專(zhuān)利名稱(chēng)：基于微功率無(wú)線傳輸?shù)耐ㄐ偶夹g(shù)教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置及方法主要應(yīng)用于通信技術(shù)實(shí)驗(yàn)課程。涉及短距離無(wú)線通信技術(shù)的教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置及方法。
IT業(yè)對(duì)人才的巨大需求直接引發(fā)了高校IT相關(guān)專(zhuān)業(yè)的擴(kuò)招，在通信技術(shù)日新月異的今天，如何讓實(shí)驗(yàn)者在校期間有機(jī)會(huì)接觸一些前沿技術(shù)并開(kāi)展實(shí)際的工程設(shè)計(jì)和研發(fā)訓(xùn)練，提高實(shí)驗(yàn)者就業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力，是高校教學(xué)改革的重要內(nèi)容之一。然而目前的通信技術(shù)實(shí)驗(yàn)設(shè)備已顯現(xiàn)出以下不足技術(shù)陳舊(多為有線實(shí)驗(yàn)設(shè)備，對(duì)于無(wú)線通信技術(shù)一般只能以軟件仿真的形式學(xué)習(xí))，不利于實(shí)驗(yàn)者對(duì)新技術(shù)的了解；可參與性差(多為演示或驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，不可延伸為研發(fā)平臺(tái))，不利于實(shí)驗(yàn)者創(chuàng)新能力的培養(yǎng)；不涉及網(wǎng)絡(luò)概念(而現(xiàn)代通信技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)密切相關(guān)，相輔相成)，不利于實(shí)驗(yàn)者從系統(tǒng)級(jí)、網(wǎng)絡(luò)級(jí)上把握通信技術(shù)；以及軟硬件實(shí)驗(yàn)分離、通信設(shè)備與計(jì)算機(jī)分離等等。陳舊、不具拓展性的通信實(shí)驗(yàn)設(shè)備已成為培養(yǎng)新型通信技術(shù)人才的一大障礙。
因此，如何將現(xiàn)有的微功率無(wú)線通信技術(shù)與教學(xué)實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，整改通信技術(shù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，切實(shí)提高其對(duì)通信人才培養(yǎng)的效用，將具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
三、技術(shù)內(nèi)容1、技術(shù)問(wèn)題鑒于目前通信技術(shù)實(shí)驗(yàn)設(shè)備存在的上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種與微機(jī)系統(tǒng)緊密結(jié)合、可參與性強(qiáng)、具備研發(fā)拓展性的基于微功率無(wú)線傳輸?shù)耐ㄐ偶夹g(shù)教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置及方法。
2、技術(shù)方案該裝置包括藍(lán)牙模塊、PCM編解碼電路、電平轉(zhuǎn)換電路、電源、天線、串行接口、USB接口、耳機(jī)/麥克風(fēng)，其中以藍(lán)牙模塊為中心，其天線端接天線、其RS232口接電平轉(zhuǎn)換電路、其USB端接USB接口、其PCM碼流端接PCM編解碼電路；PCM編解碼電路的模擬語(yǔ)音輸出端接耳機(jī)/麥克風(fēng)；電平轉(zhuǎn)換電路還與串行接口相接；藍(lán)牙模塊即集成電路“U17”的天線端“ANT”接天線，集成電路“U17”的“TXD、CTS、RXD、RTS”端即RS232口接電平轉(zhuǎn)換電路即集成電路“U3”的“T1IN、T2IN、Tlout、T2out”端；集成電路“U17”的“D-、D+”端，接USB接口，集成電路“U17”的“PCM-IN、PCM-Clk、PCM-out”端接PCM編解碼電路即集成電路“U12”的“PCMR1、BCLKA、PCMSO”端，PCM編解碼器即集成電路“U12”的“Aout”端接耳機(jī)/麥克風(fēng)；該實(shí)驗(yàn)方法以藍(lán)牙硬件模塊及藍(lán)牙管理模塊構(gòu)成，進(jìn)行服務(wù)發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)、語(yǔ)音傳輸實(shí)驗(yàn)、數(shù)據(jù)傳輸實(shí)驗(yàn)、通信傳輸?shù)挠行耘c可靠性分析實(shí)驗(yàn)，藍(lán)牙硬件模塊中的基帶通過(guò)內(nèi)部總線接藍(lán)牙射頻，通過(guò)RS232/USB端口接管理模塊的主機(jī)控制接口，通過(guò)鏈路管理器與主機(jī)控制接口相接，通過(guò)PCM碼流端接語(yǔ)音輸入輸出模塊；藍(lán)牙管理模塊的最上層為實(shí)驗(yàn)應(yīng)用程序，該程序調(diào)用下層的管理實(shí)體、虛擬操作系統(tǒng)、邏輯鏈路控制與適配協(xié)議、服務(wù)發(fā)現(xiàn)協(xié)議、射頻串口仿真協(xié)議所提供的接口；最后通過(guò)主機(jī)控制接口與藍(lán)牙硬件模塊相連接。
服務(wù)發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)的方法分服務(wù)器端和客戶機(jī)端兩條路徑同時(shí)進(jìn)行。服務(wù)器端的操作流程為1)連接硬件設(shè)備；2)驅(qū)動(dòng)硬件模塊、初始化傳輸層、初始化實(shí)驗(yàn)程序；3)服務(wù)端注冊(cè)服務(wù)，即注冊(cè)服務(wù)類(lèi)型、服務(wù)屬性、相關(guān)參數(shù)，注冊(cè)完后可以返回進(jìn)行修改和添加服務(wù)，直至完全注冊(cè)完畢；在客戶機(jī)端1)連接硬件設(shè)備；2)驅(qū)動(dòng)硬模塊、初始化傳輸層、初始化實(shí)驗(yàn)程序；3)查詢(xún)?cè)O(shè)備、與服務(wù)器端模塊建鏈；4)客戶端按以下兩種方式進(jìn)行服務(wù)發(fā)現(xiàn)以瀏覽方式查詢(xún)發(fā)現(xiàn)、以特定方式查詢(xún)發(fā)現(xiàn)，如果沒(méi)有查詢(xún)到，則返回重新發(fā)現(xiàn)服務(wù)；5)與服務(wù)器端模塊斷鏈；6)結(jié)束。
語(yǔ)音傳輸實(shí)驗(yàn)的步驟分為A、B兩路同時(shí)進(jìn)行，其中A路的步驟是1)連接硬件設(shè)備；2)驅(qū)動(dòng)硬件模塊、初始化傳輸層、初始化實(shí)驗(yàn)程序；
3)進(jìn)行線性PCM仿真、A律PCM仿真、CVSD仿真；4)查詢(xún)?cè)O(shè)備，與B端模塊建ACL鏈；5)數(shù)據(jù)傳輸；6)建立面向連接的同步鏈路SCO；7)數(shù)據(jù)語(yǔ)音傳輸；8)斷鏈(先斷SCO，后斷ACL)；9)結(jié)束；10)B路的步驟與A路一致，不同之處僅在A路進(jìn)行查詢(xún)?cè)O(shè)備、與B端模塊建ACL鏈時(shí)，B路此處為被動(dòng)建立ACL鏈。
數(shù)據(jù)傳輸實(shí)驗(yàn)的步驟分為A、B兩路進(jìn)行，其中A路的步驟為1)連接硬件設(shè)備；2)驅(qū)動(dòng)硬件模塊、初始化傳輸層、初始化實(shí)驗(yàn)程序；3)查詢(xún)?cè)O(shè)備、與B端模塊建ACL鏈；4)第一，面向連接服務(wù)，進(jìn)行文字聊天、文件傳輸，第二，面向非連接服務(wù)，進(jìn)行廣播組播消息；5)斷ACL鏈路；6)結(jié)束；7)B路的步驟與A路一樣，不同之處僅在當(dāng)A路查詢(xún)?cè)O(shè)備、與B端模塊建ACL鏈處，B路此處為被動(dòng)建立ACL鏈；在進(jìn)行面向連接服務(wù)和面向非連接服務(wù)時(shí)，可以改變會(huì)話層的MRU(Max-Received-Unit)，觀察統(tǒng)計(jì)信息和會(huì)話層狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖。
通信傳輸?shù)挠行耘c可靠性分析的實(shí)驗(yàn)中，對(duì)兩臺(tái)計(jì)算機(jī)進(jìn)行直接連接的速率測(cè)試步驟為1)用RS232串口線將兩臺(tái)計(jì)算機(jī)直接連接，初始化實(shí)驗(yàn)程序；2)設(shè)定發(fā)送的包長(zhǎng)、包數(shù)、以及測(cè)試個(gè)數(shù)；3)觀察發(fā)送數(shù)據(jù)量與傳輸時(shí)間的關(guān)系，計(jì)算具體數(shù)值關(guān)系；4)結(jié)束。
分別用RS232口和USB口連接計(jì)算機(jī)和藍(lán)牙模塊進(jìn)行速率測(cè)試的步驟分為A、B兩路進(jìn)行，其中A路為1)用RS232或USB連接計(jì)算機(jī)與藍(lán)牙模塊；2)驅(qū)動(dòng)硬件模塊、初始化傳輸層、初始化實(shí)驗(yàn)程序；3)查詢(xún)?cè)O(shè)備、與B端模塊建ACL鏈；4)設(shè)定發(fā)送的包長(zhǎng)、包數(shù)、以及測(cè)試個(gè)數(shù)；5)觀察發(fā)送數(shù)據(jù)量與傳輸時(shí)間的關(guān)系，計(jì)算具體數(shù)值結(jié)果，增加金屬障礙物，返回步驟4重新設(shè)定參數(shù)；6)折ACL鏈路；7)結(jié)束；B路的步驟為1)用RS232或USB連接計(jì)算機(jī)與藍(lán)牙模塊；2)驅(qū)動(dòng)硬件模塊、初始化傳輸層、初始化實(shí)驗(yàn)程序；3)被動(dòng)建立ACL鏈；4)等待；5)折ACL鏈路；6)結(jié)束。
文件傳輸?shù)膶?shí)驗(yàn)分A、B兩路進(jìn)行，其中A路的步驟為1)A、B端已建立ACL鏈路。
2)設(shè)置誤碼率、傳輸?shù)奈募⑿诺谰幋a方式、數(shù)據(jù)幀長(zhǎng)、最大重傳次數(shù)等參數(shù)，發(fā)送文件；3)觀察傳輸文件所消耗的時(shí)間以及重傳次數(shù)，返回步驟2重設(shè)參數(shù)；4)折ACL鏈路；5)結(jié)束；B路的步驟為1)A、B端已建立ACL鏈路；2)觀察接收文件的錯(cuò)誤比特?cái)?shù)；3)折ACL鏈路；4)結(jié)束。
3、技術(shù)效果1)本發(fā)明將藍(lán)牙這一無(wú)線傳輸技術(shù)應(yīng)用到通信教學(xué)實(shí)驗(yàn)領(lǐng)域，以藍(lán)牙無(wú)線接入技術(shù)作為教學(xué)示范，讓實(shí)驗(yàn)者切實(shí)接觸前沿技術(shù)，深入實(shí)際無(wú)線通信系統(tǒng)(網(wǎng)絡(luò))。
2)本發(fā)明采用的藍(lán)牙技術(shù)已經(jīng)迅速成長(zhǎng)為IT業(yè)界最炙手可熱的一項(xiàng)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)。它具有ad hoc網(wǎng)絡(luò)的典型特征，具有廣闊的發(fā)展前景。
3)藍(lán)牙技術(shù)是微功率的無(wú)線傳輸技術(shù)，長(zhǎng)期接觸對(duì)人體無(wú)任何傷害。
4)與其它無(wú)線技術(shù)相比，藍(lán)牙技術(shù)具有成本低廉的優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明以藍(lán)牙技術(shù)為物理平臺(tái)，減少了開(kāi)發(fā)成本。
5)本發(fā)明的實(shí)物體積小，易于攜帶，有別于其它通信教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。
6)本發(fā)明具有不斷開(kāi)發(fā)新實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的潛力，并可以延伸為研發(fā)平臺(tái)。
四

圖1是本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)框圖。其中有藍(lán)牙模塊1、PCM編解碼電路2、電平轉(zhuǎn)換電路3、電源4、天線5、串行接口6、USB接口7、耳機(jī)/麥克風(fēng)8。
圖2是本發(fā)明核心組件的總體結(jié)構(gòu)示意圖。其中有藍(lán)牙硬件模塊20、藍(lán)牙射頻201、基帶202、鏈路管理器203、語(yǔ)音輸入輸出模塊204。藍(lán)牙管理模塊21、主機(jī)控制接口/傳輸層211、管理實(shí)體212、虛擬操作系統(tǒng)213、邏輯鏈路控制與適配協(xié)議214、射頻串口仿真協(xié)議215、服務(wù)發(fā)現(xiàn)協(xié)議216、實(shí)驗(yàn)應(yīng)用程序217。
圖3是本發(fā)明服務(wù)發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)的流程圖。
圖4是本發(fā)明語(yǔ)音傳輸實(shí)驗(yàn)的流程圖。
圖5是本發(fā)明語(yǔ)音傳輸實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)者編程模塊示意圖。
圖6是本發(fā)明數(shù)據(jù)傳輸實(shí)驗(yàn)的流程圖。
圖7是本發(fā)明兩臺(tái)計(jì)算機(jī)直接連接速率測(cè)試流程圖。
圖8是本發(fā)明分別用RS232和USB連接計(jì)算機(jī)和藍(lán)牙模塊的速率測(cè)試流程圖。
圖9是本發(fā)明文件傳輸流程圖。
圖10是本發(fā)明裝置的線路圖。
五具體實(shí)施例方式該裝置包括藍(lán)牙模塊1、PCM編解碼電路2、電平轉(zhuǎn)換電路3、電源4、天線5、串行接口6、USB接口7、耳機(jī)/麥克風(fēng)8，其中以藍(lán)牙模塊1為中心，其天線端接天線5、其RS232口接電平轉(zhuǎn)換電路3、其USB端接USB接口7、其PCM碼流端接PCM編解碼電路2；PCM編解碼電路2的模擬語(yǔ)音輸出端接耳機(jī)/麥克風(fēng)8；電平轉(zhuǎn)換電路3還與串行接口6相接。
藍(lán)牙模塊1即集成電路“U17”的天線端“ANT”接天線5，集成電路“U17”的“TXD、CTS、RXD、RTS”端即RS232口接電平轉(zhuǎn)換電路3即集成電路“U3”的“T1IN、T2IN、T1out、T2out”端；集成電路“U17”的“D-、D+”端，接USB接口7，集成電路“U17”的“PCM-IN、PCM-Clk、PCM-out”端接PCM編解碼電路2即集成電路“U12”的“PCMR1、BCLKA、PCMSO”端，PCM編解碼器即集成電路“U12”的“Aout”端接耳機(jī)/麥克風(fēng)8。
圖1所示實(shí)驗(yàn)裝置(硬件電路模塊)的具體實(shí)現(xiàn)如下所述。藍(lán)牙模塊采用愛(ài)立信的Rok_007型號(hào)藍(lán)牙模塊，該模塊的發(fā)射功率為0dbm，有效傳輸距離為10米。PCM編解碼器的型號(hào)為OKI7540L，該編解碼器將來(lái)自麥克風(fēng)的模擬語(yǔ)音轉(zhuǎn)化成PCM碼流，并與藍(lán)牙模塊的PCM接口相連，同時(shí)將藍(lán)牙模塊傳來(lái)的PCM碼流轉(zhuǎn)換成模擬語(yǔ)音送至耳機(jī)話筒。藍(lán)牙模塊與計(jì)算機(jī)RS232串口或USB端口的連接切換由一個(gè)開(kāi)關(guān)控制。MAXIM3232完成RS232電平與TTL電平之間的相互轉(zhuǎn)換。該實(shí)驗(yàn)裝置提供與計(jì)算機(jī)的USB、RS-232連接方式，以及語(yǔ)音輸入輸出端口。
本發(fā)明以自主研制的藍(lán)牙協(xié)議棧為主要技術(shù)支撐，提出將藍(lán)牙技術(shù)作為通信實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的主要物理平臺(tái)，以使實(shí)驗(yàn)者更快更好地建立通信技術(shù)系統(tǒng)級(jí)、網(wǎng)絡(luò)級(jí)的概念，提高實(shí)際研發(fā)能力。
藍(lán)牙管理模塊包含藍(lán)牙的基本核心協(xié)議(符合藍(lán)牙SIG的藍(lán)牙規(guī)范v1.1)邏輯鏈路控制及適配協(xié)議(L2CAP)、服務(wù)發(fā)現(xiàn)協(xié)議(SDP)、射頻串口仿真協(xié)議(RFCOMM)以及用于處理和管理鏈路的管理實(shí)體(ME)。該管理模塊以應(yīng)用程序擴(kuò)展的方式向上提供動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)(DLL)，需要運(yùn)行在操作系統(tǒng)為Windows2000的計(jì)算機(jī)上。使用圖2所示的藍(lán)牙硬件/管理模塊可以進(jìn)行藍(lán)牙高層應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)查詢(xún)附近設(shè)備、服務(wù)發(fā)現(xiàn)、語(yǔ)音和數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ堋?br> 以圖1描述的硬件電路模塊為實(shí)體核心，以自主研制的藍(lán)牙協(xié)議棧為主要技術(shù)支撐，結(jié)合多年一線教學(xué)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，我們研制開(kāi)發(fā)了基于藍(lán)牙無(wú)線傳輸技術(shù)的通信技術(shù)教學(xué)實(shí)驗(yàn)方法。本方法包含以下4個(gè)實(shí)驗(yàn)服務(wù)發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)、語(yǔ)音傳輸實(shí)驗(yàn)、數(shù)據(jù)傳輸實(shí)驗(yàn)以及通信傳輸?shù)挠行耘c可靠性分析實(shí)驗(yàn)。上述每個(gè)實(shí)驗(yàn)都體現(xiàn)了系統(tǒng)級(jí)、網(wǎng)絡(luò)級(jí)的現(xiàn)代通信技術(shù)新概念。下面詳細(xì)介紹4個(gè)實(shí)驗(yàn)的開(kāi)發(fā)目的及實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)流程。
1)服務(wù)發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)目的在一個(gè)以網(wǎng)絡(luò)為中心的計(jì)算環(huán)境中，尋找和使用一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的服務(wù)越來(lái)越重要。同時(shí)，客戶機(jī)—服務(wù)器模式是大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)通信的基礎(chǔ)。通過(guò)客戶機(jī)和服務(wù)器相連，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和應(yīng)用的共享，并利用服務(wù)器的處理能力將數(shù)據(jù)和應(yīng)用分布到多個(gè)客戶機(jī)上。而藍(lán)牙服務(wù)發(fā)現(xiàn)協(xié)議是典型的客戶機(jī)—服務(wù)器模型。通過(guò)本實(shí)驗(yàn)，可以使實(shí)驗(yàn)者了解服務(wù)發(fā)現(xiàn)功能在通信網(wǎng)絡(luò)中的必要性及其實(shí)現(xiàn)流程。
設(shè)計(jì)流程見(jiàn)圖3。本實(shí)驗(yàn)由二人協(xié)作完成，分別操作服務(wù)器和客戶機(jī)的服務(wù)發(fā)現(xiàn)流程。
服務(wù)發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)的方法分服務(wù)器端和客戶機(jī)端兩條路徑同時(shí)進(jìn)行。服務(wù)器端的操作流程為1)連接硬件設(shè)備；2)驅(qū)動(dòng)硬件模塊、初始化傳輸層、初始化實(shí)驗(yàn)程序；3)服務(wù)端注冊(cè)服務(wù)，即注冊(cè)服務(wù)類(lèi)型、服務(wù)屬性、相關(guān)參數(shù)，注冊(cè)完后可以返回進(jìn)行修改和添加服務(wù)，直至完全注冊(cè)完畢；在客戶機(jī)端1)連接硬件設(shè)備；
2)驅(qū)動(dòng)硬模塊、初始化傳輸層、初始化實(shí)驗(yàn)程序；3)查詢(xún)?cè)O(shè)備、與服務(wù)器端模塊建鏈；4)客戶端按以下兩種方式進(jìn)行服務(wù)發(fā)現(xiàn)以瀏覽方式查詢(xún)發(fā)現(xiàn)、以特定方式查詢(xún)發(fā)現(xiàn)，如果沒(méi)有查詢(xún)到，則返回重新發(fā)現(xiàn)服務(wù)；5)與服務(wù)器端模塊斷鏈；6)結(jié)束。
2)語(yǔ)音傳輸實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)目的語(yǔ)音傳輸是日常生活中極普遍的通信技術(shù)(尤其是移動(dòng)通信技術(shù))應(yīng)用之一，同時(shí)，多種語(yǔ)音編解碼方式是通信原理的重要內(nèi)容之一。應(yīng)用圖1所示硬件電路模塊提供的語(yǔ)音輸入輸出功能，我們開(kāi)發(fā)了語(yǔ)音傳輸實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)者通過(guò)實(shí)踐無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的語(yǔ)音傳輸實(shí)驗(yàn)，得以深入理解語(yǔ)音傳輸相關(guān)概念以及不同編碼方式的優(yōu)劣。
設(shè)計(jì)流程見(jiàn)圖4。本實(shí)驗(yàn)由二人協(xié)作完成。
語(yǔ)音傳輸實(shí)驗(yàn)的步驟分為A、B兩路同時(shí)進(jìn)行，其中A路的步驟是1)連接硬件設(shè)備；2)驅(qū)動(dòng)硬件模塊、初始化傳輸層、啟動(dòng)應(yīng)用程序；3)進(jìn)行線性PCM仿真、A律PCM仿真、CVSD仿真；4)查詢(xún)?cè)O(shè)備，與B端模塊建ACL鏈；5)數(shù)據(jù)傳輸；6)建立面向連接的同步鏈路SCO；7)數(shù)據(jù)語(yǔ)音傳輸；8)斷鏈(先斷SCO，后斷ACL)；9)結(jié)束；10)B路的步驟與A路一致，不同之處僅在A路進(jìn)行查詢(xún)?cè)O(shè)備、與B端模塊建ACL鏈時(shí)，B路此處為被動(dòng)建立ACL鏈。
3)數(shù)據(jù)傳輸實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)目的非語(yǔ)音的數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程包含著許多重要的通信理論基礎(chǔ)概念。例如協(xié)議分層概念；上下層和對(duì)等層概念；物理信道與邏輯信道概念等。與上一實(shí)驗(yàn)對(duì)應(yīng)，開(kāi)發(fā)的本數(shù)據(jù)傳輸實(shí)驗(yàn)將會(huì)使實(shí)驗(yàn)者對(duì)數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中涉及的相應(yīng)知識(shí)點(diǎn)有深入的理解。并通過(guò)自行編程設(shè)計(jì)，將具備層間接口設(shè)計(jì)的具體經(jīng)驗(yàn)。
設(shè)計(jì)流程見(jiàn)圖6。本實(shí)驗(yàn)由二人協(xié)作完成。
數(shù)據(jù)傳輸實(shí)驗(yàn)的步驟分為A、B兩路進(jìn)行，其中A路的步驟為1)連接硬件設(shè)備；2)驅(qū)動(dòng)硬件模塊、初始化傳輸層、初始化實(shí)驗(yàn)程序；
3)查詢(xún)?cè)O(shè)備、與B端模塊建ACL鏈；4)第一，面向連接服務(wù)，進(jìn)行文字聊天、文件傳輸，第二，面向非連接服務(wù)，進(jìn)行廣播組播消息；5)斷ACL鏈路；6)結(jié)束；4)通信傳輸?shù)挠行耘c可靠性分析開(kāi)發(fā)目的通信的有效性與可靠性是衡量通信系統(tǒng)的重要指標(biāo)，其與流量控制、傳輸速率、差錯(cuò)控制以及共享信道技術(shù)密切相關(guān)。分析通信系統(tǒng)都需要定量地分析該系統(tǒng)的有效性和可靠性；設(shè)計(jì)實(shí)際通信系統(tǒng)都需要在通信的有效性與可靠性之間折衷。通過(guò)分析通信傳輸?shù)挠行耘c可靠性，實(shí)驗(yàn)者能從全局角度分析通信系統(tǒng)，評(píng)價(jià)系統(tǒng)的性能優(yōu)劣。
設(shè)計(jì)內(nèi)容(本實(shí)驗(yàn)由二人協(xié)作完成)1)性能仿真●連續(xù)ARQ和停止等待協(xié)議的差錯(cuò)率和幀傳送平均延時(shí)的關(guān)系；●陸地和衛(wèi)星通信信道環(huán)境中，各種參數(shù)下最佳幀長(zhǎng)和信道利用率的關(guān)系；●共享信道技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)負(fù)載和吞吐量之間的關(guān)系。
2)速率測(cè)試對(duì)兩臺(tái)計(jì)算機(jī)分別如下連接進(jìn)行速率測(cè)試兩臺(tái)計(jì)算機(jī)直接用RS232串口線連接；兩臺(tái)計(jì)算機(jī)都用USB連接藍(lán)牙設(shè)備；兩臺(tái)計(jì)算機(jī)都用RS232串口線連接藍(lán)牙設(shè)備。如上連接后，一方進(jìn)行查詢(xún)和建鏈，另一方等待。建立物理連接后，開(kāi)始速度測(cè)試。實(shí)驗(yàn)流程圖見(jiàn)圖7、圖8。
通信傳輸?shù)挠行耘c可靠性分析的實(shí)驗(yàn)中，對(duì)兩臺(tái)計(jì)算機(jī)進(jìn)行直接連接的速率測(cè)試步驟為1)用RS232串口線將兩臺(tái)計(jì)算機(jī)直接連接，初始化實(shí)驗(yàn)程序；2)設(shè)定發(fā)送的包長(zhǎng)、包數(shù)、以及測(cè)試個(gè)數(shù)；3)觀察發(fā)送數(shù)據(jù)量與傳輸時(shí)間的關(guān)系，計(jì)算具體數(shù)值關(guān)系；4)結(jié)束。
分別用RS232口和USB口連接計(jì)算機(jī)和藍(lán)牙模塊進(jìn)行速率測(cè)試的步驟分為A、B兩路進(jìn)行，其中A路為1)用RS232或USB連接計(jì)算機(jī)與藍(lán)牙模塊；2)驅(qū)動(dòng)硬件模塊、初始化傳輸層、初始化實(shí)驗(yàn)程序；3)查詢(xún)?cè)O(shè)備、與B端模塊建ACL鏈；4)設(shè)定發(fā)送的包長(zhǎng)、包數(shù)、以及測(cè)試個(gè)數(shù)；5)觀察發(fā)送數(shù)據(jù)量與傳輸時(shí)間的關(guān)系，計(jì)算具體數(shù)值結(jié)果，增加金屬障礙物，返回步驟4重新設(shè)定參數(shù)；6)折ACL鏈路；7)結(jié)束；B路的步驟為1)用RS232或USB連接計(jì)算機(jī)與藍(lán)牙模塊；2)驅(qū)動(dòng)硬件模塊、初始化傳輸層、初始化實(shí)驗(yàn)程序；3)被動(dòng)建立ACL鏈路；4)等待；5)折ACL鏈路；6)結(jié)束。
在速率測(cè)試區(qū)中填寫(xiě)測(cè)試參數(shù)包長(zhǎng)M，包的個(gè)數(shù)N，測(cè)試個(gè)數(shù)P。包長(zhǎng)M(字節(jié))是一次發(fā)到藍(lán)牙模塊的數(shù)據(jù)幀長(zhǎng)，每發(fā)送N個(gè)向上報(bào)一次數(shù)據(jù)采樣值。一共報(bào)P個(gè)值。觀察發(fā)送數(shù)據(jù)量與時(shí)間的關(guān)系，并根據(jù)相關(guān)公式計(jì)算得到定量結(jié)果。改變兩個(gè)藍(lán)牙模塊之間的距離，增加信道上的金屬障礙物，改變幀(包)長(zhǎng)，觀察對(duì)測(cè)試速率的影響。
3)文件傳輸如2)所述建立物理連接后，發(fā)送方設(shè)置如下參數(shù)誤碼率、傳輸?shù)奈募?、選擇信道編碼方式、數(shù)據(jù)幀長(zhǎng)、最大重傳次數(shù)。
發(fā)送方程序會(huì)記錄傳輸該文件所消耗的時(shí)間，重傳次數(shù)。
接收方程序會(huì)記錄接收到文件的錯(cuò)誤比特?cái)?shù)。實(shí)驗(yàn)流程圖見(jiàn)圖9。
文件傳輸?shù)膶?shí)驗(yàn)分A、B兩路進(jìn)行，其中A路的步驟為1)A、B端已建立ACL鏈路。
2)設(shè)置誤碼率、傳輸?shù)奈募⑿诺谰幋a方式、數(shù)據(jù)幀長(zhǎng)、最大重傳次數(shù)等參數(shù)，發(fā)送文件；3)觀察傳輸文件所消耗的時(shí)間以及重傳次數(shù)，返回步驟2重設(shè)參數(shù)；4)折ACL鏈路；5)結(jié)束；B路的步驟為1)A、B端已建立ACL鏈路；2)觀察接收文件的錯(cuò)誤比特?cái)?shù)；3)折ACL鏈路；4)結(jié)束。
權(quán)利要求
1.一種基于微功率無(wú)線傳輸?shù)耐ㄐ偶夹g(shù)教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于該裝置包括藍(lán)牙模塊(1)、PCM編解碼電路(2)、電平轉(zhuǎn)換電路(3)、電源(4)、天線(5)、串行接口(6)、USB接口(7)、耳機(jī)/麥克風(fēng)(8)，其中以藍(lán)牙模塊(1)為中心，其天線端接天線(5)、其RS232口接電平轉(zhuǎn)換電路(3)、其USB端接USB接口(7)、其PCM碼流端接PCM編解碼電路(2)；PCM編解碼電路(2)的模擬語(yǔ)音輸出端接耳機(jī)/麥克風(fēng)(8)；電平轉(zhuǎn)換電路(3)還與串行接口(6)相接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于微功率無(wú)線傳輸?shù)耐ㄐ偶夹g(shù)教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于藍(lán)牙模塊(1)即集成電路“U17”的天線端“ANT”接天線(5)，集成電路“U17”的“TXD、CTS、RXD、RTS”端即RS232口接電平轉(zhuǎn)換電路(3)即集成電路“U3”的“T1IN、T2IN、Tlout、T2out”端；集成電路“U17”的“D_、D+”端，接USB接口(7)，集成電路“U17”的“PCM-IN、PCM-Clk、PCM-out”端接PCM編解碼電路(2)即集成電路“U12”的“PCMR1、BCLKA、PCMSO”端，PCM編解碼器即集成電路“U12”的“Aout”端接耳機(jī)/麥克風(fēng)(8)。
3.一種適用于權(quán)利要求1所述的基于微功率無(wú)線傳輸?shù)耐ㄐ偶夹g(shù)教學(xué)實(shí)驗(yàn)方法，其特征在于該實(shí)驗(yàn)方法以藍(lán)牙硬件模塊(20)及藍(lán)牙管理模塊(21)構(gòu)成，進(jìn)行服務(wù)發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)、語(yǔ)音傳輸實(shí)驗(yàn)、數(shù)據(jù)傳輸實(shí)驗(yàn)、通信傳輸?shù)挠行耘c可靠性分析實(shí)驗(yàn)，藍(lán)牙硬件模塊(20)中的基帶(202)通過(guò)內(nèi)部總線接藍(lán)牙射頻(201)，通過(guò)RS232/USB端口接管理模塊(21)的主機(jī)控制接口(211)，通過(guò)鏈路管理器(203)與主機(jī)控制接口(211)相接，通過(guò)PCM碼流端接語(yǔ)音輸入輸出模塊(204)；藍(lán)牙管理模塊(21)的最上層為實(shí)驗(yàn)應(yīng)用程序(217)，該程序調(diào)用下層的管理實(shí)體(212)、虛擬操作系統(tǒng)(213)、邏輯鏈路控制與適配協(xié)議(214)、服務(wù)發(fā)現(xiàn)協(xié)議(216)、射頻串口仿真協(xié)議(215)所提供的接口；最后通過(guò)主機(jī)控制接口(211)與藍(lán)牙硬件模塊(20)相連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于微功率無(wú)線傳輸?shù)耐ㄐ偶夹g(shù)教學(xué)實(shí)驗(yàn)方法，其特征在于服務(wù)發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)的方法分服務(wù)器端和客戶機(jī)端兩條路徑同時(shí)進(jìn)行。服務(wù)器端的操作流程為1)連接硬件設(shè)備；2)驅(qū)動(dòng)硬件模塊、初始化傳輸層、初始化實(shí)驗(yàn)程序；3)服務(wù)端注冊(cè)服務(wù)，即注冊(cè)服務(wù)類(lèi)型、服務(wù)屬性、相關(guān)參數(shù)，注冊(cè)完后可以返回進(jìn)行修改和添加服務(wù)，直至完全注冊(cè)完畢；在客戶機(jī)端1)連接硬件設(shè)備；2)驅(qū)動(dòng)硬模塊、初始化傳輸層、初始化實(shí)驗(yàn)程序；3)查詢(xún)?cè)O(shè)備、與服務(wù)器端模塊建鏈；4)客戶端按以下兩種方式進(jìn)行服務(wù)發(fā)現(xiàn)以瀏覽方式查詢(xún)發(fā)現(xiàn)、以特定方式查詢(xún)發(fā)現(xiàn)，如果沒(méi)有查詢(xún)到，則返回重新發(fā)現(xiàn)服務(wù)；5)與服務(wù)器端模塊斷鏈；6)結(jié)束。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于微功率無(wú)線傳輸?shù)耐ㄐ偶夹g(shù)教學(xué)實(shí)驗(yàn)方法，其特征在于語(yǔ)音傳輸實(shí)驗(yàn)的步驟分為A、B兩路同時(shí)進(jìn)行，其中A路的步驟是1)連接硬件設(shè)備；2)驅(qū)動(dòng)硬件模塊、初始化傳輸層、初始化實(shí)驗(yàn)程序；3)進(jìn)行線性PCM仿真、A律PCM仿真、CVSD仿真；4)查詢(xún)?cè)O(shè)備，與B端模塊建ACL鏈；5)數(shù)據(jù)傳輸；6)建立面向連接的同步鏈路SCO；7)數(shù)據(jù)語(yǔ)音傳輸；8)斷鏈(先斷SCO，后斷ACL)；9)結(jié)束；10)B路的步驟與A路一致，不同之處僅在A路進(jìn)行查詢(xún)?cè)O(shè)備、與B端模塊建ACL鏈時(shí)，B路此處為被動(dòng)建立ACL鏈。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于微功率無(wú)線傳輸?shù)耐ㄐ偶夹g(shù)教學(xué)實(shí)驗(yàn)方法，其特征在于數(shù)據(jù)傳輸實(shí)驗(yàn)的步驟分為A、B兩路進(jìn)行，其中A路的步驟為1)連接硬件設(shè)備；2)驅(qū)動(dòng)硬件模塊、初始化傳輸層、初始化實(shí)驗(yàn)程序；3)查詢(xún)?cè)O(shè)備、與B端模塊建ACL鏈；4)第一，面向連接服務(wù)，進(jìn)行文字聊天、文件傳輸，第二，面向非連接服務(wù)，進(jìn)行廣播組播消息；5)斷ACL鏈路；6)結(jié)束；7)B路的步驟與A路一樣，不同之處僅在當(dāng)A路查詢(xún)?cè)O(shè)備、與B端模塊建ACL鏈處，B路此處為被動(dòng)建立ACL鏈；在進(jìn)行面向連接服務(wù)和面向非連接服務(wù)時(shí)，可以改變會(huì)話層的MRU，觀察統(tǒng)計(jì)信息和會(huì)話層狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于微功率無(wú)線傳輸?shù)耐ㄐ偶夹g(shù)教學(xué)實(shí)驗(yàn)方法，其特征在于通信傳輸?shù)挠行耘c可靠性分析的實(shí)驗(yàn)中，對(duì)兩臺(tái)計(jì)算機(jī)進(jìn)行直接連接的速率測(cè)試步驟為1)用RS232串口線將兩臺(tái)計(jì)算機(jī)直接連接，初始化實(shí)驗(yàn)程序；2)設(shè)定發(fā)送的包長(zhǎng)、包數(shù)、以及測(cè)試個(gè)數(shù)；3)觀察發(fā)送數(shù)據(jù)量與傳輸時(shí)間的關(guān)系，計(jì)算具體數(shù)值關(guān)系；4)結(jié)束。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于微功率無(wú)線傳輸?shù)耐ㄐ偶夹g(shù)教學(xué)實(shí)驗(yàn)方法，其特征在于分別用RS232口和USB口連接計(jì)算機(jī)和藍(lán)牙模塊進(jìn)行速率測(cè)試的步驟分為A、B兩路進(jìn)行，其中A路為1)用RS232或USB連接計(jì)算機(jī)與藍(lán)牙模塊；2)驅(qū)動(dòng)硬件模塊、初始化傳輸層、初始化實(shí)驗(yàn)程序；3)查詢(xún)?cè)O(shè)備、與B端模塊建ACL鏈；4)設(shè)定發(fā)送的包長(zhǎng)、包數(shù)、以及測(cè)試個(gè)數(shù)；5)觀察發(fā)送數(shù)據(jù)量與傳輸時(shí)間的關(guān)系，計(jì)算具體數(shù)值結(jié)果，增加金屬障礙物，返回步驟4重新設(shè)定參數(shù)；6)折ACL鏈路；7)結(jié)束；B路的步驟為1)用RS232或USB連接計(jì)算機(jī)與藍(lán)牙模塊；2)驅(qū)動(dòng)硬件模塊、初始化傳輸層、初始化實(shí)驗(yàn)程序；3)被動(dòng)建立ACL鏈；4)等待；5)折ACL鏈路；6)結(jié)束。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于微功率無(wú)線傳輸?shù)耐ㄐ偶夹g(shù)教學(xué)實(shí)驗(yàn)方法，其特征在于文件傳輸?shù)膶?shí)驗(yàn)分A、B兩路進(jìn)行，其中A路的步驟為1)A、B端已建立ACL鏈路。2)設(shè)置誤碼率、傳輸?shù)奈募?、信道編碼方式、數(shù)據(jù)幀長(zhǎng)、最大重傳次數(shù)等參數(shù)，發(fā)送文件；3)觀察傳輸文件所消耗的時(shí)間以及重傳次數(shù)，返回步驟2重設(shè)參數(shù)；4)折ACL鏈路；5)結(jié)束；B路的步驟為1)A、B端已建立ACL鏈路；2)觀察接收文件的錯(cuò)誤比特?cái)?shù)；3)折ACL鏈路；4)結(jié)束。
全文摘要
基于微功率無(wú)線傳輸?shù)耐ㄐ偶夹g(shù)教學(xué)實(shí)驗(yàn)方法及裝置主要應(yīng)用于通信技術(shù)實(shí)驗(yàn)課程，涉及短距離無(wú)線通信技術(shù)的教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置及方法。該裝置包括藍(lán)牙模塊1、PCM編解碼電路2、電平轉(zhuǎn)換電路3、電源4、天線5、串行接口6、USB接口7、耳機(jī)/麥克風(fēng)8，其中以藍(lán)牙模塊1為中心，其天線端接天線5、其RS232口接電平轉(zhuǎn)換電路3、其USB端接USB接口7、其PCM碼流端接PCM編解碼電路2；PCM編解碼電路2的模擬語(yǔ)音輸出端接耳機(jī)/麥克風(fēng)8；電平轉(zhuǎn)換電路3還與串行接口6相接。本發(fā)明具有與微機(jī)系統(tǒng)緊密結(jié)合、可參與性強(qiáng)、具備研發(fā)拓展性的方法及裝置。
文檔編號(hào)G09B25/00GK1431637SQ03112
公開(kāi)日2003年7月23日 申請(qǐng)日期2003年1月24日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月24日
發(fā)明者徐平平, 宋鐵成, 沈連豐, 肖婕, 鮑淑娣 申請(qǐng)人:東南大學(xué), 南京東大移動(dòng)互聯(lián)技術(shù)有限公司