Bluetooth

BluetoothBluetooth

Ein Standard für die drahtlose Kommunikation im Nahbereich

2001 Kai Grießhammer, Markus Tornau, Derk Wesemann

Seminarbeitrag zur Vorlesung Funksysteme an der FH Lippe

Geschichte und EntwicklungGeschichte und Entwicklung

Bluetooth ist eine Technologie zur Verbindung von mobilen Geräten untereinander und mit dem PC

Wesentliches Ziel ist der Ersatz bestehender Kabelverbindungen sowie oftmals damit verbundene Inkompatibilität

Fachhochschule Lippe

Geschichte und EntwicklungGeschichte und Entwicklung

Die Idee zu Bluetooth entstand im Jahre 1984 bei der Firma Ericsson

Im Jahre 1998 gründete Ericsson zusammen mit IBM, Intel, Nokia und Toshiba die sog. Bluetooth-Special-Interest-Group, kurz S.I.G.

Im Juli 1999 wurde die Spezifikation 1.0 vorgestellt


Technische Technische SpezifikationenSpezifikationen

Bluetooth arbeitet im ISM-Band bei 2,4 GHz

In USA und Europa: 2,400 – 2,4835 GHz

In Frankreich: 2,4465 – 2,4835 GHz

Klasse 1..........................100 mW (20dBm)

Bluetooth-Sender werden in 3 Leistungsklassen unterschieden:

Klasse 2...........................2,4 mW ( 4dBm)

Klasse 3..............................1 mW ( 0dBm)



Als Modulationsart wird GFSK verwendet ( = Gauss Frequency Key Shifting )

Der binäre Wert „1“ ist einer positiven, der „0“-Wert einer negativen Frequenzabweichung zugeordnet

Der Nulldurchgangsfehler bei einem Symbol sollte weniger als 1/8 der Symbollänge betragen




FrequenztoleranzenFrequenztoleranzen

Die Mittenfrequenz des Trägersignals hat eine maximale Toleranz von +/- 75 kHz

Der zulässige Frequenzdrift während der Übertragung eines Datenpaketes ist abhängig von der Anzahl der Frequenzsprünge während der Übertragung

Ein Frequenzsprung..........................+/- 25 kHz

Zwei oder mehr Frequenzsprünge......+/- 40 kHz

Maximale Driftrate............................400 Hz/µs



Anforderungen für einen Bluetooth-Empfänger:Empfindlichkeit besser als –70dBm, bezogen auf die

jeweilige Leistungsklasse des Senders

Benötigte Signal-Interferenzabstände:

Bitfehlerrate <0,1 %


FrequenzsprungverhaltenFrequenzsprungverhalten

Sendefrequenz 2,402 bis 2,480 GHz, somit entstehen 79 Frequenzstufen mit jeweils 1MHz Abstand (in Frankreich nur 22 Frequenzstufen)

Max. 1600 Frequenzsprünge pro Sekunde, jeder Zeitschlitz ist 625µs lang

Pro Sprung wird ein Datenpaket mit 1 Mbit/s übertragen


FrequenzsprungverhaltenFrequenzsprungverhalten



Optionale Komponente: RSSI

( Reciever Strenght Signal Indicator )

Der RSSI vergleicht die Eingangssignalleistung mit zwei Leistungspegeln, die die optimale Empfangssignalleistung definieren und gibt bei verlassen dieses Bereiches ein entsprechendes Signal an den Sender, um dessen Leistung zu erhöhen oder zu verringern


SystemarchitekturSystemarchitektur

Bis zu 8 Kommunikationsgeräte bilden ein sog. Piconet

Bis zu 10 Piconets bilden ein sog. Scatternet

Es können sowohl Punkt-zu-Punkt-Verbindungen als auch Multipunkt-Verbindungen aufgebaut werden





Jedes Bluetooth-Gerät besteht HF-Sender/Empfänger sowie einem Prozessor mit Rechnerschnittstelle

Bluetooth unterstützt einen asynchronen Kanal sowie drei synchrone Kanäle zur Übertragung

Für den Vollduplex-Betrieb wird Time-Division-Duplex (TDD) verwendet


Asynchrone ÜbertragungAsynchrone Übertragung

Zur Verfügung stehen Maximal 7 Kanäle pro Piconet

Übertragungsgeschwindigkeit

432,6 kBit/s in beide Richtungen (symmetrisch)

oder721 kBit/s und 57,6 kBit/s für die Rückrichtung (asymmetrisch)


Synchrone ÜbertragungSynchrone Übertragung

Pro Piconet stehen 3 Kanäle zur Verfügung mit jeweils 64 kBit/s

Hauptanwendung dieser Übertragungsart: Freisprecheinrichtungen


Synchrone ÜbertragungSynchrone Übertragung


Software und ProtokolleSoftware und Protokolle

Basisband-Protokoll

Steuert Timing und Struktur der einzelnen Datenpakete, Audio- und Videodaten könne direkt verarbeitet werden

Link Manager

Erkennt Geräte im Empfangsbereich und verwaltet die einzelnen Zustände der Verbindungen


Software und ProtokolleSoftware und Protokolle

RFCOMM

Simuliert für angeschlossene Komponenten eine RS 232-Schnittstelle

TCP/IP

Notwendig, um Bluetooth-Komponenten in vorhandene LAN einzugliedern


Hardware-RealisierungHardware-Realisierung


Bluetooth-fähige Bluetooth-fähige EndgeräteEndgeräte

3080

210

470

780

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

2002 2003 2004 2005 2006

J ahr

Mill

ione

n

Quelle: Funkschau


Weltmarkt für Bluetooth-GeräteWeltmarkt für Bluetooth-Geräte

1,296,2

237,5

518,4

850,7

1014,21122,6

0

200

400

600

800

1000

1200

2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007

J ahr

Stü

ck (M

illio

nen)

Quelle: Funkschau


InvestitionsbereitschaftInvestitionsbereitschaft

32,8

44,4

20 18,2

67,2

56,6

80 81,8

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

Pro

zent

Antwort "J a"Antwort "Nein"

Weltweit Europa Asien USA

Quelle: Funkschau


Vor- und NachteileVor- und Nachteile

Vorteile :

Vereinfachung der PC-Peripherie-Anbindung

Problemlose Kurzstrecken-Kommunikation für mobile Anwendungen

Nachteile :

Zur Zeit hoher Kostenaufwand

Kanalkapazität max. 1 Mbit/s

Viele Vorankündigungen, aber dennoch bis jetzt wenig Endgeräte


LiteraturverzeichnisLiteraturverzeichnis

www.bluetooth.comCore specification of the bluetooth system – Technische Dokumentation

www.ars2000.comDeutschsprachige Dokumentation der Firma ARS Software GmbH

C‘T Heft 9-2001Marktübersicht und Gerätetests

Funkschau

Statistiken und Diagramme


Wir bedanken uns bei ...Wir bedanken uns bei ...

Sony-Ericsson für eine wirklich allumfassende Bluetooth-Dokumentation – auf Englisch und 1084 Seiten lang ...

der Bibliothek der FH für die Geduld ihrer Mitarbeiter/-innen

Jacob‘s, Onko, Dallmayr & co. Für das erfolgreiche Unterdrücken der Ich-schlaf-gleich-ein-Phasen

...und natürlich allen Zuhörern !Fachhochschule Lippe

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