短距离无线通信的比较与研究__蓝牙和WI-FI

毕业设计（论文）专业通信技术班次xxxxx姓名xxxxxx指导老师xxxxxxxx成都工业学院二0一二年成都工业学院通信工程系毕业论文I短距离无线通信的比较与研究——蓝牙和WI-FI摘要：随着电子技术的发展和各种便携式个人通信设备的增加，蓝牙和WI-FI的应用也越来越普遍，尤其是两者在手机上的应用最为突出，蓝牙侧重于任意两设备之间通过无线互联来传输数据，而WI-FI则侧重于通过无线来与互联网进行连接。为了了解两种设备的优劣势，满足人们对无线通信日益增长的要求和需要，通过对两种设备的系统结构、技术组成的对比和说明，分析出两种设备在应用时各自的优缺点。两种设备同时工作时，合理的运用各种方案，在减少干扰实现共存的情况下，降低技术成本，提高应用价值。[关键词]通信技术；无线传输；扩频；跳频；干扰；共存成都工业学院通信工程系毕业论文II目录第1章绪论........................................................11.1研究意义...................................................11.2国内外现状.................................................11.3研究目标与内容.............................................2第2章蓝牙........................................................32.1蓝牙系统结构的基本组成单元.................................32.2蓝牙协议栈.................................................42.2.1蓝牙底层协议..........................................52.2.2蓝牙中间层协议........................................72.2.3蓝牙高层协议.........................................112.3蓝牙的关键技术............................................122.3.1跳频技术.............................................122.3.2编址技术.............................................132.3.3纠错技术.............................................142.4蓝牙组网类型及连接过程...................................15第3章WI-FI......................................................213.1WI-FI系统标准及结构......................................213.2WI-FI协议................................................253.2.1CSMA∕CA协议........................................253.2.2RTS/CTS协议.........................................263.2.3BTMA协议............................................263.3WI-FI的关键技术..........................................273.3.1DSSS技术............................................273.3.2CCK技术.............................................273.3.3OFDM技术............................................283.4WI-FI组网结构及数据传输..................................29第4章蓝牙与WI-FI的技术比较.....................................334.1扩频方式..................................................334.2调制方式..................................................334.3安全性....................................................34第5章蓝牙和WI-FI的干扰与共存...................................375.1蓝牙和WI-FI的干扰分析....................................375.2蓝牙和WI-FI的共存方案....................................39结语............................................................41致谢............................................................42参考文献...........................................................43成都工业学院通信工程系毕业论文1第1章绪论1.1研究意义蓝牙是一种短距无线通信的技术规范，它最初的目标是取代现有的掌上电脑、移动电话等各种数字设备上的有线电缆连接。在制定蓝牙规范之初，就建立了统一全球的目标，向全球公开发布，工作频段为全球统一开放的2.4GHz工业、科学和医学（Industrial,ScientificandMedical,ISM）频段。从目前的应用来看，由于蓝牙体积小、功率低，其应用已不局限于计算机外设，几乎可以被集成到任何数字设备之中，特别是那些对数据传输速率要求不高的移动设备和便携设备。WI-FI技术与蓝牙技术一样，同属于在办公室和家庭中使用的短距离无线技术。该技术使用的也是2.4GHz附近的频段，该频段属于免费的无线频段。其目前可使用的标准包括IEEE802.11a、IEEE802.11g和IEEE802.11b。该技术由于有着自身的优点，因此受到厂商的青睐。随着越来越多数字电子产品借着新科技提升本身的性能和实力，以目前发展的趋势来看，未来消费性电子产品将有两个重要的发展指标，一是使用蓝牙、WI-FI技术这类开放技术，以无线、局域网络、可携带式设备为主体的网络延伸；另一项则是将各种设备的内存规格统一，加密以及轻量化的应用。但是，蓝牙与WI-FI共享一个频段,靠得太近时会发生干扰。目前市场需求正在推动内含蓝牙与WI-FI的手持设备发展。蓝牙的自适应跳频（AFH）可以显著降低2m外的干扰,但对近距离则无效果。还有其它的共存方案,出现的最佳方案是两个MAC层进行沟通,以便仲裁使用的频谱，为两类链接提供IC的制造商正准备提供这种共存方案。因此，本课题研究蓝牙与WI-FI的结构和区别，分析它们间的相互干扰因素，探讨较好的降低干扰的方法都是很有现实意义的。1.2国内外现状自从1998年提出蓝牙技术以来,蓝牙技术的发展异常迅速。蓝牙Bluetooth作为一种新的短距离无线通信技术标准,受到全世界越来越多工业界生产厂家和研究机构的广泛关注。成立了世界蓝牙组织BluetoothSIG,采用技术标准公开的策略来推广蓝牙技术,现已发展成为一个相当大的工业界高新技术标准化组织,全球支持蓝牙技术的2000多家设备制造商都已经成为它的会员,一项公开的、全球统一的技术规范得到了工业界如此广泛的关注和支持在以往是罕见的。而1999年，802.11a定义了一个在5GHzISM频段上的数据传输速率可达54Mbit/s的物理层，802.11b定义了一个在2.4GHz的ISM频段上但数据传输速率高达11Mbit/s的物理层。2.4GHz的ISM频段为世界上绝大多数国家通用，成都工业学院通信工程系毕业论文2因此802.11b也得到了最为广泛的应用。苹果公司把自己开发的802.11标准起名叫AirPort。1999年工业界成立了WI-FI联盟，致力解决符合802.11标准的产品的生产和设备兼容性问题。近年来,世界上一些权威的标准化组织,也都在关注蓝牙和WI-FI技术标准的制定和发展。例如,IEEE的标准化机构,也已经成立了802．15工作组,专门关注有关蓝牙技术标准的兼容和未来的发展等问题。而WF-FI技术同样由当初的802.11a标准发展到现在的802.n标准。现如今，蓝牙和WI-FI技术在国内应用相当普遍，尤其以各类智能手机、笔记本、平板电脑等便携式移动终端为例，一款手机是否带有蓝牙和WI-FI功能，基本上就能判断其是否属于中高端机。尽管目前看来蓝牙和WI-FI技术的发展势头很足，前景也很了乐观，但其与实际应用有关的许多具体细节尚需认真研究解决，其中，首先应该考虑的主要有统一标准的问题、可靠性与安全性问题、小型化问题、工程化问题以及测试技术，包括性能测试、一致性测试及互连（兼容性）测试,以及在同一设备上两者之间的干扰等。1.3研究目标与内容本课题要求理解、分析以及说明蓝牙和WI-FI通信系统的通信原理和方式，包括信号传输、信号接收及通信协议等，了解和熟悉蓝牙与WI-FI系统的特点，包括它们的优缺点，分析其系统运行及性能；由于蓝牙和WI-FI都工作在国际公开的2.4GHz频率上，所以它们工作时必然会产生相互干扰，就两者在同一频率上如何减少干扰、实现共存，提出合理的优化方案。成都工业学院通信工程系毕业论文3第2章蓝牙2.1蓝牙系统结构的基本组成单元蓝牙系统由4个基本单元构成，包括无线射频单元、链路控制单元（基带）、链路管理单元和软件功能单元；1．无线射频单元蓝牙系统采用全向天线，支持点到点的通信，使得多台蓝牙设备可以分享LAN资源，支持终端的移动性，更容易查询和发现设备。系统天线指标是按0dBm设计的，遵循美国联邦通信委员会有关电平为0dBm的ISM波段的要求，系统最大的跳频速率为1600跳/秒，在2.402GHz到2.480GHz之间，采用79个1MHz的频点来实现，其通信距离为10cm到10m之间，通过增大发送功率可将范围扩大至100m。2．链路控制单元链路控制单元即基带，基带中描述数字信号处理的硬件是链路控制器，基带链路控制器负责处理基带协议和其他一些低层连接规范，包括网络连接的建立、差错控制、验证和加密。在蓝牙微微网建立之前，所有设备都处于待机状态，在这种模式下，未连接单元每隔1.28s监听一次信息，每当一个设备被激活，他就监听规划给该单元的32个跳频频点。在初始寻呼状态，主设备在发送16个跳频频率上发送一串相同的寻呼信息给从设备，若未收到应答，主设备就在其他的16个跳频频率上发送寻呼信息。蓝牙基带技术支持两种连接方式；同步面向连接（SCO）和异步无连接（ACL），前者主要用于话音传输，后者主要用于分组数据传输，不同的主从设备可以采用不同的连接方式，而且在一个阶段内还可以任意改变连接类型，每个链接类型最多可以支持16种不同类型的数据包，其中包括四个控制分组，两种连接类型都使用时分双工传输方案实现全双工传输。基带控制器采用前向纠错编码（FEC）和自动请求重传（ARQ）的纠错控制方式，采用FEC编码的目的是减少数据重发次数，降低数据传输负载，但在无差错环境中，FEC校验位失去作用而且降低了数据吞吐量。在无编号的ARQ方案中，一个时隙中传送的数据必须在下一个时隙获