蓝牙技术原理与协议 (2010 年度畅销榜NO.42448 )

本书采用最新的资料和技术标准，介绍了蓝牙基带标准及其所涉及的原理，内容包括三部分：第一部分对蓝牙技术及其所使用的移动无线信道进行简要介绍；第二部分将蓝牙基带标准的内容从原理角度归结为扩频通信、话音信号编解码、无线分组数据传输、差错控制、数据通信控制规程及信息安全六个方面，并结合原理加以介绍；第三部分对蓝牙系统开发、蓝牙相关无线数据通信新技术及蓝牙发展进行介绍。\r\n\r\n 本书可作为高等学校通信工程专业课教材或参考书，也可以供相关专业工程技术人员参考使用。 \r\n
\r\n

第1章 概述 \r\n\r\n 1. 1 蓝牙技术介绍 \r\n\r\n 1. 1. 1 蓝牙的由来 \r\n\r\n 1. 1. 2 蓝牙技术概述 \r\n\r\n 1. 2 蓝牙协议体系结构 \r\n\r\n 1. 2. 1 蓝牙协议 \r\n\r\n 1. 2. 2 蓝牙应用规范 \r\n\r\n 1. 3 蓝牙技术应用与产品 \r\n\r\n 1. 3. 1 蓝牙技术应用 \r\n\r\n 1. 3. 2 蓝牙产品 \r\n\r\n \r\n\r\n 第2章 移动无线信道及传播 \r\n\r\n 2. 1 无线电波传播介绍 \r\n\r\n 2. 2 自由空间传播模型 \r\n\r\n 2. 3 三种基本传播机制 \r\n\r\n 2. 4 室内传播模型 \r\n\r\n 2. 4. 1 分隔损耗(同一层) \r\n\r\n 2. 4. 2 对数衰落路径损耗模型 \r\n\r\n 2. 4. 3 衰减因子模型 \r\n\r\n 2. 5 小尺度衰落和多径传播 \r\n\r\n 2. 5. 1 小尺度多径传播 \r\n\r\n 2. 5. 2 多径信道的脉冲响应模型 \r\n\r\n 2. 6 小尺度衰落形式 \r\n\r\n 2. 6. 1 由多径时延扩展产生的衰落效应 \r\n\r\n 2. 6. 2 由多普勒扩展产生的衰落效应 \r\n\r\n \r\n\r\n 第3章 蓝牙扩频通信 \r\n\r\n 3. 1 高斯滤波最小频移键控 \r\n\r\n 3. 1. 1 一般原理 \r\n\r\n 3. 1. 2 GMSK信号的产生及其功率谱 \r\n\r\n 3. 1. 3 GMSK误比特率 \r\n\r\n 3. 2 扩频通信原理 \r\n\r\n 3. 2. 1 扩展频谱通信的基本概念 \r\n\r\n 3. 2. 2 扩展频谱通信系统模型 \r\n\r\n 3. 2. 3 扩展频谱通信抗扰特点 \r\n\r\n 3. 2. 4 跳频系统及特点 \r\n\r\n 3. 2. 5 跳频图案设计与码序列选择 \r\n\r\n 3. 2. 6 宽间隔眺频 \r\n\r\n 3. 2. 7 跳频信号的接收与同步 \r\n\r\n 3. 3 蓝牙综述 \r\n\r\n 3. 4 物理信道 \r\n\r\n 3. 4. 1 频带及射频信道 \r\n\r\n 3. 4. 2 信道定义 \r\n\r\n 3. 4. 3 时隙 \r\n\r\n 3. 4. 4 调制与比特率 \r\n\r\n 3. 5 物理层链路 \r\n\r\n 3. 5. 1 概述 \r\n\r\n 3. 5. 2 SCO链路 \r\n\r\n 3. 5. 3 ACL链路 \r\n\r\n 3. 6 蓝牙单元编址 \r\n\r\n 3. 6. 1 蓝牙设备地址 \r\n\r\n 3. 6. 2 访问码 \r\n\r\n 3. 6. 3 活动成员地址 \r\n\r\n 3. 6. 4 休眠成员地址 \r\n\r\n 3. 6. 5 访问请求地址 \r\n\r\n 3. 7 跳频选择 \r\n\r\n 3. 7. 1 总体方案 \r\n\r\n 3. 7. 2 选频内核 \r\n\r\n 3. 7. 3 控制字 \r\n\r\n \r\n\r\n 第4章 蓝牙话音通信 \r\n\r\n 4. 1 脉冲编码调制 \r\n\r\n 4. 2 波形编码技术 \r\n\r\n 4. 2. 1 抖动法 \r\n\r\n 4. 2. 2 非均匀量化器 \r\n\r\n 4. 2. 3 差分量化 \r\n\r\n 4. 3 自适应差分脉码调制 \r\n\r\n 4. 4 增量调制 \r\n\r\n 4. 5 蓝牙话音 \r\n\r\n 4. 5. 1 对数PCM编／解码 \r\n\r\n 4. 5. 2 CVSD编／解码 \r\n\r\n 4. 5. 3 错误处理 \r\n\r\n 4. 5. 4 对音频信号一般要求 \r\n\r\n \r\n\r\n 第5章 蓝牙分组与数据传输 \r\n\r\n 5. 1 信道复用原理 \r\n\r\n 5. 2 数据序列扰乱与解扰 \r\n\r\n 5. 3 分组交换与传输 \r\n\r\n 5. 3. 1 分组交换原理 \r\n\r\n 5. 3. 2 分组传输方式 \r\n\r\n 5. 3. 3 分组长度确定 \r\n\r\n 5. 3. 4 分组网流量控制 \r\n\r\n 5. 3. 5 混合交换技术 \r\n\r\n 5. 4 分组无线数据网及其多址方式 \r\n\r\n 5. 5 蓝牙分组 \r\n\r\n 5. 5. 1 分组一般格式 \r\n\r\n 5. 5. 2 访问码 \r\n\r\n 5. 5. 3 分组头 \r\n\r\n 5. 5. 4 分组类型 \r\n\r\n 5. 5. 5 有效载荷格式 \r\n\r\n 5. 5. 6 分组小结 \r\n\r\n 5. 6 数据白化(加扰) \r\n\r\n 5. 7 收／发规程 \r\n\r\n 5. 7. 1 发送规程 \r\n\r\n 5. 7. 2 接收规程 \r\n\r\n 5. 7. 3 流量控制 \r\n\r\n 5. 7. 4 比特流处理 \r\n\r\n 5. 8 收／发定时 \r\n\r\n 5. 8. 1 主／从时钟同步 \r\n\r\n 5. 8. 2 连接状态 \r\n\r\n 5. 8. 3 退出保持模式 \r\n\r\n 5. 8. 4 退出休眠模式 \r\n\r\n 5. 8. 5 呼叫状态 \r\n\r\n 5. 8. 6 跳频切换分组 \r\n\r\n 5. 8. 7 多从单元运行方式 \r\n\r\n \r\n\r\n 第6章 蓝牙数据差错控制 \r\n\r\n 6. 1 差错控制一般原理 \r\n\r\n 6. 1. 1 差错类型和差错控制方式 \r\n\r\n 6. 1. 2 纠错编码基本概念 \r\n\r\n 6. 2 常用纠错编码 \r\n\r\n 6. 2. 1 汉明码 \r\n\r\n 6. 2. 2 循环码与BCH码 \r\n\r\n 6. 3 蓝牙纠错 \r\n\r\n 6. 3. 1 前向纠错编码：1／3率 \r\n\r\n 6. 3. 2 前向纠错编码：2／3率 \r\n\r\n 6. 3. 3 检错重传方案 \r\n\r\n 6. 3. 4 检错 \r\n\r\n \r\n\r\n 第7章 蓝牙数据通信控制规程 \r\n\r\n 7. 1 数据传输控制规程 \r\n\r\n 7. 1. 1 传输控制基本概念 \r\n\r\n 7. 1. 2 传输控制规程功能及种类 \r\n\r\n 7. 1. 3 基本型控制规程 \r\n\r\n 7. 2 无线局域网有关控制与管理技术 \r\n\r\n 7. 2. 1 网络管理 \r\n\r\n 7. 2. 2 无线局域网介质访问控制 \r\n\r\n 7. 3 蓝牙逻辑信道 \r\n\r\n 7. 4 信道控制 \r\n\r\n 7. 4. 1 概述 \r\n\r\n 7. 4. 2 主从定义 \r\n\r\n 7. 4. 3 蓝牙时钟 \r\n\r\n 7. 4. 4 状态概述 \r\n\r\n 7. 4. 5 待机状态 \r\n\r\n 7. 4. 6 接人规程 \r\n\r\n 7. 4. 7 查询规程 \r\n\r\n 7. 4. 8 连接状态 \r\n\r\n 7. 4. 9 散网 \r\n\r\n 7. 4. 10 功率管理 \r\n\r\n 7. 4. 11 链路监测 \r\n\r\n \r\n\r\n 第8章 蓝牙信息安全 \r\n\r\n 8. 1 密码通信与密码学 \r\n\r\n 8. 1. 1 密码通信概说 \r\n\r\n 8. 1. 2 基于密码学的通信安全 \r\n\r\n 8. 2 分组密码与流密码 \r\n\r\n 8. 2. 1 流密码 \r\n\r\n 8. 2. 2 分组密码 \r\n\r\n 8. 2. 3 杂凑函数 \r\n\r\n 8. 3 DES体制加密原理 \r\n\r\n 8. 4 蓝牙信息安全 \r\n\r\n 8. 4. 1 生成随机数 \r\n\r\n 8. 4. 2 密钥管理 \r\n\r\n 8. 4. 3 加密规程 \r\n\r\n 8. 4. 4 认证 \r\n\r\n 8. 4. 5 认证及加密密钥生成函数 \r\n\r\n \r\n\r\n 第9章 蓝牙系统开发与测试 \r\n\r\n 9. 1 蓝牙系统开发与通信协议描述工具 \r\n\r\n 9. 1. 1 蓝牙系统开发现状与问题 \r\n\r\n 9. 1. 2 通信协议及有限状态机 \r\n\r\n 9. 1. 3 协议描述方法 \r\n\r\n 9. 2 蓝牙协议的验证与测试 \r\n\r\n 9. 2. 1 协议验证方法 \r\n\r\n 9. 2. 2 协议的验证与协议实现的测试 \r\n\r\n \r\n\r\n 第10章 蓝牙相关技术和蓝牙新进展 \r\n\r\n 10. 1 蓝牙与WAP \r\n\r\n 10. 1. 1 WAP简介 \r\n\r\n 10. 1. 2 WAP体系结构 \r\n\r\n 10. 1. 3 WAP与蓝牙 \r\n\r\n 10. 2 蓝牙与3C \r\n\r\n 10. 2. 1 3C简介 \r\n\r\n 10. 2. 2 3G功能模型和主要技术 \r\n\r\n 10. 2. 3 3G与蓝牙 \r\n\r\n 10. 3 蓝牙与无线局域网 \r\n\r\n 10. 3. 1 无线局域网概述 \r\n\r\n 10. 3. 2 WLAN技术 \r\n\r\n 10. 3. 3 WLAN与蓝牙 \r\n\r\n 10. 4 关于蓝牙发展趋势 \r\n\r\n 参考文献 \r\n
\r\n

近年来, 我国高等教育经历了重大的改革, 已经在教育思想和观念上. 教育方法和手段上有了长足的进步, 在较大范围和较深层次上取得了成果. 为了推进课程改革. 加快我国大学教育国际化的进程, 教学内容和课程体系改革已经是势在必行. 特别在通信与信息领域, 随着微电子. 光电子技术. 计算机技术及光纤等相关技术的发展, 尤其是计算机技术与通信技术相结合, 使得现代通信正经历着一场变革, 各种新技术. 新业务. 新系统和新应用层出不穷, 传统的教学内容和课程体系已不能满足要求, 同时教材内容也需要更新. 在此背景下, 我们决定编写一套紧跟国际科技发展又适合我国国情的"高等学校电子信息类系列教材", 以适应我国高等教育改革的新形势.

"高等学校电子信息类系列教材"涉及传输技术. 交换技术. IP技术. 接入技术. 通信网络技术及各种新业务等. 我们在取得教学改革成果的基础上, 组织了一批具有多年教学经验. 从事科研工作的教师参与编写这套专业课程系列教材.

本系列专业课程教材具有以下特色：

●在编写指导思想上, 突出实用性. 基础性. 先进性和时代特征, 强调核心知识, 结合实际应用, 理论与实践相结合.

●在教材体系上, 强调知识结构的系统性和完整性, 强调课程间的有机联系, 注重学生知识运用能力和创新意识的培养.

●在教材内容上, 重点阐述系统的基本概念和原理. 基本组成. 基本功能及基本应用, 对一些新技术和新应用做较系统的介绍. 内容丰富, 层次分明, 重点突出, 叙述简洁, 通俗易懂.

本系列专业课程教材包括：

《现代通信概论》. 《通信系统原理》. 《通信系统学习指南》. 《数字通信》. 《现代交换技术》. 《光纤通信理论基础》. 《光纤通信系统及其应用》. 《光接入网技术及其应用》. 《现代移动通信系统》. 《数字微波通信》. 《卫星通信》. 《现代通信网》. 《自动控制原理》. 《蓝牙技术原理与协议》. ·《计算机通信网基础》. 《多媒体通信》. 《数字图像处理学》. 《网络信息安全技术》等.

本系列教材的出版得到北方交通大学教务处的大力支持, 同时也得到北方交通大学出版社. 清华大学出版社有关同志的精心指导和全力帮助.

本系列教材适合于高等院校通信及相关专业本科生教育, 也可作为从事电信工作的技术人员自学教材及培训教材.

"高等学校电子信息类系列教材"

编审委员会主任

2002年6月

蓝牙技术是一种无线数据与数字通信的开放性全球规范. 它以低成本的近距离无线连接为基础, 为固定与移动通信环境建立一个接入点. 该技术实质内容是要建立通用的无线空中接口(radio air interface)及其控制软件的公开标准, 使移动通信与计算机网络进一步结合, 使不同厂家生产的便携式设备在没有电线或电缆相互连接的情况下, 能在近距离(10-100m)范围内具有互操作性能(interoperability), 使人们能随时随地进行数据信息的交换与传输. 蓝牙技术提供的低成本. 低功耗的无线接入方式, 在信息家电. 移动通信. 嵌入式应用开发等诸多方面的应用, 顺应了现代通信技术和应用发展的潮流, 被认为是无线数据通信领域重大进展之一, 将对未来的无线移动数据通信业务产生巨大促进作用. 目前, 蓝牙技术已成为短距离无线数据通信领域最热门的研发方向.

蓝牙技术标准一经推出, 就获得业界的广泛认可. 蓝牙特殊利益集团(SIC)已由最初的爱立信. 诺基亚. IBM. 东芝及英特尔5家公司发展成为包括微软. 摩托罗拉等9家公司组成的大型集团. 以SIG为中心的2 000多家公司都签署了相关协议, 共享这一先进技术. 这么多公司集中在一项技术大旗下在商业史上是史无前例的, 一项公开的全球范围的统一技术得到工业界如此广泛关注和支持也是以往所罕见的, 这说明蓝牙技术产品具有广泛的应用前景和巨大的潜在市场.

作者(朱刚)在加拿大Waterloo大学做访问学者期间开始接触蓝牙技术, 并搜集了有关最新文献资料和技术标准, 回国后开始翻译. 编写《蓝牙技术讲义》, 为北方交通大学通信工程专业本科生开设了"蓝牙技术"选修课, 本书即是在该讲义基础上扩展编写而成的.

作者在编写讲义时碰到两方面难题：一是如何将蓝牙技术标准介绍给本科学生, 二是如何将研究上还处于起步阶段的. 相对不很成熟的蓝牙技术引入课堂. 众所周知, 通信技术标准(协议)是现代通信技术的重要组成部分, 介绍蓝牙技术也离不开介绍蓝牙技术标准(甚至蓝牙技术的应用模式也以标准形式固定下来). 但通信标准往往不易理解, 直接讲授有困难, 因此, 我们尝试将标准与涉及的原理相结合并以易于理解的结构编排. 阐述, 这样可能会降低理解的难度, 使学生易于接受. 由于基带标准是蓝牙标准体系结构中的四个核心协议之一, 是深入学习掌握蓝牙其他标准的基础, 因此我们选择了蓝牙基带标准加以详细介绍. 此外, 一般来讲, 学校课堂讲授内容以成熟的理论. 技术为宜, 尽管蓝牙技术研究从总体上看不论是国内还是国外都处于起步发展阶段, 但是实际上, 蓝牙基带标准所涉及的技术是成熟技术, 并非是最新技术, 如差错控制编码. 语音编码. 跳频技术等, 这也是本书选择介绍蓝牙基带标准的另一个原因. 对于上述两个问题的考虑结果, 构成了本书的基本格局.

本书内容包括三部分. 第一部分包括第1. 2章, 对蓝牙技术及其所使用的移动无线信道进行简要介绍. 第二部分包括第3章至第8章, 将蓝牙基带标准共14章的内容, 从原理角度归结为扩频通信. 话音信号编解码. 无线分组数据传输. 差错控制. 数据通信控制规程及信息安全六个方面, 结合原理分章介绍, 力求从基带标准这一点上深入介绍蓝牙技术. 对于这一部分中涉及到的蓝牙基带标准中的图表用BB(BaseBand, 基带)表示(如BB图1. 1. BB表14. 1), 而对其中的公式仍保留原有编号(如EQl6), 以便对照查询. 第三部分包括第9. 10两章, 对蓝牙系统开发. 蓝牙相关无线数据通信新技术及蓝牙发展进行介绍, 以便读者对蓝牙技术在总体上加以把握. 因此, 我们认为, 这是一本学习蓝牙技术的较好的入门书.

本书由北方交通大学谈振辉. 朱刚及北京科技大学周贤伟共同编写. 其中, 谈振辉编写第1. 2. 9. 10章, 谈振辉. 朱刚共同编写第3章, 周贤伟. 朱刚共同编写第8章, 朱刚编写其余部分并统编全书. 谈振辉. 金晓军的博士生. 硕士生参与了本书部分编写工作. 其中, 李向宁. 肖涛参与第1章, 苏彦兵参与第2. 3章, 熊可成参与第9章, 陈霞参与第10章. 本书由北京邮电大学倪维桢教授担任主审, 他对本书的编写提出了许多宝贵的意见和建议, 在此表示特别感谢. 本书在编写过程中得到加拿大Waterloo大学史明辉博士. 北方交通大学博士生蒋海林和硕士生王刚的大力协助, 北方交通大学电子信息学院张有根副院长对于本书的编写工作给予很大支持与帮助, 齐立心教授. 钟章队教授非常关心本书的编写工作, 本书的出版得到北方交通大学出版基金资助, 在此一并表示感谢!

最后作者要感谢曾经鼓励和帮助我们完成这一工作的亲友和所有其他同事.

由于作者水平有限, 书中不当之处在所难免, 恳请读者批评指正.

作 者

2002年3月

无封面