【正文】 2020屆畢業(yè)論文 1 緒論 概述 進(jìn)入 21 世紀(jì)以來(lái)，無(wú)線通信技術(shù)正在以前所未有的速度向前發(fā)展?，F(xiàn)有的GSM、 NCDMA等技術(shù)正紅紅火火地發(fā)展，第三代移動(dòng)通信系統(tǒng) (3G)也已經(jīng)提上了議事日程，并將很快投入商用。這些技術(shù)能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的通信。但人們也許沒(méi)有注意到，在同一間屋內(nèi)或很近的地方，同樣也需要無(wú)線通信。因此，又出現(xiàn)了另外一種需求：實(shí)現(xiàn)低價(jià)位、低功耗、可替代電纜的短距離無(wú)線通信。人們希望通過(guò)一個(gè)小型的、 短距離的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)為移動(dòng)和商業(yè)用戶提供各種服務(wù)。 短距離無(wú)線通信作為一個(gè)相對(duì)較新的技術(shù)，它的市場(chǎng)和應(yīng)用一直備受業(yè)界所關(guān)注。從 1999 年藍(lán)牙標(biāo)準(zhǔn)的橫空出世開(kāi)始，很多技術(shù)觀點(diǎn)都認(rèn)為短距離無(wú)線通信市場(chǎng)會(huì)出現(xiàn)爆發(fā)式的增長(zhǎng)，但近十年過(guò)去了，事實(shí)證明，藍(lán)牙至今都還沒(méi)有進(jìn)入快速的發(fā)展階段，其應(yīng)用仍停留在高端手機(jī)的無(wú)線耳機(jī)。有意思的是，作為同時(shí)期完成標(biāo)準(zhǔn)化的技術(shù) IEEE 無(wú)線局域網(wǎng)，卻在 WiFi聯(lián)盟的強(qiáng)力推動(dòng)下，得到了空前的推廣。如今隨著 Intel的迅馳技術(shù)一道， WiFi的 Logo已經(jīng)在筆記本電腦中隨處可見(jiàn) 。 由此可見(jiàn)，一種技術(shù)的應(yīng)用推廣，除了技術(shù)本身完善且有明確的市場(chǎng)定位外，國(guó)際產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟的推動(dòng)作用是非常巨大的。藍(lán)牙目前的現(xiàn)狀也正是由于產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟的運(yùn)作不夠成熟所造成的。正是有了 WiFi成功的先例?，F(xiàn)在還處于技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化時(shí)期的短距離無(wú)線通信技術(shù)，就紛紛建立各自的產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，一方面推動(dòng)高層協(xié)議的規(guī)范化，進(jìn)而開(kāi)展設(shè)備認(rèn)證和互通測(cè)試，另一方面積極進(jìn)行市場(chǎng)宣傳和普及，為今后的產(chǎn)品商用做準(zhǔn)備。 超寬帶（ UWB）作為高速短距離無(wú)線通信技術(shù)的核心已經(jīng)被大家所公認(rèn)，盡管物理層標(biāo)準(zhǔn)尚處于爭(zhēng)論階段，但產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟的進(jìn)程卻非常快速。目前 UWB比較明確的市場(chǎng)包括家庭消費(fèi)電子、計(jì)算機(jī)周邊設(shè)備和移動(dòng)通信終端。家庭消費(fèi)電子是家電廠商的傳統(tǒng)勢(shì)力范圍，不過(guò)隨著設(shè)備的復(fù)雜性增加，各種各樣的線纜越來(lái)越成為了累贅。以數(shù)字電視機(jī)為中心，包括 CD/DVD 播放設(shè)備、音響設(shè)備、數(shù)碼相機(jī)、數(shù)碼攝像機(jī)等等這些消費(fèi)類電子產(chǎn)品之間的大量數(shù)據(jù)的傳輸需要 UWB提供高速短距離無(wú)線通信技術(shù)。同樣的情況出現(xiàn)在計(jì)算機(jī)周邊設(shè)備，主機(jī)與顯示器、 USB 第 1 頁(yè) 共 49 頁(yè) 中北大學(xué) 2020屆畢業(yè)論文 存儲(chǔ)設(shè)備、掃描儀、投影儀等高速傳輸?shù)慕涌谝残枰獰o(wú)線化，而且需求更為急迫。 Intel所主導(dǎo)的 Wireless USB正是這種高速應(yīng)用的推動(dòng)組織， 2020年初已經(jīng)有公司展出了基于多頻帶 OFDM的超寬帶技術(shù)的無(wú)線 USB控制器。移動(dòng)通信終端是發(fā)展最快的領(lǐng)域，隨著 3G的全面商用，對(duì)終端的存儲(chǔ)容量、處理能力和互通性要求也越來(lái)越高， UWB這種高速短距離無(wú)線通信對(duì)藍(lán)牙技術(shù)替代也是自然的。面對(duì)著如此多的應(yīng)用場(chǎng)景，各種針對(duì)應(yīng)用的技術(shù)聯(lián)盟也積極開(kāi)展研究和測(cè)試，除了上面提到的 Wireless USB之外，還有 1394 Trade Association和中國(guó)的閃聯(lián)工作組 IGRS。 另一方面，低速短距離 無(wú)線通信的代表技術(shù) Zigbee 也在 Zigbee 聯(lián)盟的運(yùn)作下穩(wěn)步發(fā)展。 2020年底 Zigbee聯(lián)盟發(fā)布第一個(gè) Zigbee網(wǎng)絡(luò)協(xié)議規(guī)范，并確定 Zigbee的啟動(dòng)市場(chǎng)為家庭控制、建筑物自動(dòng)化和工業(yè)自動(dòng)化。其中作為家庭控制領(lǐng)域的應(yīng)用協(xié)議描述（ Application Profile）已經(jīng)制定完成。其它領(lǐng)域的應(yīng)用協(xié)議也正在制定中。從藍(lán)牙協(xié)議制定的九個(gè)應(yīng)用協(xié)議描述看出，低速的短距離無(wú)線通信的應(yīng)用前景是非常廣闊的，特別是在后續(xù)的 IEEE 增加了測(cè)距和定位功能后，其市場(chǎng)范圍將進(jìn)一步擴(kuò)大。 由于人們對(duì)無(wú)線通 信的需求越來(lái)越大，各種短距離無(wú)線通信技術(shù)將在自動(dòng)化控制和家庭信息化領(lǐng)域扮演越來(lái)越重要的角色。本課題將對(duì)目前常用的和最新的短距離無(wú)線通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行研究，分析了它們的優(yōu)缺點(diǎn)及實(shí)現(xiàn)方法，比較了它們?cè)诩夹g(shù)上的異同點(diǎn)，討論了在選擇、使用這些技術(shù)時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題，并且選擇藍(lán)牙技術(shù)設(shè)計(jì)一個(gè)用于鼠標(biāo)、鍵盤、 USB 適配器的通信系統(tǒng)。之所以選擇藍(lán)牙技術(shù)，是因?yàn)槟壳拜^成熟的短距離無(wú)線通信技術(shù)中， IrDA 紅外傳輸雖然效率較高但穿透力差 。HomeRF技術(shù)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜，設(shè)備要求高 。，但它專為數(shù)據(jù)傳輸設(shè)計(jì) 不能直接提供語(yǔ)音服務(wù)，目前提供的帶寬也比較有限。相比較之下，藍(lán)牙技術(shù)作為一種無(wú)線數(shù)據(jù)與語(yǔ)音通信的開(kāi)放性全球規(guī)范，以低成本的近距離無(wú)線連接為基礎(chǔ)，為固定與移動(dòng)設(shè)備通信環(huán)境建立一個(gè)特別的連接。同時(shí)它擁有跳頻更快，數(shù)據(jù)包更短等優(yōu)點(diǎn)，這是藍(lán)牙比其它系統(tǒng)更穩(wěn)定，藍(lán)牙技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、手機(jī)、照相機(jī)、播放器、打印機(jī)等電子設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸與交換中，因此藍(lán)牙技術(shù)的應(yīng)用前景十分廣泛。通過(guò)藍(lán)牙模塊的設(shè)計(jì)，將有利于理解無(wú)線通信系統(tǒng)的一般特征，為今后學(xué)習(xí)和應(yīng)用其他無(wú)線通信技術(shù)奠定 第 2 頁(yè) 共 49 頁(yè) 中北大 學(xué) 2020屆畢業(yè)論文 了基礎(chǔ)，具有典型的代表意義。 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 短距離無(wú)線通信技術(shù)的出現(xiàn)和應(yīng)用較好的適應(yīng)了市場(chǎng)發(fā)展的需求 ,特別是在最近一兩年內(nèi)以驚人的速度發(fā)展 ,各種相關(guān)技術(shù)層出不窮 ,已經(jīng)在醫(yī)療、銷售、制造、倉(cāng)儲(chǔ)、運(yùn)輸、會(huì)展、金融、小型辦公、學(xué)校等許多不適合或無(wú)法布線的場(chǎng)合或需要移動(dòng)辦公、移動(dòng)工作的企事業(yè)單位和行業(yè)系統(tǒng)得到了初步的應(yīng)用。 短距離無(wú)線通信技術(shù)目前在中國(guó)尚處于拓荒階段。國(guó)內(nèi)的通信廠商對(duì)短距離無(wú)線通信標(biāo)準(zhǔn)化的參與還不是很多，主要停留在研究跟蹤階段。不過(guò)，隨著我國(guó)加入 WTO，各種 各樣的知識(shí)產(chǎn)權(quán)糾紛接踵而至，許多組織機(jī)構(gòu)和公司已經(jīng)將短距離無(wú)線通信技術(shù)納入了今后的研究視野。 中國(guó)通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)（ CCSA）的無(wú)線通信技術(shù)委員會(huì)第三工作組已經(jīng)開(kāi)始就超寬帶技術(shù)進(jìn)行了課題研究，并即將輸出相應(yīng)的研究報(bào)告，其它領(lǐng)域如 RFID、Zigbee也有了對(duì)應(yīng)的研究計(jì)劃。不少高校、公司和研究機(jī)構(gòu)都在積極參與 [15]。 從國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織上看，我國(guó)不少高校和公司已經(jīng)成為超寬帶兩大陣營(yíng)組織的成員，在 會(huì)議上，中國(guó) UWB 論壇、北京郵電大學(xué)等甚至聯(lián)合意大利CreateNet 公司向 提交了備選物理層方案。這說(shuō)明我國(guó)的研究力量已經(jīng)開(kāi)始向短距離無(wú)線通信領(lǐng)域轉(zhuǎn)移了，可以相信在未來(lái)幾年，國(guó)內(nèi)對(duì)這方面的研究將會(huì)更加深入和富有成效，從而最大程度地保護(hù)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，爭(zhēng)取在未來(lái)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)競(jìng)爭(zhēng)中位于不敗位置。 藍(lán)牙技術(shù)作為電子設(shè)備無(wú)線互聯(lián)的廉價(jià)和可靠的技術(shù)實(shí)現(xiàn)方式，可以作為現(xiàn)有移動(dòng)設(shè)備中的小型、廉價(jià)、短距離的無(wú)線數(shù)據(jù)收發(fā)機(jī)。藍(lán)牙技術(shù)的發(fā)展和完善經(jīng)歷了較長(zhǎng)的時(shí)間過(guò)程，從創(chuàng)立之處起逐步完善和發(fā)展了技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，優(yōu)化和擴(kuò)大了應(yīng)用領(lǐng)域，進(jìn)一步提高了無(wú)線通信的可靠性和安全性。 現(xiàn)在，藍(lán)牙芯片價(jià)格已經(jīng)低于 5美元的預(yù)期目標(biāo)，正逐步被大規(guī)模市場(chǎng)化運(yùn)作，特別是藍(lán)牙耳機(jī)、藍(lán)牙適配器等產(chǎn)品市場(chǎng)化運(yùn)作較為成功，藍(lán)牙技術(shù)的新一個(gè)發(fā)展機(jī)遇已經(jīng)來(lái)臨?；谒{(lán)牙芯片開(kāi)發(fā)相應(yīng)的模塊是該技術(shù)應(yīng)用的最佳途徑，有利于提高效率、降低成本、增加結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的靈活性，特別是模塊已經(jīng)集成了射頻電路從根本上解決了模塊應(yīng)用的技術(shù)難題，更有利于形成優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的產(chǎn)業(yè)鏈，推動(dòng)了藍(lán)牙技術(shù)的快速發(fā)展。 第 3 頁(yè) 共 49 頁(yè) 中北大學(xué) 2020屆畢業(yè)論文 2 短距離無(wú)線通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) 本章主要介紹幾種常見(jiàn)和最新的短距離無(wú)線通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)目前使用較廣泛的 藍(lán)牙、 、紅外、 HomeRF、 Zigbee和 UWB等傳輸技術(shù)進(jìn)行了闡述，并分析了它們的優(yōu)缺點(diǎn)及技術(shù)比較。 藍(lán)牙技術(shù) 藍(lán)牙，是一種支持設(shè)備短距離通信（一般 10m藍(lán)牙技術(shù)的典型應(yīng)用 藍(lán)牙技術(shù)適用于以下三個(gè)方面的短距離無(wú)線連接： （ 1）數(shù)據(jù)和語(yǔ)音接入點(diǎn)； （ 2）替代電線和電纜； （ 3）包含硬件、軟件和互操作需求的一種無(wú)固定中心站的網(wǎng)絡(luò)。 藍(lán)牙技術(shù)的幾種典型應(yīng)用如下 : （ 1）三合一電話。 “藍(lán)芽 ”技術(shù)使一部移動(dòng)電話手機(jī)能在多種場(chǎng)合內(nèi)使用：在辦公室里，這部手機(jī)是內(nèi)部電話，不計(jì)電 話費(fèi)；在家里，是無(wú)繩電話，計(jì)固定電話費(fèi)；出門在外，是一部移動(dòng)電話，按移動(dòng)電話的話費(fèi)訂費(fèi)。 （ 2）因特網(wǎng)橋。 “藍(lán)芽 ”技術(shù)可以使便攜式電腦在任何地方都能通過(guò)移動(dòng)電話手機(jī)進(jìn)入因特網(wǎng)，隨時(shí)隨地到因特網(wǎng)上去 “沖浪 ”。 （ 3）交互性會(huì)議。在會(huì)議中， “藍(lán)芽 ”技術(shù)可以迅速使自己的信息通過(guò)電腦、手機(jī)、 PDA等供其他與會(huì)者共享。 （ 4）房門公文包。筆記本電腦還在皮包里時(shí)收到了外來(lái)的電子郵件，用戶的移動(dòng)電話就會(huì)發(fā)出聲音，提醒用戶 “電腦收到了電子郵件 ”。這時(shí)用戶不用打開(kāi)電腦，在手機(jī)上就可以瀏覽收到的電子郵件。 （ 5）數(shù)字相 機(jī)中圖像的無(wú)線傳輸。 “藍(lán)芽 ”技術(shù)將數(shù)字相機(jī)中的圖像發(fā)送給 第 4 頁(yè) 共 49 頁(yè) 中北大學(xué) 2020屆畢業(yè)論文 其它的數(shù)字相機(jī)或者 PC 機(jī)、 PDA等。 （ 6）各種家用設(shè)備的遙控和組成家電網(wǎng)絡(luò)。 藍(lán)牙技術(shù)的特點(diǎn) 藍(lán)牙技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)歷了不斷完善和發(fā)展的過(guò)程，藍(lán)牙國(guó)際組織 —特殊利益集團(tuán)(SIG)制訂了不同版本的藍(lán)牙標(biāo)準(zhǔn)，區(qū)分藍(lán)牙產(chǎn)品首先應(yīng)該關(guān)注該產(chǎn)品符合的技術(shù)版本。藍(lán)牙技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)制訂時(shí)間順序如下 [1]： (1) 2020年 11 月 4日， +EDR版標(biāo)準(zhǔn)； (2) 2020年 11 月 5日， ； (3) 2020年 2月 22日， ； (4) 1999年 12月 l日， ； (5) 1999年 7月 26日， ，第一個(gè)對(duì)外公布的標(biāo)準(zhǔn)； (6) 1999年 7月 5日， ； (7) 1999年 4月 30日， 09版標(biāo)準(zhǔn)； (8) 1999年 l月 21日， 08版標(biāo)準(zhǔn)； (9) 1998年 10月 19日， 07版標(biāo)準(zhǔn)。 本論文以藍(lán)牙標(biāo)準(zhǔn) 。 藍(lán)牙技術(shù)采用 1600hpo/s的跳頻擴(kuò)頻通信技術(shù)，能在特殊模式下支持 3200hpo/s跳頻速率；引入 電路交換和分組交換方式，實(shí)現(xiàn)同時(shí)承載數(shù)據(jù)和語(yǔ)音業(yè)務(wù)；支持多種功耗模式，適合應(yīng)用于電池供電的數(shù)字設(shè)備。 版藍(lán)牙技術(shù)主要參數(shù)如表。 表 第 5 頁(yè) 共 49 頁(yè) 中