短距离无线通信技术及其实验+2

内容简介

《短距离无线通信技术及其实验》论述Bluetooth（蓝牙）、Zigbee、RFID等短距离无线通信技术并给出对应的实验。《短距离无线通信技术及其实验》共分为12章，主要内括蓝牙数字基带仿真、蓝牙语音传输、蓝牙数据传输、蓝牙电话网接入、蓝牙局域网接入、蓝牙无线多点组网、Zigbee协议栈与CSMA-CA机制、Zigbee无线组网、基于Zigbee技术的无线传感器网络、RFID基本读写与能分析、基于RFID技术的智慧校园和智能医护的应用等。《短距离无线通信技术及其实验》深入浅出地阐述了短距离无线通信技术的基本理论和工作原理，给出了每个实验涉及的基本原理、实验设备与软件环境、实验内容、实验步骤以及预验报告要求。读者通过参与来体验这些新技术，能够对短距离无线通信系统获得实际的感受和直接的经验。

目录

目录前言第1章 蓝牙数字基带仿真 11.1 引言 11.2 基本原理 11.2.1 蓝牙技术发展概况 11.2.2 蓝牙技术特点 21.2.3 蓝牙系统组成 31.2.4 蓝牙基带系统介绍 41.2.5 差错控制编码 91.2.6 跳频扩频原理及算法 141.2.7 通信系统 171.3 实验设备与软件环境 201.4 实验内容 201.5 实验步骤 211.5.1 差错控制实验 211.5.2 跳频扩频实验 221.5.3 加密解密实验 231.6 预 251.7 实验报告要求 251.8 思考题 26第2章 蓝牙语音传输 272.1 引言 272.2 基本原理 272.2.1 脉冲编码调制 272.2.2 增量调制 362.2.3 蓝牙设备的语音和数据传输 402.3 实验设备与软件环境 412.4 实验内容 412.5 实验步骤 422.5.1 语音编码 422.5.2 语音传输 422.5.3 软件编程(可选 452.6 预 462.7 实验报告要求 462.8 思考题 462.9 附录 46第3章 蓝牙数据传输 493.1 引言 493.2 基本原理 493.2.1 网络的体系结构 493.2.2 协议与体系结构 503.2.3 计算机数据传输基本概念 543.2.4 数据传输实验中设计的协议层 573.3 实验设备与软件环境 693.4 实验内容 693.5 实验步骤 703.5.1 面向连接的操作 733.5.2 面向无连接的操作 743.5.3 自环 753.5.4 软件编程(可选 753.6 预 763.7 实验报告要求 763.8 思考题 763.9 附录 76第4章 蓝牙电话网接入 784.1 引言 784.2 基本原理 784.2.1 公用电话交换网络 784.2.2 电话工作原理 784.2.3 基于蓝牙技术的PSTN接入系统 804.2.4 电话控制协议 804.3 实验设备与软件环境 874.4 实验内容 874.5 实验步骤 884.5.1 连接网关和终端的硬件设备 884.5.2 网关安装驱动程序 884.5.3 初始化 884.5.4 终端发起建立连接 904.5.5 呼出操作 914.5.6 呼入操作 914.5.7 重复多次呼入呼出操作 934.5.8 结束实验 934.6 预 934.7 实验报告要求 934.8 思考题 934.9 附录 94第5章 蓝牙局域网接入 955.1 引言 955.2 基本原理 955.2.1 串行通信与PPP协议 955.2.2 网际协议与网络互连 985.2.3 计算机无线联网 1065.3 实验设备与软件环境 1095.4 实验内容 1095.5 实验步骤 1105.5.1 用串口电行局域网的有线接入 1105.5.2 用蓝牙硬台实现无线接入 1135.6 预 1165.7 实验报告要求 1165.8 思考题 116第6章 蓝牙无线多点组网 1176.1 引言 1176.2 基本原理 1176.2.1 通信网的基本结构及构成要素 1176.2.2 计算机网络结构 1186.2.3 网络节点 1196.2.4 路由技术 1196.2.5 组网过程 1206.2.6 广播和组播 1256.3 实验设备与软件环境 1256.4 实验内容 1256.5 实验步骤 1286.5.1 启动 1286.5.2 配置 1296.5.3 组网 1306.5.4 单播 1316.5.5 组播 1336.5.6 广播 1336.6 预 1346.7 实验报告要求 1346.8 思考题 134第7章 Zigbee协议栈与CSMA/CA机制 1357.1 引言 1357.2 基本原理 1357.2.1 Zigbee技术发展概况 1357.2.2 Zigbee技术优势 1367.2.3 Zigbee协议栈 1377.2.4 物理层数结构 1387.2.5 MAC层帧结构 1397.2.6 应答ACK帧 1407.2.7 CSMA/CA机制 1417.3 实验设备与软件环境 1437.4 实验内容 1447.5 实验步骤 1447.5.1 物理层 1447.5.2 数据接收和地址译码 1447.5.3 应答ACK帧 1487.5.4 CSMA/CA机制 1517.6 预 1547.7 实验报告要求 1547.8 思考题 154第8章 Zigbee无线组网 1558.1 引言 1558.2 基本原理 1558.2.1 Zigbee基本名词解释 1558.2.2 Zigbee组网过程 1568.2.3 Zigbee网络拓扑 1588.2.4 Zigbee组建网络程序 1618.3 实验设备与软件环境 1638.4 实验内容 1638.5 实验步骤 1648.5.1 烧写程序 1648.5.2 串口设置 1658.5.3 启动主节点 1668.5.4 加入从节点 1668.5.5 建立不同拓扑结构的网络 1688.6 预 1698.7 实验报告要求 1698.8 思考题 169第9章 基于Zigbee技术的无线传感器网络 1709.1 引言 1709.2 基本原理 1709.2.1 概述 1709.2.2 无线传感器网络结构 1719.2.3 传感器节点结构 1729.2.4 无线传感器网络路由协议 1739.2.5 无线传感器网络应用 1779.2.6 基于Zigbee技术的无线传感器网络实台 1799.3 实验设备与软件环境 1819.4 实验内容 1819.5 实验步骤 1829.6 预 1869.7 实验报告要求 1879.8 思考题 187第10章 RFID基本读写与能分析 18810.1 引言 18810.2 基本原理 18810.2.1 RFID系统基本模型 18810.2.2 RFID工作原理 18910.2.3 RFID通信接口 19210.2.4 RFID能分析 19610.3 实验设备与软件环境 19710.4 实验内容 19710.5 实验步骤 19910.5.1 RFID基本读写 19910.5.2 RFID能分析 20410.6 预 20710.7 实验报告要求 20710.8 思考题 207第11章 基于RFID技术的智慧校园应用 20811.1 引言 20811.2 基本原理 20811.2.1 Zigbee无线网络 20811.2.2 RFID无线读写系统 20911.2.3 RFID技术的典型应用 20911.2.4 RFID技术的特点 21111.2.5 RFID技术的发展历程 21211.3 实验设备与软件环境 21311.4 实验内容 21311.5 实验步骤 21411.5.1 程序 21411.5.2 连接硬件 21411.5.3 实验软件操作 21511.6 预 22111.7 实验报告要求 22111.8 思考题 222第12章 基于RFID技术的智能医护应用 22312.1 引言 22312.2 基本原理 22412.2.1 Zigbee无线网络 22412.2.2 RFID技术 22412.2.3 心率传感器 22412.3 实验设备与软件环境 22812.4 实验内容 22812.5 实验步骤 23112.5.1 程序 23112.5.2 建立网络 23212.6 预 23912.7 实验报告要求 24012.8 思考题 240参考文献 241

摘要与插图

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第pan style="font-family:宋体">章; 蓝牙数字基带仿真

pan style="font-family:宋体">．1; 引言

基带信号处理是通信系统研究的重要内容，但是理论较强，学生难以形成感认识。针对这种情况，我们设计了蓝牙数字基带仿真实验。本章首先介绍蓝牙技术的发展概况、特点及其组成，然后介绍蓝牙基带系统括基带部分的物理链路、逻辑信道、发送／接收处理和时隙等概念，在此基础上研究蓝牙基带系统结构和差错控制方法，以及扩频跳频、保密通信等原理及其实现方法，并且以蓝牙基带部分的工作原理为例，通过对蓝牙基带差错控制、跳频原理和加密技术的软件仿真，使学生能够直观认识和理解一般通信系统的基带工作原理及其实现方法。

pan style="font-family:宋体">．2; 基本原理

pan style="font-family:宋体">．2．1; 蓝牙技术发展概况

蓝牙的英文名称是Bluetooth，是1998年5月由爱立信、IBM、Intel、诺基亚和东芝5家厂商，在联合开展短程无线通信技术的标准化活动时提出的，其宗旨是提供一种短距离、低成本的无线传输应用技术。上述5家公司还组建了蓝牙兴趣组(Special Interest Group，SIG)来负责蓝牙技术标准的制订、产品的测试以及协调各国蓝牙使用频段的一致。1999年下半年，微软、摩托罗拉、3、朗讯等公司与SIG的5家公司共同发起成立了蓝牙技术推广组织，从而在全球范围内掀起了一股“蓝牙”热潮。一大批基于蓝牙技术的应用产品随之出现，使蓝牙技术呈现出广阔的市场前景。截目前，SIG200多家联盟成员公司及约6000家应用成员企业。

截止20pan style="font-family:宋体">年7月，蓝牙SIG已经发布了pan style="font-family:宋体">．pan style="font-family:宋体">、pan style="font-family:宋体">．2、2．0、2．pan style="font-family:宋体">、3．0以及4．0共6个版本的蓝牙技术标准。pan style="font-family:宋体">．pan style="font-family:宋体">版本的蓝牙技术标准支持的数据传输速率在748～810Kb／s范围内，此后，基于该版本的蓝牙技术标准，电气电子工程师协会(Institute0fElectrical and Electronics Engineers，IEEE)与蓝牙SIG共同合作完成了IEEE 802．pan style="font-family:宋体">．pan style="font-family:宋体">标准，它可以同蓝牙pan style="font-family:宋体">．pan style="font-family:宋体">标准兼容。pan style="font-family:宋体">．2版本的蓝牙技术标准同样支持748～810Kb／s的传输速率，但增加了抗干扰跳能。2．0版本是pan style="font-family:宋体">．2版本的改良提升版，支持的传输速率在pan style="font-family:宋体">．8～2．1Mb／s范围内，并开始支持双工模式以及高像素图片传输。2009年4，,q，，蓝牙SIG正式颁布了蓝牙核心规范3．0版，蓝牙3．0通过集成IEEE 802．pan style="font-family:宋体">协议适应层，将数据传输速率提高到了大约24Mb／s，可以支持录像机高清电视、笔记本电脑便携式媒体播放器，以及笔记本电脑打印机之间的资料传输。20pan style="font-family:宋体">年7月，蓝牙兴趣组正式颁布蓝牙4．0核心规范。蓝牙4．0实际是个三位一体的蓝牙技术，它将传统蓝牙、耗蓝牙和高速蓝牙技术合而为一，这3种规格可以组合或者单独使用。蓝牙4．0以耗技术为核心，不但继承了蓝牙技术无线连接的所有固有优势，同时还增加了耗蓝牙和高速蓝牙的特点，极大拓展了蓝牙技术的市场潜力。

pan style="font-family:宋体">．2．2蓝牙技术特点

蓝牙的目标是在所有移动设备之间以及任何小范围的各种信息传输设备、各种电器设备之间建立无线连接。其主要特点如下。

pan style="font-family:宋体">．全球范围适用

蓝牙工作在2．4GHz免付费、全球通用的工业、科学和(Industr-ial，ScientificandMedical，ISM)频段，使用该频段无需向各国的无线电资源管理部门申请许可证。

2．可同时传输语音和数据

蓝牙支持一条异步数据信道，或三条并发的同步语音信道，或一条同时传送异步数据和同步语音的信道。其中每条语音信道可以支持64Kb／s的信息流，语音信号采用对数脉冲编码调制(Pulse Code Modul~ion，PCM)或连续可变斜率增量调制(Continuous Variable Slope Delta Modulation，CVSD)。

3．支持点对点或点对多点的连接

蓝牙技术支持点对点和点对多点的通信，采用的是Ad．hoc的组网方式。在建立网络之前，所有蓝牙设备的地位都等的，只有当某个蓝牙设备首先主动发起建链操作时，该设备才成为主设备，而被动链接的设备成为从设备。一个主设备可以和多7个处于激活模式的从设备同时保持连接。

4．具有很好的抗干扰能力

蓝牙采取了跳频(Frequency Hopping，FH)方式来扩展频谱，以抵消来自ISM频段其他无线电设备的干扰。蓝牙将2400～2483．5MHz的频段分成79个频点，每两个相邻频点间隔1MHz。当蓝牙设备处于不同的工作状态时，按照不同的跳频序列，载波频率在不同的频点行跳变。.......