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毕业论文(设计)--短距离无线通信技术研究.doc
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短距离无线通信技术
设 计 题 目
短距离无线通信技术研究
院 ( 系 ) 名 称
电 子 信 息 学 院
专 业 班 级
学 号
学 生 姓 名
指 导 教 师
刘 小 俊
设 计 成 绩
第 1 页 共 52 页
目录
1 绪论..............................................................................................................................................2
1.1 概述...................................................................................................................................2
1.2 国内外研究现状...............................................................................................................4
2 短距离无线通信技术标准..........................................................................................................5
2.1 蓝牙技术...........................................................................................................................5
2.1.1 蓝牙技术的典型应用............................................................................................5
2.1.2 蓝牙技术的特点....................................................................................................6
2.1.3 小结........................................................................................................................7
2.2 IEEE802.11.......................................................................................................................7
2.2.1 IEEE802.11b..........................................................................................................8
2.2.2 IEEE802.11a..........................................................................................................8
2.2.3 IEEE802.11g........................................................................................................9
2.2.4 小结........................................................................................................................9
2.3 红外(IrDA) ................................................................................................................10
2.4 HomeRF 技术.................................................................................................................10
2.5 ZigBee 技术....................................................................................................................11
2.5.1 ZigBee 技术的特点.............................................................................................11
2.5.2 小结......................................................................................................................12
2.6 超宽带技术(UWB) ...................................................................................................12
2.6.1 UWB 的技术特点 ...............................................................................................13
2.6.2 小结......................................................................................................................14
2.7 通信标准比较.................................................................................................................14
3 射频技术和基带技术................................................................................................................15
3.1 射频技术.........................................................................................................................15
3.1.1 概述......................................................................................................................15
3.1.2 频带和信道分配..................................................................................................16
3.1.3 发射机特性..........................................................................................................16
3.1.4 接收机特性..........................................................................................................18
3.2 基带技术.........................................................................................................................18
3.2.1 蓝牙时钟..............................................................................................................19
3.2.2 蓝牙设备地址......................................................................................................19
3.2.3 物理信道..............................................................................................................20
3.2.4 跳频选择..............................................................................................................21
3.2.5 逻辑传输..............................................................................................................24
3.2.6 分组......................................................................................................................24
4 模块设计....................................................................................................................................27
4.1 模块化设计思路.............................................................................................................27
4.1.1 总体原则..............................................................................................................27
4.1.2 PCB 工艺因素.....................................................................................................27
4.1.3 原理图设计..........................................................................................................33
4.1.4 对外接口定义及封装..........................................................................................34
第 2 页 共 52 页
4.1.5 射频信号处理......................................................................................................35
4.1.6 拼板处理..............................................................................................................35
4.2 CSR 蓝牙芯片................................................................................................................36
4.2.1 BC01 芯片 ...........................................................................................................36
4.2.2 BC2 系列芯片 .....................................................................................................36
4.2.3 BC3 系列芯片 .....................................................................................................39
4.3 基于 BC2—EXTERNAL 蓝牙模块设计(TTB102)......................................................40
4.3.1 设计目标..............................................................................................................40
4.3.2 对外接口定义及封装..........................................................................................40
4.3.3 原理图..................................................................................................................41
4.3.4 PCB 设计.............................................................................................................42
4.3.5 测试......................................................................................................................42
4.3.6 应用......................................................................................................................43
总结 .................................................................................................................................................45
参考文献 .........................................................................................................................................46
致谢 .................................................................................................................................................48
附录一 原器件清单 .......................................................................................................................49
附录二 系统电路原理图 ...............................................................................................................50
附录三 系统电路 PCB 图 ...............................................................................................................51
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1 绪论
1.1 概述
进入 21 世纪以来,无线通信技术正在以前所未有的速度向前发展。现有的
GSM、NCDMA 等技术正红红火火地发展,第三代移动通信系统(3G)也已经提上了
议事日程,并将很快投入商用。这些技术能实现远距离的通信。但人们也许没有
注意到,在同一间屋内或很近的地方,同样也需要无线通信。因此,又出现了另
外一种需求:实现低价位、低功耗、可替代电缆的短距离无线通信。人们希望通
过一个小型的、短距离的无线网络为移动和商业用户提供各种服务。
短距离无线通信作为一个相对较新的技术,它的市场和应用一直备受业界所
关注。从 1999 年蓝牙标准的横空出世开始,很多技术观点都认为短距离无线通
信市场会出现爆发式的增长,但近十年过去了,事实证明,蓝牙至今都还没有进
入快速的发展阶段,其应用仍停留在高端手机的无线耳机。有意思的是,作为同
时期完成标准化的技术 IEEE 802.11 无线局域网,却在 Wi-Fi 联盟的强力推动下,
得到了空前的推广。如今随着 Intel 的迅驰技术一道,Wi-Fi 的 Logo 已经在笔
记本电脑中随处可见。
由此可见,一种技术的应用推广,除了技术本身完善且有明确的市场定位
外,国际产业联盟的推动作用是非常巨大的。蓝牙目前的现状也正是由于产业联
盟的运作不够成熟所造成的。正是有了 Wi-Fi 成功的先例。现在还处于技术标准
化时期的短距离无线通信技术,就纷纷建立各自的产业联盟,一方面推动高层协
议的规范化,进而开展设备认证和互通测试,另一方面积极进行市场宣传和普及,
为今后的产品商用做准备。
超宽带(UWB)作为高速短距离无线通信技术的核心已经被大家所公认,尽
管物理层标准尚处于争论阶段,但产业联盟的进程却非常快速。目前 UWB 比较明
确的市场包括家庭消费电子、计算机周边设备和移动通信终端。家庭消费电子是
家电厂商的传统势力范围,不过随着设备的复杂性增加,各种各样的线缆越来越
成为了累赘。以数字电视机为中心,包括 CD/DVD 播放设备、音响设备、数码相
机、数码摄像机等等这些消费类电子产品之间的大量数据的传输需要 UWB 提供高
速短距离无线通信技术。同样的情况出现在计算机周边设备,主机与显示器、USB
存储设备、扫描仪、投影仪等高速传输的接口也需要无线化,而且需求更为急迫。
第 4 页 共 52 页
Intel 所主导的 Wireless USB 正是这种高速应用的推动组织,2005 年初已经有
公司展出了基于多频带 OFDM 的超宽带技术的无线 USB 控制器。移动通信终端是
发展最快的领域,随着 3G 的全面商用,对终端的存储容量、处理能力和互通性
要求也越来越高,UWB 这种高速短距离无线通信对蓝牙技术替代也是自然的。面
对着如此多的应用场景,各种针对应用的技术联盟也积极开展研究和测试,除了
上面提到的 Wireless USB 之外,还有 1394 Trade Association 和中国的闪联工
作组 IGRS。
另一方面,低速短距离无线通信的代表技术 Zigbee 也在 Zigbee 联盟的运作
下稳步发展。2004 年底 Zigbee 联盟发布第一个 Zigbee 网络协议规范,并确定
Zigbee 的启动市场为家庭控制、建筑物自动化和工业自动化。其中作为家庭控
制领域的应用协议描述(Application Profile)已经制定完成。其它领域的应
用协议也正在制定中。从蓝牙协议制定的九个应用协议描述看出,低速的短距离
无线通信的应用前景是非常广阔的,特别是在后续的 IEEE 802.15.4a 增加了测
距和定位功能后,其市场范围将进一步扩大。
由于人们对无线通信的需求越来越大,各种短距离无线通信技术将在自动化
控制和家庭信息化领域扮演越来越重要的角色。本课题将对目前常用的和最新的
短距离无线通信技术标准进行研究,分析了它们的优缺点及实现方法,比较了它
们在技术上的异同点,讨论了在选择、使用这些技术时应注意的问题,并且选择
蓝牙技术设计一个用于鼠标、键盘、USB 适配器的通信系统。之所以选择蓝牙技
术,是因为目前较成熟的短距离无线通信技术中,IrDA 红外传输虽然效率较高
但穿透力差;HomeRF 技术实现复杂,设备要求高;IEEE802.11 标准虽然应用较广,
但它专为数据传输设计不能直接提供语音服务,目前提供的带宽也比较有限。相
比较之下,蓝牙技术作为一种无线数据与语音通信的开放性全球规范,以低成本
的近距离无线连接为基础,为固定与移动设备通信环境建立一个特别的连接。同
时它拥有跳频更快,数据包更短等优点,这是蓝牙比其它系统更稳定,蓝牙技术
已经被广泛应用于计算机、手机、照相机、播放器、打印机等电子设备之间的数
据传输与交换中,因此蓝牙技术的应用前景十分广泛。通过蓝牙模块的设计,将
有利于理解无线通信系统的一般特征,为今后学习和应用其他无线通信技术奠定
了基础,具有典型的代表意义。
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