無線接入研究論文

2021-06-10 論文

　　摘要：就藍(lán)牙在無線接入方面的應(yīng)用做一探討，并簡(jiǎn)要介紹CSR(CambridgeSiliconRadio)公司單片藍(lán)牙產(chǎn)品BlueCoreTM01。

　　關(guān)鍵詞：藍(lán)牙；無線通信；數(shù)據(jù)；PSTN

　　1 引言

　　藍(lán)牙技術(shù)是用微波無線通信技術(shù)取代數(shù)據(jù)電纜來完成點(diǎn)對(duì)點(diǎn)或點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)短距離通信的一種新型無線通信技術(shù)。利用藍(lán)牙，可以將需要數(shù)據(jù)和語音通信的各個(gè)設(shè)備之間聯(lián)成一個(gè)Piconet網(wǎng)(即微微網(wǎng))，或?qū)讉€(gè)Piconet網(wǎng)進(jìn)一步互連，組成一個(gè)更大的Scatternet網(wǎng)(即分布式網(wǎng)絡(luò))。藍(lán)牙的PSTN無線接入點(diǎn)使用現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)電話機(jī)為載體，做開發(fā)性預(yù)言。他使得手機(jī)用戶通過固定電話網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)信號(hào)連接，既而讓廣大的手機(jī)用戶同時(shí)成為固定電話網(wǎng)的用戶。對(duì)手機(jī)用戶來說，在解決移動(dòng)電話網(wǎng)信號(hào)問題的同時(shí)，又可以降低手機(jī)用戶的通信費(fèi)用；對(duì)于固定電話運(yùn)營(yíng)商來說，則意味著巨大的話費(fèi)收益。本方案的創(chuàng)新點(diǎn)有幾點(diǎn)：

　　(1)取代大量的短程連接所用的電纜，尤其是電纜無法到達(dá)的地方，藍(lán)牙具有更大的優(yōu)勢(shì)。

　　(2)使得計(jì)算機(jī)可以通過藍(lán)牙的PSTN無線接入點(diǎn)無線上網(wǎng)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)資源的共享。

　　(3)實(shí)現(xiàn)了藍(lán)牙規(guī)范的內(nèi)部電話系統(tǒng)(IntercomProfile)應(yīng)用協(xié)議棧，使得藍(lán)牙PSTN無線接入點(diǎn)能夠與網(wǎng)絡(luò)中的各個(gè)藍(lán)牙手機(jī)進(jìn)行內(nèi)部電話通信。

　　(4)由于方案設(shè)計(jì)是按照藍(lán)牙技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，所以兼容符合藍(lán)牙標(biāo)準(zhǔn)的藍(lán)牙手機(jī)，適配器等相關(guān)藍(lán)牙產(chǎn)品。

　　2 BC01芯片和開發(fā)工具Bluelab介紹

　　BC01(BlueCore01)是CSR(CambridgeSiliconRadio)公司設(shè)計(jì)的一款單片藍(lán)牙產(chǎn)品，他集無線設(shè)備、微處理器及基帶電路于一體，采用標(biāo)準(zhǔn)的0．35μm的CMOS工藝。通過外置的存有藍(lán)牙協(xié)議的FlashROM，可提供完全兼容的數(shù)據(jù)和語音通信。經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計(jì)，所需的外部RF元件很少，允許主板的快速設(shè)計(jì)。因此能以最低的成本，實(shí)現(xiàn)最短的產(chǎn)品面市時(shí)間。

　　其主要特點(diǎn)如下：

　　(1)符合BluetoothV1．1規(guī)范。

　　(2)帶有USB和UART主接口。

　　(3)可編程的PCM接口，支持13b8kss－1的雙向串行的同步語音傳輸。

　　(4)內(nèi)含的數(shù)字轉(zhuǎn)換器，可進(jìn)行線性PCM(脈沖編碼調(diào)制)、A律PCM、μ律PCM和CVSD(連續(xù)變化斜率增量調(diào)制)間的相互轉(zhuǎn)換，編解符合高至HCI層的'藍(lán)牙控制協(xié)議。

　　(5)采用單電源3．15V供電，支持PART，SNIFF，HOLD多種節(jié)電模式。

　　(6)支持所有的包類型和多達(dá)7個(gè)從設(shè)備的Piconet。

　　(7)芯片內(nèi)含鏈路控制、鏈路管理、HCI以及可選的L2CAP，RFCOMM，SDP多層軟件協(xié)議棧，可直接使用。

　　(8)提供VM(VirtualMachine)機(jī)制。內(nèi)嵌16b的RISC微處理器，運(yùn)行協(xié)議棧的同時(shí)還可以運(yùn)行下載到FlashROM中的用戶程序，實(shí)現(xiàn)真正意義的單芯片。

　　Bluelab是專門針對(duì)Bluecore的仿真開發(fā)系統(tǒng)，他在PC上模擬Bluecore01的環(huán)境，從而方便開發(fā)基于Bluecore01上運(yùn)行的應(yīng)用程序。他包括了compiler，emulator/debugger，documentation以及一些源代碼例子。Bluelab還提供了藍(lán)牙協(xié)議棧Bluestack，支持SDP，L2CAP和RFCOMM等高層協(xié)議。用戶可以通過UART/USB接口來調(diào)用Bluestack，也可以通過VM來訪問Bluestack。

　　3 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

　　整個(gè)系統(tǒng)分為前端數(shù)據(jù)處理和PC端數(shù)據(jù)管理2大部分。前端數(shù)據(jù)處理框圖如圖2所示。

　　藍(lán)牙ISDN接入點(diǎn)的空中無線接口為藍(lán)牙，有線接口有：RJ11，ISDN的S/T接口、USB數(shù)據(jù)接口。S口收發(fā)器能夠提供CCITT關(guān)于ISDNS/T參考點(diǎn)的I．430建議要求的功能，支持192kb/s的4線平衡傳輸方式的全雙工數(shù)據(jù)收發(fā)。由于BC01內(nèi)部資源及引腳有限，單片機(jī)80C196主要完成控制和協(xié)調(diào)各模塊的工作，處理D信道信令和收發(fā)、B信道數(shù)據(jù)收發(fā)、外部中斷申請(qǐng)，并且通過各種接口與藍(lán)牙模塊進(jìn)行通信。SLIC模塊主要提供語音信號(hào)的數(shù)模、模數(shù)轉(zhuǎn)換、A律/μ律壓縮PCM編解碼等功能，并具備產(chǎn)生和控制各種信號(hào)音的功能。藍(lán)牙模塊主要實(shí)現(xiàn)藍(lán)牙功能，并且提供了符合藍(lán)牙規(guī)范的空中接口。他集成了各種需要的藍(lán)牙協(xié)議(包括CTP應(yīng)用協(xié)議棧、內(nèi)部電話應(yīng)用協(xié)議棧)以及管理程序。

　　為了形成藍(lán)牙Piconet網(wǎng)絡(luò)化管理，將PC端的數(shù)據(jù)管理作為Piconet主設(shè)備，而前端的數(shù)據(jù)處理作為從設(shè)備。整體的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

　　連接PC的BC01作為MASTER，他會(huì)自動(dòng)搜索查詢范圍內(nèi)的藍(lán)牙設(shè)備，將其作為SLAVE加入Piconet網(wǎng)，因?yàn)槊繅KSLAVE都有惟一的BD＿ADDR(BluetoothDeviceAddress)，因此MASTER可以區(qū)別每一個(gè)SLAVE并對(duì)其進(jìn)行控制。

　　4 軟件結(jié)構(gòu)

　　軟件設(shè)計(jì)是基于L2CAP層進(jìn)行開發(fā)，SLAVE的功能是接受MASTER的查詢、連接請(qǐng)求，或查詢到已存在的Piconet后，將自己加入Piconet。SLAVE的功能簡(jiǎn)單，全部程序代碼可以放在單片機(jī)80C196的FlashROM中運(yùn)行。MASTER由于要負(fù)責(zé)管理整個(gè)Piconet，對(duì)各個(gè)SLAVE進(jìn)行控制和管理，BC01提供的資源已不能滿足。因此將L2CAP協(xié)議層以上的軟件放在PC上運(yùn)行，與PC采用HCI層接口。軟件結(jié)構(gòu)如圖4所示。

　　5 結(jié)語

　　在無線接入現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中，中心控制節(jié)點(diǎn)與各個(gè)無線接入的距離在100m以內(nèi)。目前大功率的藍(lán)牙芯片已經(jīng)可以達(dá)到100m的覆蓋范圍，完全滿足實(shí)際應(yīng)用。此套方案的實(shí)驗(yàn)室聯(lián)機(jī)調(diào)試已經(jīng)完成，達(dá)到初步設(shè)計(jì)要求。下一步是將此套方案應(yīng)用到實(shí)際的無線接入現(xiàn)場(chǎng)，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)一步完善。

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