利用藍牙技術實現家庭無線網絡系統(tǒng)

引言
　　
當今信息化的一個重要方面就是因特網(Internet)和移動通信(mobile communication)的迅猛發(fā)展。它使得人們的生活方式、工作方式以及思維方式都發(fā)生了巨大的變化，同時也刺激人們對電腦以外的各種數據源和網絡服務的需求日益增長。智能家庭網絡的出現和發(fā)展給信息社會注入了新的生氣和活力，而藍牙(Bluetooth)技術的日趨成熟無疑給這個新的浪潮起到了推波助瀾的作用。
　　
家庭網絡是指在家庭和社會的信息網絡相連之前，將家庭內部所有的信息設備連接起來而形成的網絡。顯然，連接家庭網絡最理想的技術是無線通信技術，它用微波取代了傳統(tǒng)網絡中錯綜復雜的電纜。目前，關于該技術有不少產品和標準，如Butterfly, Diamond, Proxim, Shavewave等公司的產品，其中最具有代表性的是Bluetooth和HomeRF兩種技術。Bluetooth的優(yōu)勢在于全球標準的統(tǒng)一，具有互操作性，以及能非常方便地實現快速、靈活、安全、低成本、低功耗的數據和語音通信，因此Bluetooth技術在家庭無線網絡系統(tǒng)中的發(fā)展?jié)摿薮蟆?
　　
系統(tǒng)設計
　　
藍牙的載波選用在全球公用的2.4GHz工科醫(yī)學（ISM）頻帶，并采用跳頻擴譜技術（FHSS）。跳頻速率為1600次/s，以2.45GHz為中心頻率最多可得到79個1MHz帶寬的信道。藍牙設備采用的是GFSK調制技術，其傳輸速率為1Mb/s，實際有效速率最高可達721Kb/s，傳輸距離為10m。語音傳輸采用連續(xù)可變斜率調制編碼（CVSD）技術，通信協(xié)議則采用時分多址（TDMA）協(xié)議。遵循Bluetooth協(xié)議的各類數據和語音設備都能夠以無線方式接入到公共網絡系統(tǒng)中（如Internet, Intranet）。
　　　 　
藍牙系統(tǒng)以點到點PPP（Point-to-Point Protocol）連接為基礎，用無線方式將若干藍牙設備連接成1個微圖1主從設備的拓撲結構圖微網（Piconet）。每個Piconet的藍牙裝置組成為1個主設備（Master）和若干個從設備（Slave），主設備負責通信協(xié)議的運作。MAC地址用3位來表示，即在1個微微網內可尋址８個設備（互聯(lián)的設備數量實際是沒有限制的，只不過在同一時刻只能激活８個，其中１個為主，７個為從）。圖1給出了1個微微網中主從設備的拓撲結構圖。此外，藍牙系統(tǒng)還支持點到多點的通信構成分布式網絡，即1個主設備可以是其他Piconet的從設備，每個從設備也可以是其他Piconet的主設備。
　　　

1 硬件組成
　　　 　
圖2從設備的硬件結構圖3主設備的硬件結構本系統(tǒng)中的硬件主要包括：天線單元、2.45GHz功率放大模塊、Bluetooth 模塊、語音編譯碼器、嵌入式微處理器系統(tǒng)、接口電路以及一些輔助電路。此外，主設備還包括以太網接口和嵌入式Modem部分。圖2、圖3給出了系統(tǒng)的主、從設備硬件結構。系統(tǒng)的天線屬于微帶天線，因此天線部分可以做得體積小、質量輕?？罩薪涌诮⒃谔炀€電平為0dBm的基礎上，遵循FCC(美國聯(lián)邦通信委員會)有關電平為0dBm的ISM頻段的標準。由于Bluetooth采用跳頻擴譜技術，所以天線要求是寬帶天線：起始頻率為2.402GHz；終止頻率為2.480GHz。為了反抗多路徑干擾，本系統(tǒng)設計成是多樣化天線。系統(tǒng)的功率放大器工作在全球都可以使用的24GHz ISM頻帶上,功放的帶寬為2400~24835MHz。系統(tǒng)設計的通信距離為10m（0dB）。假如發(fā)射功率增加到20dB（100mw），會使距離達到100m。主設備的微處理器系統(tǒng)采用嵌入式系統(tǒng)，它是系統(tǒng)中要害技術難點。從某種角度上說，主設備起了智能網關的作用。它是整個家庭無線網絡系統(tǒng)的核心部分，要完成家庭無線網絡中各種不同通信協(xié)議之間的轉換和信息共享，以及同外部通信網絡之間的數據交換功能，同時還負責對各個從設備的治理和控制。考慮到為普通家庭用戶所能接受，微處理器采用非PC的廉價設備，主、從設備處理器都采用嵌入式Internet技術和高性能微處理器。Bluetooth模塊主要完成基帶部分協(xié)議的轉換以及將數字語音處理電路送來的語音數據流和微處理器送來的數據進行整合，然后經編碼、調制后送給功率放大器放大再無線發(fā)出。該模塊主要包括兩大單元。
　　　


圖2 從設備到硬件結構
　　　

圖3 主設備的硬件結構