Bluetooth的過去與未來

作者email: lwj2963@21cn.com

摘要 本文介紹了藍(lán)牙技術(shù)的起源、特點以及技術(shù)優(yōu)勢。分析了藍(lán)牙技術(shù)的應(yīng)用與未來發(fā)展，并對基于BRF6100芯片的Bluetooth解決方案的性能和優(yōu)勢進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵字 Bluetooth, 射頻技術(shù) ，CMOS，無線上網(wǎng)

一 引言

今后，不僅無線上網(wǎng)將成為上網(wǎng)的主要方式，而且人們隨身攜帶的各種便攜式設(shè)備也將連接成無線網(wǎng)絡(luò)，給我們提供無比方便。我們隨身攜帶的便攜式設(shè)備很多，有移動電話、PDA(個人數(shù)字助手)、筆記本電腦、數(shù)碼相機、便攜式游戲機、便攜式MP3播放機、手表等等。最初，人們把筆記本電腦同移動電話有線連接，通過移動電話無線上網(wǎng)。后來PDA可以同移動電話連接而實現(xiàn)無線上網(wǎng)?，F(xiàn)在正實現(xiàn)以移動電話為中心，各種設(shè)備連接成無線網(wǎng)絡(luò)而實現(xiàn)無線上網(wǎng)。這樣，人們只要把移動電話放在口袋里，筆記本電腦、PDA等便可上網(wǎng)瀏覽，還可以用于收發(fā)電子郵件；收到新的電子郵件時，手表可以邊響起歌曲邊產(chǎn)生振動進(jìn)行通知；通過移動電話人們還可以把音樂數(shù)據(jù)自動下載到MP3播放機上，再通過無線耳機欣賞音樂。

這種把個人攜帶的設(shè)備無線連接成的網(wǎng)絡(luò)叫做個人局域網(wǎng)(PAN)。它以移動電話作為信息網(wǎng)關(guān)，使各種便攜設(shè)備之間可以交換內(nèi)容?，F(xiàn)在這種PAN已不是設(shè)想，隨著“藍(lán)牙(Bluetooth)”技術(shù)的實用，PAN正在變?yōu)楝F(xiàn)實。

1．藍(lán)牙的由來、特點和意義　

藍(lán)牙是由瑞典愛立信等5家公司開展標(biāo)準(zhǔn)化活動而提出的近距離無線(2.4GHz)數(shù)據(jù)通信技術(shù)，現(xiàn)在正進(jìn)入實用階段。----1998年5月，愛立信、IBM、Intel、諾基亞、東芝等5家公司開始進(jìn)行近距離無線通信技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化活動。其目標(biāo)是實現(xiàn)最高數(shù)據(jù)傳輸速度1Mb/s(有效傳輸速度為721kb/s)、最大傳輸距離達(dá)10米，用戶不必經(jīng)過允許便可利用2.4GHz的ISM(工業(yè)、科學(xué)、醫(yī)學(xué))頻帶，在其上設(shè)立79個帶寬為1MHz的信道，用每秒鐘切換1600次的頻率、滾齒(hobbing)方式的頻譜擴(kuò)散技術(shù)來實現(xiàn)電波的收發(fā)。這也就是藍(lán)牙技術(shù)的由來和特點。

使用藍(lán)牙技術(shù)進(jìn)行通信的設(shè)備，分為決定頻率滾齒模式的“主叫方”和它的通信對手“受取方”。主叫方可同時與7臺受取方通信。因此可以把主叫方連同7臺受取方共8臺設(shè)備連接成名為Piconet(鋸齒網(wǎng))的子網(wǎng)。Piconet內(nèi)的受取方可以同時作為兩個以上Piconet的受取方。----1999年7月，藍(lán)牙公布了正式規(guī)格BluetoothVersion1.0。遵從這一規(guī)格的移動電話和筆記本電腦將于1999年底或2000年初上市。聲稱要把藍(lán)牙技術(shù)產(chǎn)品化的企業(yè)正與日俱增，目前藍(lán)牙標(biāo)準(zhǔn)化團(tuán)體“BluetoothSIG(特別興趣組合)”的成員企業(yè)數(shù)已增加到800家以上。

為了使藍(lán)牙得到普及，使用藍(lán)牙技術(shù)的廠家關(guān)心兩個問題，一是使收發(fā)設(shè)備低價格化，二是國家對可利用頻率帶寬的規(guī)定。這兩個問題是推廣藍(lán)牙的關(guān)鍵。

由于采用了低的數(shù)據(jù)傳輸速度和傳輸距離，因此藍(lán)牙相應(yīng)設(shè)備可以實現(xiàn)低價格化、低耗電化。每個模塊剛推出時估計為20～30美元，隨著大量生產(chǎn)和采用高頻CMOS技術(shù)，2001年其價格可降到每個5美元。關(guān)于頻率帶寬的規(guī)定，各國政府也在積極進(jìn)行放寬對2.4GHz頻帶使用的限制。

二 技術(shù)特點

藍(lán)牙是一個開放性的、短距離無線通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。它可以用來在較短距離內(nèi)取代目前多種線纜連接方案，穿透墻壁等障礙，通過統(tǒng)一的短距離無線鏈路，在各種數(shù)字設(shè)備之間實現(xiàn)靈活、安全、低成本、小功耗的話音和數(shù)據(jù)通信。

藍(lán)牙技術(shù)規(guī)范包括協(xié)議和應(yīng)用規(guī)范兩個部分。整個藍(lán)牙協(xié)議體系結(jié)構(gòu)可分為4層，即核心協(xié)議層、線纜替代協(xié)議層、電話控制協(xié)議層和采納的其它協(xié)議層。

藍(lán)牙涉及一系列軟硬件技術(shù)、方法和理論，包括無線通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，軟件工程、軟件可靠性理論，協(xié)議的正確性驗證、形式化描述和一致性與互聯(lián)測試技術(shù)，嵌入式實時操作系統(tǒng)，跨平臺開發(fā)和用戶界面圖形化技術(shù)，軟硬件接口技術(shù)以及高集成、低功耗芯片技術(shù)。1.射頻技術(shù) 2.基帶 3.TDMA結(jié)構(gòu) 4.跳頻技術(shù) 5.網(wǎng)絡(luò)特性 6.全球性地址 7.協(xié)議分層 8.安全性 。

藍(lán)牙系統(tǒng)一般由天線單元、鏈路控制（固件）單元、鏈路管理（軟件）單元和藍(lán)牙軟件（協(xié)議棧）單元四個功能單元組成。 1.天線單元 2.鏈路控制（硬件）單元 3.鏈路管理（軟件）單元 4.軟件（協(xié)議棧）單元 。

藍(lán)牙設(shè)備依靠專用的藍(lán)牙微芯片使設(shè)備在短距離范圍內(nèi)發(fā)送無線電信號，來尋找另一個藍(lán)牙設(shè)備。一旦找到，相互之間便開始通信。目前，藍(lán)牙的研制者主要尋求其ASIC的解決方案，包括射頻和基帶部分?，F(xiàn)在已有多種將基帶ASIC電路和射頻ASIC電路做成一個電路模塊的方案，預(yù)計很快將會進(jìn)入批量生產(chǎn)的階段。藍(lán)牙系統(tǒng)的通信協(xié)議大部分可用軟件來實現(xiàn)，加載到Flash RAM中即可進(jìn)行工作。

三、應(yīng)用和發(fā)展趨勢

1）開拓?zé)o線連接的新用途：現(xiàn)在許多手表廠家、游戲廠家都加入了藍(lán)牙SIG，表明了他們都要采用藍(lán)牙技術(shù)。日本卡西歐公司便聲稱，他們的數(shù)碼相機、手表等許多產(chǎn)品，今后都將使用藍(lán)牙技術(shù)；在第三代移動通信中顯身手：日本將在2001年3月開始第三代移動通信(WCDMA)服務(wù)，NTT正在研究在用于這一服務(wù)的移動電話中使用藍(lán)牙技術(shù)。1999年5月，在東京舉行的“99商品展覽會”上，廠家展出了W?CDMA移動電話的各種型號樣機，其中許多型號的接收部分同手持部分相互分開，人們猜想這也許就是要用于使用藍(lán)牙技術(shù)的無線通信。

藍(lán)牙也將用在筆記本電腦上：綜合愛立信、Intel、Dataquest、VLSITechnology等公布的資料，我們預(yù)計到2002年時，使用藍(lán)牙技術(shù)的移動電話將達(dá)到2.5億臺，使用藍(lán)牙技術(shù)的PCMCIA卡和Modem等外圍設(shè)備將達(dá)到1.5億臺，使用藍(lán)牙技術(shù)的個人機將達(dá)到2500萬臺；半導(dǎo)體廠家加入有利于降價：除了機器廠家外，半導(dǎo)體廠家也在加入這一領(lǐng)域，這將有助于使收發(fā)模塊降低價格。大廠家的加入，將使移動電話采用的LSI實現(xiàn)通用化和單芯片化；加快藍(lán)牙普及的一個重要因素是現(xiàn)在已有的紅外通信技術(shù)IrDA(紅外數(shù)據(jù)聯(lián)盟)，藍(lán)牙無疑要盡量沿用IrDA的軟件資源：藍(lán)牙SIG已經(jīng)發(fā)表了采用IrDA的對象交換協(xié)議(OBEX)。采用OBEX的應(yīng)用軟件可以不關(guān)心機器和方式的不同，因而各種各樣的對象都可以進(jìn)行交換?，F(xiàn)在業(yè)界正在討論藍(lán)牙同IrDA上層協(xié)議通用化的問題。例如當(dāng)雙方對話層協(xié)議采用IrDA制定的OBEX時，便可共享同樣的應(yīng)用軟件。此外，在藍(lán)牙的網(wǎng)絡(luò)層和傳輸層RFComm也可以使用IrDA的用以轉(zhuǎn)送圖像文檔的協(xié)議IrTranP。

日本卡西歐已在1999年3月于德國舉行的“CeBIT’99”展覽會上，進(jìn)行了使用IrTran?P轉(zhuǎn)送圖像文檔的表演，結(jié)合使用TrTran?P和藍(lán)牙技術(shù)，人們便可在移動電話和數(shù)碼相機之間進(jìn)行圖像文檔的轉(zhuǎn)送。數(shù)碼相機中的圖像經(jīng)由公共移動電話網(wǎng)送到移動電話上，再通過IrDA在筆記本式機的屏幕上顯示出來，整個過程用了40秒，主要時間是用在公共移動電話網(wǎng)上進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。這種方法下層分別使用藍(lán)牙和IrDA，上層沿用現(xiàn)有的IrDA協(xié)議。

2）藍(lán)牙發(fā)展趨勢可以概括以下幾點：第一，小型企業(yè)吸引資金，投資者尋找有發(fā)展前途的小型企業(yè)，目的是共同在技術(shù)上找到突破點，使價格降下來。第二，解決藍(lán)牙的互操作性問題，目前的產(chǎn)品一致性測試都已經(jīng)沒問題，但是無法互通，藍(lán)牙只有成為無線通信的世界語才有意義，目前的2164個成員就顯得單薄。第三，對國內(nèi)的企業(yè)來說，關(guān)鍵的是要找到開發(fā)應(yīng)用的目標(biāo)，有針對地開發(fā)出創(chuàng)新的應(yīng)用產(chǎn)品，避免與國外企業(yè)的沖突。第四，考慮藍(lán)牙與其他技術(shù)的共存性，藍(lán)牙只是WPAN中重要的技術(shù)，有起局限性，WPAN網(wǎng)的實現(xiàn)需要幾種技術(shù)的結(jié)合完成，大的公司往往不僅參與一個標(biāo)準(zhǔn)、一項技術(shù)的開發(fā)，比如英特爾，既參加藍(lán)牙，又參加IEEE802，HOMERF等。第五，從技術(shù)上講，藍(lán)牙要向單芯片方向發(fā)展，目前已經(jīng)有所突破。第六，藍(lán)牙與其他相同標(biāo)準(zhǔn)的干擾的解決、藍(lán)牙的耗電、藍(lán)牙的體積等等方面有所突破。

我國的產(chǎn)業(yè)界和有識之士應(yīng)當(dāng)在藍(lán)牙發(fā)展中勇當(dāng)先鋒，敢于創(chuàng)新，因為我們經(jīng)過多年的經(jīng)濟(jì)持續(xù)穩(wěn)定地增長，有了相當(dāng)?shù)奈镔|(zhì)和人才基礎(chǔ)，應(yīng)該在藍(lán)牙的發(fā)展中有所作為。

四 基于BRF6100芯片的Bluetooth解決方案

TI公司的BRF6100 是形成一個完整的Bluetooth無線通信單位的高度集成了CMOS的Bluetooth解決方案。 這個設(shè)計集成了 Bluetooth 基帶，射頻，卻婧吞岣咝閱艿拇理芯片, 降低了成本而且獲得最小的板空間。

BRF6100 是數(shù)字射頻的首次迭代,在提供比模擬射頻更可觀優(yōu)勢的射頻技術(shù)的革命。這些包括減少處理變化的磁化系數(shù),增加可測性, 改良的效率,低功耗 , 易與基帶和射頻的集成,而且最終降低成本。

BRF6100單片解決方案如下

工藝: 0.13u CMOS、最高25mA的電流消耗、整合的射頻開關(guān)、支持3,15.36,16.8,19.2,19.44,19.8,26,38.44(MHz)。
所有的單位時鐘的完整傳輸量 (723.2K bps)，結(jié)構(gòu)化的全球異步接收器獲取了單位時鐘的所有PC全球異步接收器率。

靈敏度: -85 dBm，1.7-3.6 供給電壓。

-40:+85攝氏度的工作溫度達(dá)到七個活躍驅(qū)動器, 一個聲道25mA深入電流。

BRF6100 單片適用于低成本,大量應(yīng)用例如手提的移動設(shè)備，它的性能和空間是最具決定性的。

當(dāng)利用起為射頻數(shù)字處理而設(shè)計的獨特的高效處理性能的時候 , 先進(jìn)的結(jié)構(gòu)支持起TI0.13μCMOS工藝。 高度的集成允許解決方案的形成因素下降90mm2，這經(jīng)過以動力管理， PLL ，回路濾波器，天線開關(guān)，濾波器和其他相似功能的集成被使用Bluetooth芯片的外部。

此外BRF6100芯片還有其他方面的應(yīng)用。例如：GPRS