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1、无线网络与移动通信技术基础第1页，共119页，编辑于2022年，星期六移动通信与移动计算的区别移动通信与移动计算的区别n nMobilecommunicationinvolveonlyphysicalandMAClayersn nMobilecomputingincludemobilenetworking(datalink,network,transportlayers)aswellassoftwareapplicationssuchaswirelessaccesstoinformationresources,client/serverinteraction,etc.第2页，共119页，编辑于
2、2022年，星期六一、概述n n无线通信的历史无线通信的历史无线通信的历史无线通信的历史 中国古代中国古代中国古代中国古代 烽火台烽火台烽火台烽火台18651865年年年年，麦麦麦麦克克克克斯斯斯斯韦韦韦韦（J.J.C.C.MaxwellMaxwell）建建建建立立立立了了了了著著著著名名名名的电、磁、光现象相统一的麦克斯韦方程的电、磁、光现象相统一的麦克斯韦方程的电、磁、光现象相统一的麦克斯韦方程的电、磁、光现象相统一的麦克斯韦方程18871887年年年年，赫赫赫赫兹兹兹兹（H.H.R.R.HertzHertz）首首首首次次次次证证证证明明明明了了了了在在在在数数数数米米米米远两点之间可以发
3、射和检测电磁波远两点之间可以发射和检测电磁波远两点之间可以发射和检测电磁波远两点之间可以发射和检测电磁波 ；18951895年年年年5 5月月月月7 7日，波波夫在俄国彼得堡的物理化学分日，波波夫在俄国彼得堡的物理化学分日，波波夫在俄国彼得堡的物理化学分日，波波夫在俄国彼得堡的物理化学分会上，宣读了关于会上，宣读了关于会上，宣读了关于会上，宣读了关于“金属屑与电振荡的关系金属屑与电振荡的关系金属屑与电振荡的关系金属屑与电振荡的关系”的论的论的论的论文，并当众展示了他发明的无线电接收机。文，并当众展示了他发明的无线电接收机。文，并当众展示了他发明的无线电接收机。文，并当众展示了他发明的无线电接收
4、机。第3页，共119页，编辑于2022年，星期六n n无线通信的历史无线通信的历史无线通信的历史无线通信的历史 18951895年年年年，马马马马可可可可尼尼尼尼(G.(G.M.M.Marconi)Marconi)成成成成功功功功地地地地进进进进行行行行了了了了约约约约3 3公公公公里里里里的的的的无无无无线线线线电电电电通通通通信信信信；18971897年年年年，马马马马可可可可尼尼尼尼赴赴赴赴英英英英国国国国发发发发展展展展，获获获获得得得得科科科科学学学学界界界界和和和和实实实实业业业业界界界界的的的的重重重重视视视视和和和和支支支支持持持持，取取取取得得得得了了了了专专专专利利利利。1
5、8971897年年年年，马马马马可可可可尼尼尼尼建建建建议议议议了了了了世世世世界界界界上上上上第第第第一一一一家家家家无无无无线线线线电电电电器器器器材材材材公公公公司司司司-马马马马可可可可尼尼尼尼公公公公司司司司。19011901年年年年，他他他他在在在在英英英英格格格格兰兰兰兰和和和和纽纽纽纽芬芬芬芬兰兰兰兰之之之之间间间间进进进进行行行行了了了了横横横横跨跨跨跨大大大大西西西西洋洋洋洋的的的的莫莫莫莫尔尔尔尔斯斯斯斯电电电电报报报报码码码码发发发发射射射射和和和和接接接接收收收收试试试试验验验验，通通通通信信信信距距距距离离离离超超超超过过过过30003000公公公公里里里里；马马马
6、马可可可可尼尼尼尼的的的的贡贡贡贡献献献献贯贯贯贯穿穿穿穿在在在在无无无无线线线线电电电电、电电电电视视视视、移移移移动动动动电电电电话话话话、卫卫卫卫星星星星通通通通信信信信等等等等广广广广泛泛泛泛领领领领域域域域。19091909年获得诺贝尔物理学奖。年获得诺贝尔物理学奖。年获得诺贝尔物理学奖。年获得诺贝尔物理学奖。第4页，共119页，编辑于2022年，星期六移动移动与无线通信基本知识与无线通信基本知识Frequency(f)is the number of oscillations(cycles)per second.Unit is Hertz or Hz Wavelength (l)l
7、)is the distance covered by one oscillation(cycle)as the wave travels through space第5页，共119页，编辑于2022年，星期六多径效应：多径效应：多径效应：多径效应：由于多径传播，造成多径信号的幅度、相位和到达时由于多径传播，造成多径信号的幅度、相位和到达时由于多径传播，造成多径信号的幅度、相位和到达时由于多径传播，造成多径信号的幅度、相位和到达时间不同，它们相互叠加会产生电平衰退间不同，它们相互叠加会产生电平衰退间不同，它们相互叠加会产生电平衰退间不同，它们相互叠加会产生电平衰退(fading)(fading
8、)和时和时和时和时延扩展，产生附加的调频噪声，出现接收信号失真。延扩展，产生附加的调频噪声，出现接收信号失真。延扩展，产生附加的调频噪声，出现接收信号失真。延扩展，产生附加的调频噪声，出现接收信号失真。移动台直射波直射波反射波反射波反射体反射体散射波散射波散射体散射体基站第6页，共119页，编辑于2022年，星期六移动台阴影衰退：阴影衰退：阴影衰退：阴影衰退：由地形、地物、气象等原因对电磁波的遮蔽引起，由此引起的由地形、地物、气象等原因对电磁波的遮蔽引起，由此引起的由地形、地物、气象等原因对电磁波的遮蔽引起，由此引起的由地形、地物、气象等原因对电磁波的遮蔽引起，由此引起的衰退为慢衰退。衰退为慢
9、衰退。衰退为慢衰退。衰退为慢衰退。例如，当移动用户穿过不同高度建筑物、十字例如，当移动用户穿过不同高度建筑物、十字例如，当移动用户穿过不同高度建筑物、十字例如，当移动用户穿过不同高度建筑物、十字路口，接收到的信号平均功率发生变化，且是缓慢的变化。路口，接收到的信号平均功率发生变化，且是缓慢的变化。路口，接收到的信号平均功率发生变化，且是缓慢的变化。路口，接收到的信号平均功率发生变化，且是缓慢的变化。快衰退和慢衰退随着移动台的移动而产生变化，这二者构成移动快衰退和慢衰退随着移动台的移动而产生变化，这二者构成移动快衰退和慢衰退随着移动台的移动而产生变化，这二者构成移动快衰退和慢衰退随着移动台的移动
10、而产生变化，这二者构成移动通信接收信号不稳定的因素。通信接收信号不稳定的因素。通信接收信号不稳定的因素。通信接收信号不稳定的因素。基站障碍物障碍物第7页，共119页，编辑于2022年，星期六 多普勒（多普勒（多普勒（多普勒（DopplerDoppler）效应：）效应：）效应：）效应：由于移动台与基站的相对运动引起接收信号的附加频由于移动台与基站的相对运动引起接收信号的附加频由于移动台与基站的相对运动引起接收信号的附加频由于移动台与基站的相对运动引起接收信号的附加频率变化，距离越近，附加频率越高。率变化，距离越近，附加频率越高。率变化，距离越近，附加频率越高。率变化，距离越近，附加频率越高。移动
11、台移动台基站基站第8页，共119页，编辑于2022年，星期六WirelesssystemstransmitandreceivewaveformsthatareoutsideoftheWirelesssystemstransmitandreceivewaveformsthatareoutsideofthespectrumofvisiblelight-fromabout800spectrumofvisiblelight-fromabout80030,000MHz30,000MHz全范围无线电频谱图第9页，共119页，编辑于2022年，星期六极低频（ELF)军事潜艇通信甚低频（VLF)导航、声纳、航
12、空低频（LF)航海与航空导航信标、航空导航中频（MF)中波广播、航海与航空导航信标高频（HF)短波广播、业余无线电甚高频（VHF)电视与调频广播、无线寻呼、地面移动通信超高频（UHF)电视与调频广播、无绳电话、个人无线电特高频（SHF)微波链路、卫星通信极高频（EHF)雷达、射电天文学微米波远程探测、激光通信、光空间通信红外光300kHz30MHz3000MHz300GHz3kHz频率第10页，共119页，编辑于2022年，星期六天线n nAllwirelessdeviceshaveatleastoneantenna;Allwirelessdeviceshaveatleastoneantenn
13、a;mostusethesameantennatotransmitandreceivemostusethesameantennatotransmitandreceiven nTheantennamustbeatleastonequarterTheantennamustbeatleastonequarterwavelengthinsizetoworkwell.wavelengthinsizetoworkwell.n nSo,nomatterhowsmallyoumakeacellularSo,nomatterhowsmallyoumakeacellularphone,theantennaphon
14、e,theantennaisgoingtohavetobeaboutthissize!isgoingtohavetobeaboutthissize!第11页，共119页，编辑于2022年，星期六第12页，共119页，编辑于2022年，星期六波束转换智能天线波束转换智能天线(b)自适应阵列智能天线自适应阵列智能天线(a)智能天线智能天线第13页，共119页，编辑于2022年，星期六视距通信视距通信(LOS)：Line of SightLine of Sight 发射天线与接收端间无障碍物。发射天线与接收端间无障碍物。发射天线与接收端间无障碍物。发射天线与接收端间无障碍物。第14页，共119页，编
15、辑于2022年，星期六n n两次世界大战强烈地刺激了无线通信技术的发展两次世界大战强烈地刺激了无线通信技术的发展两次世界大战强烈地刺激了无线通信技术的发展两次世界大战强烈地刺激了无线通信技术的发展n n19461946年，首次开通公众移动服务系统年，首次开通公众移动服务系统年，首次开通公众移动服务系统年，首次开通公众移动服务系统,主要用于大众安全部门，主要用于大众安全部门，主要用于大众安全部门，主要用于大众安全部门，如警察和消防部队，并逐渐向民间过渡。如警察和消防部队，并逐渐向民间过渡。如警察和消防部队，并逐渐向民间过渡。如警察和消防部队，并逐渐向民间过渡。n n 正因为一个频谱只能为一对讲话
16、者使用，频谱成为稀有资源，日正因为一个频谱只能为一对讲话者使用，频谱成为稀有资源，日正因为一个频谱只能为一对讲话者使用，频谱成为稀有资源，日正因为一个频谱只能为一对讲话者使用，频谱成为稀有资源，日趋紧张。世界无线电管理委员会趋紧张。世界无线电管理委员会趋紧张。世界无线电管理委员会趋紧张。世界无线电管理委员会(WRC)(WRC)提出频谱分配法；提出频谱分配法；提出频谱分配法；提出频谱分配法；n n 军事战争：无线电台军事战争：无线电台军事战争：无线电台军事战争：无线电台 短波通信短波通信短波通信短波通信 长波通信长波通信长波通信长波通信n n18701870年，丹麦大北电报局途径俄国、日本在中国
17、建立第一条电年，丹麦大北电报局途径俄国、日本在中国建立第一条电年，丹麦大北电报局途径俄国、日本在中国建立第一条电年，丹麦大北电报局途径俄国、日本在中国建立第一条电报线，报线，报线，报线，18821882年中国第一个电报局建立（李鸿章的业务运动）。年中国第一个电报局建立（李鸿章的业务运动）。年中国第一个电报局建立（李鸿章的业务运动）。年中国第一个电报局建立（李鸿章的业务运动）。100100年以后的年以后的年以后的年以后的19821982年，我国电话才年，我国电话才年，我国电话才年，我国电话才234234万部，电话线万部，电话线万部，电话线万部，电话线2.32.3条条条条/1000/1000人。到
18、人。到人。到人。到20062006年，我国固定和移动电话均超过年，我国固定和移动电话均超过年，我国固定和移动电话均超过年，我国固定和移动电话均超过4 4亿台，普及亿台，普及亿台，普及亿台，普及率超过率超过率超过率超过3030。无线/移动通信的发展第15页，共119页，编辑于2022年，星期六无线/移动通信的发展蜂窝（Celluar）概念：将通信的区域按蜂窝形状分的区域按蜂窝形状分成若干小区，两个小区间只要相隔一段距离,无线载频就可重复使用。频率复用(频分多址),无线频谱尽可能在不同的地理位置上重复使用，每个小区由所对应的基站来服务。1946年，美国AT&T贝尔实验室首先提出这一设想，模拟蜂窝系
19、统于1970年开发成功，1979年第一个蜂窝系统称之为先进移动电话业务的AMPS在芝加哥建成，表示真正民用付诸实现，20世纪80年代模拟蜂窝系统在很多国家建立起来（如日：HCMTS、北欧：NMT、法：TACS、德C450）大大推动了移动通信的发展。第16页，共119页，编辑于2022年，星期六蜂窝系统的三个基本参量：高容量、小区和频率复用；越区切换，位置管理为蜂窝系统所独有，较其他移动通信系统复杂不少;采用更具有更高级的数字技术与网络管理技术，信令网络与业务网络相分离的GSM被广泛采用。美国1990年IS-54，1992年IS95-98(CDMA)均为双模体制，我国采用900MHz频段的GSM
20、(GlobalServiceforMobile)体制(FDMA/TDMA)。无线/移动通信的发展第17页，共119页，编辑于2022年，星期六 1996年：年：新增的面向个人的移动用户超过固定用户增长速度 2000年：年：全球移动用户：2亿亿 全球固定用户：8亿亿 2004年：年：移动用户达到17亿，中国3.4亿 2010年：年：移动用户达到30亿，与固定用户数量持平以移动蜂窝网用户为例第18页，共119页，编辑于2022年，星期六无线/移动通信的发展终极目标：终极目标：个人通信PCN(PersonalCommunicationNetworks)是人类通信的最高目标，它指使用各种可能的网络技术
21、，实现任何人(Whoever)在任何时间(Whenever)、任何地点(Whereever)与任何人(Whomever)进行任何种类(Whatever)的信息交换。Anywhere,anyone,anyway,anytime第19页，共119页，编辑于2022年，星期六无线网络与有线网络有何不同？n n无线网络通过一系列站无线网络通过一系列站(hops,(hops,跳跳)和交换机为移动用户提和交换机为移动用户提供其连接有线网络的入口。一个典型移动计算的点到点连供其连接有线网络的入口。一个典型移动计算的点到点连接包括无线交换部分和有线广域网部分。点到点物理连接接包括无线交换部分和有线广域网部分。
22、点到点物理连接中，交换机软件十分复杂，常规的网络设计和开销计算已中，交换机软件十分复杂，常规的网络设计和开销计算已经不再适用。经不再适用。n n无线网络的容错性比有线网差，传输错误或者暂时的连接中无线网络的容错性比有线网差，传输错误或者暂时的连接中断带来的后果都会比有线网中要大。这主要是因为用户不断断带来的后果都会比有线网中要大。这主要是因为用户不断漫游，天气原因等。漫游，天气原因等。n n容错性差将会给传输层软件和协议提出新的要求。容错性差将会给传输层软件和协议提出新的要求。第20页，共119页，编辑于2022年，星期六Infrastructure-basedvsInfrastructure
23、-basedvs.adhocadhocFixed,wiredbackbone;MobilesdirectlycommunicateWithAccessPoints.Nowiredbackbone;Peer-to-peer;Multi-hoproutes无线网络分类第21页，共119页，编辑于2022年，星期六WPAN 10 mBluetoot、UWB、ZigbeeWLAN 150 m11 54 Mbps802.11a/b/e/gHiperLAN/2WMAN 5 km802.16a/d/e 70 MbpsLMDS 38 MbpsWWAN1Mb/s1Mb/s（0.960.964Mbps4Mbps）
24、；）；IrDA IrDA主要应用：设备互联、信息网关主要应用：设备互联、信息网关设备互联后可完成不同设备内文件与信息的交换信息网关负责连接信息终端设备互联后可完成不同设备内文件与信息的交换信息网关负责连接信息终端和互联网和互联网 2.1 红外线通信特点红外线通信特点第27页，共119页，编辑于2022年，星期六如何组成红外无线网络？如何组成红外无线网络？红外无线数据通信红外无线数据通信/控制协议控制协议 IrDAIrDA协议集（协议集（19931993）红外数据网络网络为红外漫反射器红外数据网络网络为红外漫反射器 调制技术调制技术2.2 红外线无线网络结构红外线无线网络结构第28页，共119页
25、，编辑于2022年，星期六n nIrDAIrDA协议栈分成两部分：核心协议和可选协议。协议栈分成两部分：核心协议和可选协议。协议栈分成两部分：核心协议和可选协议。协议栈分成两部分：核心协议和可选协议。n nIrDAIrDA的核心协议包括：物理层协议、链路接入协议、链的核心协议包括：物理层协议、链路接入协议、链的核心协议包括：物理层协议、链路接入协议、链的核心协议包括：物理层协议、链路接入协议、链路管理协议和服务发现协议。路管理协议和服务发现协议。路管理协议和服务发现协议。路管理协议和服务发现协议。n n核心协议完成对物理传输媒介的监测与控制，发现设备，可靠核心协议完成对物理传输媒介的监测与控制
26、，发现设备，可靠核心协议完成对物理传输媒介的监测与控制，发现设备，可靠核心协议完成对物理传输媒介的监测与控制，发现设备，可靠的数据链路的建立与维持，高层数据包的适配，不同协议数据的数据链路的建立与维持，高层数据包的适配，不同协议数据的数据链路的建立与维持，高层数据包的适配，不同协议数据的数据链路的建立与维持，高层数据包的适配，不同协议数据的复用与流量控制。的复用与流量控制。的复用与流量控制。的复用与流量控制。IASIASOBEXOBEX话音与呼话音与呼叫控制叫控制IrCommIrCommTiny TPTiny TPIrLMPIrLMPIrLAPIrLAP红外线物理层红外线物理层IrDA协议栈协
27、议栈2.2 红外线无线网络结构红外线无线网络结构第29页，共119页，编辑于2022年，星期六UWB技技术术又又被被称称为为脉脉冲冲无无线线电电发发射射技技术术。根根据据美美国国联联邦邦通通信信委委员员会会（FCC）的的定定义义，是是指指在在3.1G-10.6G频频段段内内占占用用10dB/带宽大于带宽大于500MHz的无线发射方案。的无线发射方案。3、超宽带（、超宽带（UWB）技术）技术第30页，共119页，编辑于2022年，星期六UWB技技术术曾曾被被广广泛泛应应用用于于雷雷达达和和遥遥感感领领域域，作作为为商商用用无无线通信技术目前正受到越来越多的关注。线通信技术目前正受到越来越多的关注
28、。UWB技技术术即即不不同同于于传传统统的的窄窄带带无无线线传传输输技技术术，也也不不同同于于3G扩扩频频宽宽带带技技术术。传传统统的的窄窄带带或或扩扩频频宽宽带带系系统统都都需需要要使使用用载载波波将将基基带带信信号号调调制制到到射射频频上上，而而UWB技技术术不不需需载载波波，能能直直接接调调制制脉脉冲冲信信号号，产产生生带带宽宽高高达达几几GHz的的窄窄脉脉冲冲波波形形，其其带带宽宽远远远远大大于于目目前前任任何何商商业业无线通信技术所占用的带宽。无线通信技术所占用的带宽。3.1 UWB概述概述第31页，共119页，编辑于2022年，星期六UWBUWB吞吐量吞吐量n nHigh spee
29、d at short rangeHigh speed at short range 480 Mb/s at 3m480 Mb/s at 3m Does not penetrate wallsDoes not penetrate walls3.1 UWB概述概述第32页，共119页，编辑于2022年，星期六 UWB信号的宽频带、低功率谱密度的特性，决定了信号的宽频带、低功率谱密度的特性，决定了UWB无线传输技术的以下优势：无线传输技术的以下优势：易于与现有的窄带系统，如易于与现有的窄带系统，如GPS、蜂窝通信系统、地面、蜂窝通信系统、地面 电视等共用频段，大大提高了频谱利用率；电视等共用频段，大
30、大提高了频谱利用率；易于实现多用户的短距离高速数据通信；易于实现多用户的短距离高速数据通信；对多径衰落具有鲁棒性。对多径衰落具有鲁棒性。3.1 UWB概述概述第33页，共119页，编辑于2022年，星期六适合适合UWB技术的实际应用包括：技术的实际应用包括：高速无线个域网；高速无线个域网；无线以太接口链路；无线以太接口链路；智能无线局域网；智能无线局域网；户外对等网络；户外对等网络；传感、定位和识别网络传感、定位和识别网络 目目前前，UWB在在多多媒媒体体设设备备，家家庭庭和和个个人人网网络络方方面面的的应应用用前前景景已已得得到到了了专专业业界界的的普普遍遍认认可可，UWB将将促促进进智智能
31、能网网络络和和设设备备的的发展，形成真正以用户为中心的无线世界。发展，形成真正以用户为中心的无线世界。3.1 UWB概述概述第34页，共119页，编辑于2022年，星期六UWB无线技术基于共用频段思想，打破短距离无线通信频无线技术基于共用频段思想，打破短距离无线通信频率资源供不应求及不兼容的现状，为频谱管理和无线系统工程率资源供不应求及不兼容的现状，为频谱管理和无线系统工程中存在的诸多问题提供有效的解决方案；中存在的诸多问题提供有效的解决方案；UWB技术能为无线个域网接入技术提供低功耗、高带宽且易于实现技术能为无线个域网接入技术提供低功耗、高带宽且易于实现的底层技术支撑，实现便携设备和固定设备
32、、个人电脑和娱乐设备的空的底层技术支撑，实现便携设备和固定设备、个人电脑和娱乐设备的空中接口，建立可兼容的全中接口，建立可兼容的全IP网络；网络；UWB系统能在短距离内支持高达系统能在短距离内支持高达400Mb/s的信息传输率，并可通的信息传输率，并可通过减小传输速率来增加传输距离，实现精确的定位跟踪；过减小传输速率来增加传输距离，实现精确的定位跟踪；同时，同时，UWB设备具有能支持有效多次反射路由机制的精确设备具有能支持有效多次反射路由机制的精确位置跟踪功能，更有利于在动态节点的自组织网（位置跟踪功能，更有利于在动态节点的自组织网（ad hoc）中）中实现定位。实现定位。3.1 UWB概述概
33、述第35页，共119页，编辑于2022年，星期六UWB 接口设备接口设备Measured UWB Pulse train output3.1 UWB概述概述第36页，共119页，编辑于2022年，星期六4、蓝牙（蓝牙（Bluetooth）技术）技术蓝牙以公元蓝牙以公元10世纪一位斯堪的纳维亚国王的名字命名。发明蓝世纪一位斯堪的纳维亚国王的名字命名。发明蓝牙技术的是瑞典爱立信公司。牙技术的是瑞典爱立信公司。1998年年5月，爱立信、诺基亚、东芝、月，爱立信、诺基亚、东芝、IBM和英特尔五家公司经过磋商，联合成立了蓝牙共同利益集团和英特尔五家公司经过磋商，联合成立了蓝牙共同利益集团（Bluetoo
34、th SIG）。）。99年年7月发布月发布Bluetooth 1.0标准。至今加盟蓝牙标准。至今加盟蓝牙SIG的公司已达到的公司已达到2000多个，蓝牙具有广阔的应用前景和巨大的潜在多个，蓝牙具有广阔的应用前景和巨大的潜在市场。市场。所谓蓝牙所谓蓝牙(Bluetooth)技术，实际上是一种短距离无线电技术，技术，实际上是一种短距离无线电技术，使得现代一些轻易携带的移动通信设备和电脑设备，不必借助电使得现代一些轻易携带的移动通信设备和电脑设备，不必借助电缆就能联网，并且能够实现无线上因特网，其实际应用范围还可缆就能联网，并且能够实现无线上因特网，其实际应用范围还可以拓展到各种家电产品、消费电子产
35、品和汽车等信息家电，组成以拓展到各种家电产品、消费电子产品和汽车等信息家电，组成一个巨大的无线通信网络。一个巨大的无线通信网络。第37页，共119页，编辑于2022年，星期六 蓝牙技术主要面向蓝牙技术主要面向10m范围内的个人网络。各类数据及语音设备（信息家范围内的个人网络。各类数据及语音设备（信息家电）电）,通过无线方式将它们连成一个微微网通过无线方式将它们连成一个微微网(Piconet),多个微微网之间也多个微微网之间也可以互连形成分布式网络从而方便、快速地实现各类设备之间的通信（数可以互连形成分布式网络从而方便、快速地实现各类设备之间的通信（数据、音频、图象等）。据、音频、图象等）。蓝牙
36、技术是公开的无线数据和话音通信标准蓝牙技术是公开的无线数据和话音通信标准(IR传输和短距无线电链传输和短距无线电链路），无线收发器集成于路），无线收发器集成于99mm2的微芯片内，可方便地嵌入到便携式设的微芯片内，可方便地嵌入到便携式设备中备中,从而增加设备的通信选择性。从而增加设备的通信选择性。蓝牙同步语音信道支持蓝牙同步语音信道支持 64Kbps 数据传输率；数据传输率；非同步信道可支持：非同步信道可支持：721Kbps，非对称，单向最大速率非对称，单向最大速率 432.6Kbps，上下链路对称最大速率，上下链路对称最大速率4、蓝牙（蓝牙（Bluetooth）技术）技术第38页，共119页
37、，编辑于2022年，星期六n nBasicfactsBasicfacts Operates in the unlicensed Industrial-Science-Medical Operates in the unlicensed Industrial-Science-Medical(ISM)band at 2.45 GHz.(ISM)band at 2.45 GHz.Adopts frequency-hop transceivers to combat interference and Adopts frequency-hop transceivers to combat interfe
38、rence and fading.fading.The nominal radio range:10 meters with a transmit power The nominal radio range:10 meters with a transmit power of 0 dBm.of 0 dBm.The extended radio range:100 meters with amplified transmit power The extended radio range:100 meters with amplified transmit power of 20 dBm.of 2
39、0 dBm.Major technology for short-range wireless networks and Major technology for short-range wireless networks and wireless personal area network.wireless personal area network.An enabling technology for multi-hop ad hoc networks.An enabling technology for multi-hop ad hoc networks.Low cost of Blue
40、tooth chips(about$5/chip).Low cost of Bluetooth chips(about$5/chip).4、蓝牙（蓝牙（Bluetooth）技术）技术第39页，共119页，编辑于2022年，星期六n n蓝牙应用：蓝牙应用：蓝牙应用：蓝牙应用：话音话音话音话音/数据的接入。它是将一台计算设备通过安全的无线链路连接数据的接入。它是将一台计算设备通过安全的无线链路连接数据的接入。它是将一台计算设备通过安全的无线链路连接数据的接入。它是将一台计算设备通过安全的无线链路连接到一个通信设备，完成与广域通信网络互联。到一个通信设备，完成与广域通信网络互联。到一个通信设备，完成
41、与广域通信网络互联。到一个通信设备，完成与广域通信网络互联。外围设备互联是指将各种外设通过蓝牙链路连接到主机。外围设备互联是指将各种外设通过蓝牙链路连接到主机。外围设备互联是指将各种外设通过蓝牙链路连接到主机。外围设备互联是指将各种外设通过蓝牙链路连接到主机。个人网络和信息的共享和交换。个人网络和信息的共享和交换。个人网络和信息的共享和交换。个人网络和信息的共享和交换。第40页，共119页，编辑于2022年，星期六 蓝牙系统基本特征：蓝牙系统基本特征：蓝牙系统基本特征：蓝牙系统基本特征：(1)(1)网络拓扑网络拓扑网络拓扑网络拓扑 (2)(2)交换模式交换模式交换模式交换模式 (3)(3)节能
42、模式节能模式节能模式节能模式 (4)(4)抗干扰性能抗干扰性能抗干扰性能抗干扰性能 (5)(5)鉴权、加密鉴权、加密鉴权、加密鉴权、加密 (6)(6)话音编码话音编码话音编码话音编码 (7)(7)软件结构软件结构软件结构软件结构4、蓝牙（蓝牙（Bluetooth）技术）技术第41页，共119页，编辑于2022年，星期六蓝牙包括核心协议蓝牙包括核心协议(Core)和简档（和简档（Profile）两个部分。协议主要定）两个部分。协议主要定义蓝牙的技术细节（如串口仿真协议、逻辑链路控制和适配协议等），义蓝牙的技术细节（如串口仿真协议、逻辑链路控制和适配协议等），而简档定义相应的实现协议栈，这样即可为
43、全球兼容性奠定基础。而简档定义相应的实现协议栈，这样即可为全球兼容性奠定基础。蓝牙标准主要定义底层协议，也定义一些高层协议和相关接口。整个协议蓝牙标准主要定义底层协议，也定义一些高层协议和相关接口。整个协议体系结构分为体系结构分为4层：层：(1)核心协议层（链路管理协议核心协议层（链路管理协议LMP、蓝牙逻辑链路控制与适配协议、蓝牙逻辑链路控制与适配协议 L2CAP、服务检测协议、服务检测协议SDP）(2)线缆替代协议层线缆替代协议层（RFCOMM）(3)电话控制协议层（电话控制协议层（TCB,BIN/AT）(4)其它协议层（与其它协议层（与Internet应用相关的高层协议，如应用相关的高层
44、协议，如PPP、UDP/TCP/IP、OBEX/vCard/vCal、IrMC、E-mail、WAP等等)4、蓝牙（蓝牙（Bluetooth）技术）技术第42页，共119页，编辑于2022年，星期六蓝牙协议栈图蓝牙协议栈图 第43页，共119页，编辑于2022年，星期六n nOpenproblemOpenproblem:amethodforforminganefficientscatternetamethodforforminganefficientscatternetunderapracticalnetworkingscenario.underapracticalnetworkingscen
45、ario.n nTwomethodsTwomethods:BluetreeBluetree andandBluenetBluenet4、蓝牙（蓝牙（Bluetooth）技术）技术第44页，共119页，编辑于2022年，星期六n n微微网（Piconet）Asimpleon-hopstar-likenetworkAmasterunitUpto7activeslaveunitsUnlimitednumberofpassiveslaveunits.n n散布网（Scatternet）AgroupofconnectedpiconetsAunitservesasabridgebetweentheover
46、lappingpiconetsinproximity.4、蓝牙（蓝牙（Bluetooth）技术）技术第45页，共119页，编辑于2022年，星期六蓝牙无线电规范蓝牙无线电规范蓝牙无线电规范蓝牙无线电规范 调制调制调制调制:GFSKGFSK数据速率（峰值）数据速率（峰值）数据速率（峰值）数据速率（峰值）:4M:4MbpsbpsRFRF频段频段频段频段:2.4GHz,ISM2.4GHz,ISMRFRF载波载波载波载波:23/7923/79载波间隔载波间隔载波间隔载波间隔:1 1传输功率传输功率传输功率传输功率:0.1:0.1w w微微网接入微微网接入微微网接入微微网接入:FH-TDD-TDMAFH
47、-TDD-TDMA频跳率频跳率频跳率频跳率:16001600分布式网络的接入分布式网络的接入分布式网络的接入分布式网络的接入:FH-CDMAFH-CDMA4、蓝牙（蓝牙（Bluetooth）技术）技术第46页，共119页，编辑于2022年，星期六n n跳频的时分双工（跳频的时分双工（跳频的时分双工（跳频的时分双工（FH-TDD-TDMAFH-TDD-TDMA）4、蓝牙（蓝牙（Bluetooth）技术）技术第47页，共119页，编辑于2022年，星期六q 从应用的角度，它与日前广泛应用于微波通信中一点多址技从应用的角度，它与日前广泛应用于微波通信中一点多址技术十分相似，很容易穿透障碍物，实现全方
48、位的语音与数据传术十分相似，很容易穿透障碍物，实现全方位的语音与数据传输，非视距通信。蓝牙也使用输，非视距通信。蓝牙也使用2.4GHz频段，采用跳频扩频技术。频段，采用跳频扩频技术。对应于单时隙分组，蓝牙的跳频速率为对应于单时隙分组，蓝牙的跳频速率为1600跳跳/秒；对应于时秒；对应于时隙包，跳频速率有所降低；由于使用较高的跳频速率，使其抗隙包，跳频速率有所降低；由于使用较高的跳频速率，使其抗干扰能力较高。在发射带宽为干扰能力较高。在发射带宽为1MHz时，其有效数据速率为时，其有效数据速率为721kbps。q 链路层和应用层进行安全管理。在链路层中，它提供了认证、链路层和应用层进行安全管理。在
49、链路层中，它提供了认证、加密和密钥管理等功能，每个用户都有一个个人标识码（加密和密钥管理等功能，每个用户都有一个个人标识码（PIN），），被译成被译成128bit链路密钥来进行单双向认证。蓝牙设备还有链路密钥来进行单双向认证。蓝牙设备还有ID标识。标识。4、蓝牙（蓝牙（Bluetooth）技术）技术第48页，共119页，编辑于2022年，星期六蓝牙安全性：蓝牙安全性：q 物理层：物理层：蓝牙跳频速度达蓝牙跳频速度达1600 1600 跳跳/s/s，属快速跳频，加上通信，属快速跳频，加上通信的短距离的特性，提供一定程度的物理层的安全特性。的短距离的特性，提供一定程度的物理层的安全特性。q 链路层
50、：链路层：蓝牙链路级的安全特性在蓝牙链路级的安全特性在L2CAPL2CAP协议中完成。基于链路协议中完成。基于链路密钥的概念，密钥为密钥的概念，密钥为128128比特长的随和序列。蓝牙设备在每次建链比特长的随和序列。蓝牙设备在每次建链时都要核对密钥，通信时该密钥将用于鉴权和加密。时都要核对密钥，通信时该密钥将用于鉴权和加密。q 业务级：采用了安全管理器的概念，安全管理器可以对每一个设备和业务级：采用了安全管理器的概念，安全管理器可以对每一个设备和服务指定信任等级和访问极限，满足蓝牙设备和服务的安全接入。服务指定信任等级和访问极限，满足蓝牙设备和服务的安全接入。4、蓝牙（蓝牙（Bluetooth