英语原文共 20 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料
蓝牙无线电系统
一、概念
几年前, 人们认识到, 真正低成本、低功耗的无线电电缆更换的愿景是可行的。这样一个无处不在的链接将创建一个与办公环境具有类似优势的个人区域网络对应-局域网 (lan)，从而为便携式设备以临时方式进行通信奠定基础。蓝牙是多个公司组成的财团努力的成果，旨在设计一种免版税的技术规范来实现这一愿景。
本文描述了蓝牙概念背后的无线电系统。设计一个供全世界使用的特别无线电系统带来了几个挑战。本文对关键系统进行了描述。对已经做出的设计选择进行评估。
二、介绍
在过去的几十年中，微电子和VLSI技术的进步促进了计算和通信设备用于商业使用的广泛使用。个人电脑、笔记本电脑、手机等消费类产品的成功，以及它们的不断降低成本和尺寸，都是成功的基础。这些设备之间的信息传输非常繁琐，主要是因为 躺在电缆上。近来，已经开发了一种新的通用无线电接口，使得电子设备能够通过短距离ad-hoc无线连接来无线地通信。蓝牙技术得到了领先制造商的支持，如：诺基亚、ibm、crc、intel和许多其他厂商——消除了电线、电缆和电源线之间相应的连接器的需求。 较少或移动电话、变焦、电脑、打印机等，为新的和完全不同的设备和应用程序提供新的和完全不同的方式。技术使 可以嵌入在现有(便携式)设备中的低功耗、小尺寸和低成本的设备。最终，这些嵌入式系统将导致无处不在的连接，并真正地将所有事物连接到任何事物。无线电技术将允许这种连接发生，而不需要任何明确的用户交互。
本文介绍了蓝牙无线通信系统的基本设计和技术折衷。第二节介绍了有关临时无线电系统的一些基本问题.第一节 第二章对蓝牙系统本身进行了概述，重点介绍了蓝牙系统的无线电体系结构。它解释了如何对系统进行优化以支持即席连接。第四节描述 蓝牙规范工作。
三、ad-hoc无线电连接
今天在商业上使用的大多数无线电系统都是基于蜂窝无线电架构的。在有线骨干基础设施上建立的移动网络使用一个或多个基站。 在战略位置ED以提供本地小区覆盖；用户应用便携式电话或更多通用移动终端来接入移动网络；终端保持与NE的连接 经由无线电链路到基站的网络。在基站和终端之间存在严格的分离。一旦注册到网络，终端就保持锁定在控制信道上。 网络中的LS和连接可以根据控制信道协议建立和释放。信道接入、信道分配、流量控制和干扰是整洁的。 由基站控制。这些传统无线电系统的例子是公共移动电话系统，如GSM， D-AMPS和IS-95 [1,2,3]，而且也有类似于基于802.11或HiperLANI和HiperLANII[4,5,6]的WLAN系统的私有系统，和其他系统，如DECT and PHS [7,8]。
相反，在真正的自组织系统中，无线电单元之间没有区别；也就是说，没有区别的基站或终端。ad-hoc连接是基于对等通信的。第(次) 目前还没有支持便携式设备之间连接的有线基础设施；也没有可依赖的中央控制器来进行转接。 通信。此外，没有经营者的干预。对于使用蓝牙的方案，大量的即席连接很可能同时存在于 同一区域没有任何相互协调；也就是说，几十个临时链接必须在同一地点以同一方式共享同一媒体。这与临时方案不同。 在过去，ad-hoc连接在提供单个(或极少数)网络之间的范围内的单位[4,5]。对于蓝牙应用程序，通常有许多独立的网络在同一区域重叠。这将被表示为一个分散的临时环境。分散的特殊环境由多个 每个网络只包含有限数量的单元。传统的蜂窝环境、传统的ad-hoc环境和分散的ad-hoc环境之间的区别是 如图1所示。专案无线电系统的环境特性对下列基本问题有重大影响：
- 使用的无线电频谱
- 确定可连接到哪些单元
- 连接建立
- 多址接入方案
- 信道分配
- 媒体访问控制
- 服务优先次序(即数据前的语音)
- (相互)干扰
- 能量[功率，动力]消耗
特别无线电系统已经使用了一段时间，例如军方、警察、消防队和救援队所使用的辅助无线电系统。然而，蓝牙系统是 首先，商业特别无线电系统将大规模使用，并向公众广泛提供。
- b)
c)
图1.a)具有代表固定基站的方格的蜂窝无线电系统，b)常规的特设系统，和c)
分散特设系统。
四、蓝牙无线电系统结构
介绍了蓝牙无线通信系统的技术背景。描述了为优化ad-hoc功能而采取的哪些设计折衷，以及解决了第三节所列问题。
- 射频频谱
无线电频谱的选择首先取决于缺乏算子的相互作用。频谱必须向公众开放，不需要许可证。第二，必须向全世界提供频谱。第一个蓝牙应用程序是针对旅行商人谁连接他的便携式设备，无论他去哪里。幸运的是，有一个可供全球使用的无线电频道。该波段，工业、科学、医学（ISM）波段以2.45GHz为中心，以前为某些专业用户组保留，但最近已开放。在美国，频带范围为2400MHz至2483.5MHz，FCC第15部分规定适用。在欧洲大部分地区，ETS-300328可提供相同的频带。在日本，最近从兆赫到2500兆赫的频段已被允许用于商业应用，并已与世界其他地区协调。概括起来，在大多数国家，免费频谱可获得从2400兆赫至2483.5兆赫，协调一致的工作正在进行中，以使这一无线电波带真正在全世界可供使用。
世界不同地区的法规各不相同。但是，它们的范围是使任意用户能够公平地进入无线电波带。该条例一般规定发射信号能量的扩展和最大允许发射功率。要使一个系统在全球运行，就必须找到一个同时满足所有规则的无线电概念。因此，其结果将是所有要求中的最低限度。
*)在法国和西班牙，频带的确切位置不同，频带较小。
- 抗干扰性
由于任何无线电发射机只要满足规定，就可以自由访问无线电频带，因此，抗干扰性是一个重要的问题。干涉的范围和性质 无法预测GHZ超宽带。无线电设备可例如从10台婴儿监视器到30台无线局域网接入点。以较高的概率，不同的系统共享sa。 我的乐队将无法沟通。因此，协调是不可能的。更多的问题是fcc第18部分的规则所涵盖的高功率 包括烤箱和照明装置。这些装置落在部分15的功率和扩展规则之外，但仍然共存于2.45GHzISM频带中。除了来自外部源的干扰之外，必须考虑来自其他蓝牙用户的共同用户干扰。
干扰免疫可以通过干扰抑制或干扰避免来获得。抑制可以通过编码或直接序列扩展来实现.然而，i的动态范围 在一个特别的无线电环境中，潜在的信号可能是巨大的.考虑到近距离大鼠的距离比和功率差异。 超过50dB的IOS不例外。以1Mb/s和超过1Mb/s的期望用户速率，实际上获得的编码和处理增益是不充分的。相反，干扰避免 因为期望的信号在频率和/或干扰低或不存在的位置处被发送,所以更有吸引力。如果干扰conce,则避免时间可以是一种替代方案, 可以中断脉冲干扰器和期望信号。在频率上避免是更实际的。因为2.45GHz频带提供大约80MHz的带宽,并且大多数无线电系统都是带LiMI的, 在不存在主要干扰的情况下，可以发现具有高概率的无线电频谱的一部分的TED。频域中的滤波提供了对其它PAR的干扰的抑制, 电台里的T。滤波器抑制可以很容易地达到50分贝或更多。
- 多址方案
ad-hoc无线电系统多址接入方案的选择，是由于缺乏协调和对多址接入系统的规范所驱动的。自信道以来，ad-hoc系统对ad-hoc系统很有吸引力。水银只依赖于无线电单元中晶体的精确性。结合自适应或动态信道分配方案，可以避免干扰。不幸的是，普尔FDMA不满足ISM频带中设置的扩展要求。TDMA需要对信道正交性的严格的时间同步。对于多个共同定位的ad-hoc连接，保持公共定时基准变得相当麻烦。CDMA提供特别无线电系统的最佳性能，因为它提供扩展，并能处理更多的系统。DS-CDMA由于远近问题需要协调的功率控制或过度的处理增益，因此不太具有吸引力。此外，与TDMA信道一样，DS-CDMA信道也需要一个通用的定时基准。最后，对于较高的用户速率,要求较高的芯片速率,但由于带宽(抗干扰性)和较高的电流消耗,这就不那么吸引人了。FH-CDMA结合了一些特性，这使得它成为自组织无线电的最佳选择系统。平均来说，信号可以在很大的频率范围内传播，但是只有很小的带宽被占用，避免了大部分潜在的干扰。跳载波是正交的，通过滤波可以有效地抑制相邻信道上的干扰。跳跃序列将不正交(FCC规则不允许跳跃序列的协调)，但是窄带和共用户干扰可以用更高层协议的措施来克服的通信。
蓝牙是基于FH-CDMA的。在2.45GHZ频段，一组79跳载波被定义为1 MHz的间隔*。该信道是具有625s的名义跳停留时间的跳频信道。定义了大量伪随机跳跃序列，另见第一节。特定序列由控制称为主通道的单元确定。主单元的本机时钟也定义跳跃序列中的相位。跳频信道上的所有其他参与者都是从节点；它们使用主标识来选择相同的跳频序列，并将时间添加到各自的本机时钟到相应的跳频中。在时域中，信道被划分为时隙。625s的最小驻留时间对应于单个时隙。为了简化实现，全并行通信是通过应用时分多址来实现的。这意味着一个单元发送和接收。如果需要单芯片实现，那么将发送和接收在时间上分离，将有效地防止了无线电中发送和接收操作之间的相声。由于发送和接收发生在不同的时隙，发送和接收也发生在不同的跳载波上。图2说明了应用于蓝牙的/转接通道。注意，多个ad-hoc链路将利用不同跳频序列的不同跳频信道，并具有更好的时隙定时。
*) 目前，法国和西班牙已在1兆赫载波间隔范围内确定了一组23跳载波。
f(2k) f(2k 1) f(2k 2)
A
t
B
t
625 s
图2 在蓝牙中应用的FH/TDD信道的图示。
- 调制方案
在该频带内，系统的信号带宽限制在1 MHz以内。为了鲁棒性，选择了一种二进制调制方案。在上述带宽限制的情况下，数据速率限制在1/s左右。对于辅助系统和对数据业务的支持，采用非相干检测方案是最合适的。蓝牙采用高斯型调制，名义调制指数k=0.3。逻辑偏差作为正频偏差发送，逻辑作为负频率偏差发送。可以简单地通过有限的fm扩展来实现。该调制方案允许实施低成本的无线电设备。
- 媒体访问控制
蓝牙已经被优化，允许在同一地区进行大量的通信。与其他临时解决方案不同的是，范围内的所有单元共享相同的信道，蓝牙的设计允许大量独立信道，每个信道只为有限数量的参与者服务。在所考虑的调制方案下，该多址信道中的单个中继信道只支持1 Mb/s的总比特率。这一能力必须由信道上的所有参与者共享。理论上，79个载流子的频谱可以支持79个载波。在以蓝牙为目标的用户场景中，极不可能所有范围内的单位都需要在它们之间共享信息。通过使用大量独立的1 Mb/s信道，这些信道只连接到真正想要交换信息的单元上，从而更有效地利用了80 MHz频道。由于跳序列的非均匀性，理论容量不能达到79 Mb/s，但至少比1 Mb/s大得多。
fh蓝牙信道与微微网相关联。如第3节所述，微微网信道由主单元的标识(提供跳序列)和系统时钟(提供跳相)定义。所有其他单位都是奴隶。每个蓝牙无线电单元都有一个自由运行的系统或本机时钟。没有常见的时间基准，但是当建立了一个新的微微网时，奴隶就会把它们添加到它们的本地时钟中，再添加到主时钟中。当取消的时候，这些将再次释放，但是可以存储以供以后使用。不同的信道有不同的主频，因此也有不同的跳频序列和相位。为了保持所有单元之间的高容量链路，可以在公共信道上参与的单元数被故意限制为8个(一个主站和七个从站)。它还限制了解决问题所需的开销。蓝牙是基于对等通信的。主/从角色仅归因于一个单位在该单位的持续时间内。微微网取消时，主服务器和角色被取消。每个单位都可以成为主人或奴隶。从定义上讲，建立微微网的单位成为主体。
除了定义接口之外，主服务器还控制通信量，并负责访问控制。访问完全没有争用。625s的短驻留时间只允许单个分组的传输。基于争用的访问方案将提供太多的开销，并且在短停留时间内不能有效地应用蓝牙。在蓝牙中，主机实现集中控制；只有主机和一个或多个从站之间的通信是可能的。时隙用于主传输和从传输。在主传输中，所述主机包括所述信息所针对的单元的从地址。为了避免多个从机之间的冲突，主站应用了一种轮询技术：对于每个从站到主站的时隙，主站决定允许哪个从站到主站。此决定是按时隙执行的：只有在从主时隙前的主从时隙中寻址的从时隙才允许在从主时隙中进行传输。如果主站有要发送给特定从站的信息，则该从站是相应的，并且可以返回信息。如果主机没有要发送的信息，则必须使用短轮询包显式地轮询从站。由于主调度既考虑了业务流量的分配，又考虑到了从业务的特点，因此必须采用智能调度算法。主控制有效地防止了通道上的参与者之间发生冲突。当它们偶尔使用相同的跳载波时，独立的、同位置的交叉可能会产生干扰。应
剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料
资料编号：[443488]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word
以上是毕业论文外文翻译，课题毕业论文、任务书、文献综述、开题报告、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。
