利用蓝牙技术实现家庭无线网络系统

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引言

当今信息化的一个重要方面就是因特网(Internet)和移动通信(mobilecommuniCAtion)的迅猛发展。它使得人们的生活方式、工作方式以及思维方式都发生了巨大的变化，同时也刺激人们对电脑以外的各种数据源和网络服务的需求日益增长。智能家庭网络的出现和发展给信息社会注入了新的生机和活力，而蓝牙|0">蓝牙(Bluetooth|0">Bluetooth)技术的日趋成熟无疑给这个新的浪潮起到了推波助澜的作用。

家庭网络是指在家庭和社会的信息网络相连之前，将家庭内部所有的信息设备连接起来而形成的网络。显然，连接家庭网络最理想的技术是无线通信技术，它用微波取代了传统网络中错综复杂的电缆。目前，关于该技术有不少产品和标准，如Butterfly,Diamond,Proxim,Shavewave等公司的产品，其中最具有代表性的是Bluetooth和HomeRF两种技术。Bluetooth的优势在于全球标准的统一，具有互操作性，以及能非常方便地实现快速、灵活、安全、低成本、低功耗的数据和语音通信，因此Bluetooth技术在家庭无线网络系统中的发展潜力巨大。

系统设计

蓝牙的载波选用在全球公用的2.4GHz工科医学（ISM）频带，并采用跳频扩谱技术（FHSS）。跳频速率为1600次/s，以2.45GHz为中心频率最多可得到79个1MHz带宽的信道。蓝牙设备采用的是GFSK调制技术，其传输速率为1Mb/s，实际有效速率最高可达721Kb/s，传输距离为10m。语音传输采用连续可变斜率调制编码（CVSD）技术，通信协议则采用时分多址（TDMA）协议。遵循Bluetooth协议的各类数据和语音设备都能够以无线方式接入到公共网络系统中（如Internet,Intranet）。

蓝牙系统以点到点PPP（Point-to-PointProtocol）连接为基础，用无线方式将若干蓝牙设备连接成1个微图1主从设备的拓扑结构图微网（Piconet）。每个Piconet的蓝牙装置组成为1个主设备（Master）和若干个从设备（Slave），主设备负责通信协议的运作。MAC地址用3位来表示，即在1个微微网内可寻址８个设备（互联的设备数量实际是没有限制的，只不过在同一时刻只能激活８个，其中１个为主，７个为从）。图1给出了1个微微网中主从设备的拓扑结构图。此外，蓝牙系统还支持点到多点的通信构成分布式网络，即1个主设备可以是其他Piconet的从设备，每个从设备也可以是其他Piconet的主设备。

1硬件组成

图2从设备的硬件结构图3主设备的硬件结构本系统中的硬件主要包括：天线单元、2.45GHz功率放大模块、Bluetooth模块、语音编译码器、嵌入式微处理器系统、接口电路以及一些辅助电路。此外，主设备还包括以太网接口和嵌入式Modem部分。图2、图3给出了系统的主、从设备硬件结构。系统的天线属于微带天线，因此天线部分可以做得体积小、质量轻。空中接口建立在天线电平为0dBm的基础上，遵循FCC(美国联邦通信委员会)有关电平为0dBm的ISM频段的标准。由于Bluetooth采用跳频扩谱技术，所以天线要求是宽带天线：起始频率为2.402GHz；终止频率为2.480GHz。为了抵抗多路径干扰，本系统设计成是多样化天线。系统的功率放大器工作在全球都可以使用的24GHzISM频带上,功放的带宽为2400~24835MHz。系统设计的通信距离为10m（0dB）。如果发射功率增加到20dB（100mw），会使距离达到100m。主设备的微处理器系统采用嵌入式系统，它是系统中关键技术难点。从某种角度上说，主设备起了智能网关的作用。它是整个家庭无线网络系统的核心部分，要完成家庭无线网络中各种不同通信协议之间的转换和信息共享，以及同外部通信网络之间的数据交换功能，同时还负责对各个从设备的管理和控制。考虑到为普通家庭用户所能接受，微处理器采用非PC的廉价设备，主、从设备处理器都采用嵌入式Internet技术和高性能微处理器。Bluetooth模块主要完成基带部分协议的转换以及将数字语音处理电路送来的语音数据流和微处理器送来的数据进行整合，然后经编码、调制后送给功率放大器放大再无线发出。该模块主要包括两大单元。

图2 从设备到硬件结构

（1）无线射频（RF）单元。蓝牙模块的射频单元功率也符合FCC关于ISM波段的要求，因此，在使用中都会遇到不可预测的干扰源。蓝牙模块特别设计了快速确认和跳频扩谱技术以确保链路稳定。在2.4GHzISM频带上以伪随机方式，按1600次/s的速率，在总计79个频率上进行跳转（以2.4GHz为中心频率，最多可以得到79个1MHz带宽的信道），这样可以有效地防止信号干扰和减弱。与其他工作在相同频段的系统相比，蓝牙跳频更快，数据包更短，这使蓝牙比其他系统都更稳定。此外系统还采用了时分双

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