 传输层，明确了U S B 的体系结构及U S B 外设的通信过程。第四章论述了蓝牙模块的整体设计方案，完成模块的硬件设计工作，和主机上的驱动软件的设计，并且通过点对点通信实验对模块进行了功能测试。第五章对模块完成的功能，指标和不足进行了总结，并展望了蓝牙的美好前景。：j E 塞交通太堂堂位论奎2 蓝牙技术介绍2 1 蓝牙S I G
41、 及蓝牙标准进展。蓝牙”(B l u e t o o t h 原是十世纪统一了丹麦的国土的名字，现取其“统一”的含义，用来命名意在统一无线局域网通讯标准的蓝牙技术。1 9 9 8 年2 月，爱立信、诺基亚、m M、东芝和英特尔成立了蓝牙S I G 来研究新一代的无线传输技术，其目的是建立一个全球范围内的短距离无线连接系统，发展一种能够简易使用且在各种通信设备上都能畅行无阻的新技术，建立一个实际上的无线接口和相关软件标准，并促进更多的设备制造商支持该项协议。目前的成员包括3 C o m、爱立信、英特尔、微软、摩托罗拉等；合作组包括签署早期采纳合约1 1 的公司。目前电子、计算机、通信设备的接口及
42、通信标准很不统一，甚至在应用上也有差异，导致互通有相当的困难。蓝牙就是对这些不统一做出一致的规范，它的最大优势在于能够为与人类打交道的各种电器设备提供附加的通信能力，使之具有接入因特网和其它互联网的能力。蓝牙是无线数据和语音传输的开放式标准，它将各种通信设备、计算机及其终端设备、各种数字数据系统、甚至家用电器采用无线方式联接起来。它的传输距离为1 0 m(d a s s2)，如果增加功率或是加上某些外设(c l a s s1)便可达到1 0 0 m 的传输距离。它采用2 4 G H zI S M 频段和调频、跳频技术，使用权向纠错编码A R Q，T D D 和基带协议。T D M A 每时隙为
43、0 6 2 5 us，基带符合速率为1-3 M b s。蓝牙支持6 4 k b s 实时语音传输和数据传输，语音编码为C V S D，发射功率分别为l m W,2 5 m W 和1 0 0 r o w，并使用全球统一的4 8 比特的设备识别码(蓝牙地址1。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、对入体危害小，而且应用简单、容易实现，所以易于推广。从1 9 9 8 年下半年开始，蓝牙S I G 不断地对外公布升级的蓝牙标准，其版本后有0 7 080 9，1 O 和1,0 A A 9 9 9 年7 月，蓝牙公布正式规范1 O B 版本。2 0
44、 0 0年1 2 月，又发布了1 1 版。从1 0 B 开始的各版本都是可生产的，也就是说，各种更高版本的标准将都会和1,0 B 版本兼容。从2 0 0 5 年C S R 率先将2,0 版本的蓝牙芯片也投入市场，在E D R(数据增强模式)下，将蓝牙传输速度提高到3 M b p s。今后，蓝牙S I G 还会不断推出更新的版本。同时，蓝牙技术已被I E E E 8 0 2 1 5 采纳为部分，这标志着蓝牙已经成为一个具有重要地位的技术，成为国际上短距离无线通信的主流技术之一，将开启通信发展的新时代。蓝牙和未来通信标准2 1 1 E E E8 0 2 1 5 标准概述6I E E E8 0 2
45、1 5 是一个关于无线个人网络(W P A N)的技术标准，它以蓝牙技术作为W P A N 的基础，由I E E E8 0 2 1 5 工作组负责制定，目前由四个分标准组成：1 G l 负责制定I E E E8 0 2 1 5 1，处理基于蓝牙v 1 x 版本的速率为lM b i t s 的W P A N 标准；T G 2 负责制定I E E E8 0 2 1 5 2，处理在公用I S M 频段内无线设备的共存问题；T G 3 负责制定I E E E8 0 2 1 5 3，负责开发高于2 0 M b i t s 速率的多媒体和数字图像应用；T G 4 负责制定I E E E8 0 2 1 5
46、4，这个任务组研究低于2 0 0 k b i t s 数据传输率的W P A N 应用，与Z i g B e e 联盟一同开发基于8 0 2 1 5 4 的高级别协议。I E E E8 0 2 1 5 1 是蓝牙物理层协议的标准版本，是I E E E 与蓝牙S I G 合作的成果，最初标准基于蓝牙1 1 实现。I E E E8 0 2 1 5 1 虽然是以蓝牙规范v 1 1 为基础，但又不是完全的照搬，而是按照I E E E8 0 2 系列的标准体系加以取舍和补充。蓝牙S I G 和I E E E8 0 2 1 5 工作组不愿看到两个不能进行互操作的标准同时存在而使用户产生混乱。因此，I E
47、E E 获得了蓝牙S I G 的授权，可以采用蓝牙规范的部分内容作为I E E E8 0 2 1 5 1 标准的基本部分。同时蓝牙S I G 也对I E E E 强加了一定的条件，包括测试蓝牙v 1 1 在新的W P A N 标准下的干扰问题以确保8 0 2 1 5。l 与蓝牙v 1 1版本达到1 0 0 的互操作性。因此I E E E8 0 2 1 5 1 可以同蓝牙规范v 1 1 版完全兼容。蓝牙和U W B 基于蓝牙协议栈的开发不断完善和在商业应用中的巨大潜力，同时在t m 8(超带宽)技术的支持下，S I G 组织预言新一代的蓝牙将会是在M A C 层采用L r W M 的R F 技术
48、基础上继续利用现有的蓝牙协议栈进行升级，实2 0 0,-4 0 0 M B P S的数据传输能力。2 2 蓝牙网络拓扑蓝牙技术支持点对点和点对多点连接，可以采用无线方式将若干蓝牙设备连成一个微微网(P i c o o n e 0，多个微微网又可互连成分布式网络(S o a t t e r 2 n e t)，形成灵活的多重微微网的拓扑结构，从而实现各类设备的快速通信【错(1)微微网(P i c o n e t)通过蓝牙技术连接在一起的所有设备被认为是一个微微网”一个微微网内寻址8 个设备，实际上互连的设备数据量可更多。只不过在同一时刻只能激活8 个，其中1 个为主单元(m a s t e r)，
49、7 个为从单元(s l a v e)，其余为暂停单元(它们不参与信道工作，但与网络保持同步，并随时由主单元控制接入信道工作)。网络结构如图2 1所示。7F i g u r e2-iP i c o n e t图2-1 徽徽同(2)分布式网络(S c a m p e r)几个独立且不同步的微微网组成一个分布式网络。此网络中，一个微微网的主(从)设备可以是另外一个微微网的从(主)设备，但一个微徽网只能有一个主设备。每个微微网都有自己的跳频信道，微微网间靠跳频顺序去识别，同一微微网所有用户都与这个跳频顺序同步分布式网络如图2-2 所示。，0 二7，：-o；，?、0 o C j、bF i g t a e
50、2-2S c a t t e m e t图2-2 分布式网络go蓝蕴拄垄佥缉2 3 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、软件功能等单元组成，如图2 3 所示。F i g u r e2-3B l o c kd i a g r a mo fB l u e t o o t hs y 砒e mc o m p o n e n t s图2-3 蓝牙系统组成图各功能单元的工作原理、作用和应用介绍如下：2 3 1 无线单元蓝牙无线单元是一个微波跳频扩频通信系统。它遵循F C C(美国联邦通信委员会)I S M 频段0 d B m 的规定。故其发射机功率建立在天线电平为0 d B m 的基础