Bluetooth的过去与未来

作者email: lwj2963@21cn.com 摘要 本文介绍了蓝牙技术的起源、特点以及技术优势。分析了蓝牙技术的应用与未来发展，并对基于BRF6100芯片的Bluetooth解决方案的性能和优势进行了探讨。 关键字 Bluetooth, 射频技术 ，CMOS，无线上网 一 引言 今后，不仅无线上网将成为上网的主要方式，而且人们随身携带的各种便携式设备也将连接成无线网络，给我们提供无比方便。我们随身携带的便携式设备很多，有移动电话、PDA(个人数字助手)、笔记本电脑、数码相机、便携式游戏机、便携式MP3播放机、手表等等。最初，人们把笔记本电脑同移动电话有线连接，通过移动电话无线上网。后来PDA可以同移动电话连接而实现无线上网。现在正实现以移动电话为中心，各种设备连接成无线网络而实现无线上网。这样，人们只要把移动电话放在口袋里，笔记本电脑、PDA等便可上网浏览，还可以用于收发电子邮件；收到新的电子邮件时，手表可以边响起歌曲边产生振动进行通知；通过移动电话人们还可以把音乐数据自动下载到MP3播放机上，再通过无线耳机欣赏音乐。 这种把个人携带的设备无线连接成的网络叫做个人局域网(PAN)。它以移动电话作为信息网关，使各种便携设备之间可以交换内容。现在这种PAN已不是设想，随着“蓝牙(Bluetooth)”技术的实用，PAN正在变为现实。 1．蓝牙的由来、特点和意义　 蓝牙是由瑞典爱立信等5家公司开展标准化活动而提出的近距离无线(2.4GHz)数据通信技术，现在正进入实用阶段。----1998年5月，爱立信、IBM、Intel、诺基亚、东芝等5家公司开始进行近距离无线通信技术的标准化活动。其目标是实现最高数据传输速度1Mb/s(有效传输速度为721kb/s)、最大传输距离达10米，用户不必经过允许便可利用2.4GHz的ISM(工业、科学、医学)频带，在其上设立79个带宽为1MHz的信道，用每秒钟切换1600次的频率、滚齿(hobbing)方式的频谱扩散技术来实现电波的收发。这也就是蓝牙技术的由来和特点。 使用蓝牙技术进行通信的设备，分为决定频率滚齿模式的“主叫方”和它的通信对手“受取方”。主叫方可同时与7台受取方通信。因此可以把主叫方连同7台受取方共8台设备连接成名为Piconet(锯齿网)的子网。Piconet内的受取方可以同时作为两个以上Piconet的受取方。----1999年7月，蓝牙公布了正式规格BluetoothVersion1.0。遵从这一规格的移动电话和笔记本电脑将于1999年底或2000年初上市。声称要把蓝牙技术产品化的企业正与日俱增，目前蓝牙标准化团体“BluetoothSIG(特别兴趣组合)”的成员企业数已增加到800家以上。 为了使蓝牙得到普及，使用蓝牙技术的厂家关心两个问题，一是使收发设备低价格化，二是国家对可利用频率带宽的规定。这两个问题是推广蓝牙的关键。 由于采用了低的数据传输速度和传输距离，因此蓝牙相应设备可以实现低价格化、低耗电化。每个模块刚推出时估计为20～30美元，随着大量生产和采用高频CMOS技术，2001年其价格可降到每个5美元。关于频率带宽的规定，各国政府也在积极进行放宽对2.4GHz频带使用的限制。 二 技术特点 蓝牙是一个开放性的、短距离无线通信技术标准。它可以用来在较短距离内取代目前多种线缆连接方案，穿透墙壁等障碍，通过统一的短距离无线链路，在各种数字设备之间实现灵活、安全、低成本、小功耗的话音和数据通信。 蓝牙技术规范包括协议和应用规范两个部分。整个蓝牙协议体系结构可分为4层，即核心协议层、线缆替代协议层、电话控制协议层和采纳的其它协议层。 蓝牙涉及一系列软硬件技术、方法和理论，包括无线通信与网络技术，软件工程、软件可靠性理论，协议的正确性验证、形式化描述和一致性与互联测试技术，嵌入式实时操作系统，跨平台开发和用户界面图形化技术，软硬件接口技术以及高集成、低功耗芯片技术。1.射频技术 2.基带 3.TDMA结构 4.跳频技术 5.网络特性 6.全球性地址 7.协议分层 8.安全性 。 蓝牙系统一般由天线单元、链路控制（固件）单元、链路管理（软件）单元和蓝牙软件（协议栈）单元四个功能单元组成。 1.天线单元 2.链路控制（硬件）单元 3.链路管理（软件）单元 4.软件（协议栈）单元 。 蓝牙设备依靠专用的蓝牙微芯片使设备在短距离范围内发送无线电信号，来寻找另一个蓝牙设备。一旦找到，相互之间便开始通信。目前，蓝牙的研制者主要寻求其ASIC的解决方案，包括射频和基带部分。现在已有多种将基带ASIC电路和射频ASIC电路做成一个电路模块的方案，预计很快将会进入批量生产的阶段。蓝牙系统的通信协议大部分可用软件来实现，加载到Flash RAM中即可进行工作。 三、应用和发展趋势 1）开拓无线连接的新用途：现在许多手表厂家、游戏厂家都加入了蓝牙SIG，表明了他们都要采用蓝牙技术。日本卡西欧公司便声称，他们的数码相机、手表等许多产品，今后都将使用蓝牙技术；在第三代移动通信中显身手：日本将在2001年3月开始第三代移动通信(WCDMA)服务，NTT正在研究在用于这一服务的移动电话中使用蓝牙技术。1999年5月，在东京举行的“99商品展览会”上，厂家展出了WCDMA移动电话的各种型号样机，其中许多型号的接收部分同手持部分相互分开，人们猜想这也许就是要用于使用蓝牙技术的无线通信。 蓝牙也将用在笔记本电脑上：综合爱立信、Intel、Dataquest、VLSITechnology等公布的资料，我们预计到2002年时，使用蓝牙技术的移动电话将达到2.5亿台，使用蓝牙技术的PCMCIA卡和Modem等外围设备将达到1.5亿台，使用蓝牙技术的个人机将达到2500万台；半导体厂家加入有利于降价：除了机器厂家外，半导体厂家也在加入这一领域，这将有助于使收发模块降低价格。大厂家的加入，将使移动电话采用的LSI实现通用化和单芯片化；加快蓝牙普及的一个重要因素是现在已有的红外通信技术IrDA(红外数据联盟)，蓝牙无疑要尽量沿用IrDA的软件资源：蓝牙SIG已经发表了采用IrDA的对象交换协议(OBEX)。采用OBEX的应用软件可以不关心机器和方式的不同，因而各种各样的对象都可以进行交换。现在业界正在讨论蓝牙同IrDA上层协议通用化的问题。例如当双方对话层协议采用IrDA制定的OBEX时，便可共享同样的应用软件。此外，在蓝牙的网络层和传输层RFComm也可以使用IrDA的用以转送图像文档的协议IrTranP。 日本卡西欧已在1999年3月于德国举行的“CeBIT’99”展览会上，进行了使用IrTranP转送图像文档的表演，结合使用TrTranP和蓝牙技术，人们便可在移动电话和数码相机之间进行图像文档的转送。数码相机中的图像经由公共移动电话网送到移动电话上，再通过IrDA在笔记本式机的屏幕上显示出来，整个过程用了40秒，主要时间是用在公共移动电话网上进行数据通信。这种方法下层分别使用蓝牙和IrDA，上层沿用现有的IrDA协议。 2）蓝牙发展趋势可以概括以下几点：第一，小型企业吸引资金，投资者寻找有发展前途的小型企业，目的是共同在技术上找到突破点，使价格降下来。第二，解决蓝牙的互操作性问题，目前的产品一致性测试都已经没问题，但是无法互通，蓝牙只有成为无线通信的世界语才有意义，目前的2164个成员就显得单薄。第三，对国内的企业来说，关键的是要找到开发应用的目标，有针对地开发出创新的应用产品，避免与国外企业的冲突。第四，考虑蓝牙与其他技术的共存性，蓝牙只是WPAN中重要的技术，有起局限性，WPAN网的实现需要几种技术的结合完成，大的公司往往不仅参与一个标准、一项技术的开发，比如英特尔，既参加蓝牙，又参加IEEE802，HOMERF等。第五，从技术上讲，蓝牙要向单芯片方向发展，目前已经有所突破。第六，蓝牙与其他相同标准的干扰的解决、蓝牙的耗电、蓝牙的体积等等方面有所突破。 我国的产业界和有识之士应当在蓝牙发展中勇当先锋，敢于创新，因为我们经过多年的经济持续稳定地增长，有了相当的物质和人才基础，应该在蓝牙的发展中有所作为。 四 基于BRF6100芯片的Bluetooth解决方案 TI公司的BRF6100 是形成一个完整的Bluetooth无线通信单位的高度集成了CMOS的Bluetooth解决方案。 这个设计集成了 Bluetooth 基带，射频，內存和提高性能的处理芯片, 降低了成本而且获得最小的板空间。 BRF6100 是数字射频的首次迭代,在提供比模拟射频更可观优势的射频技术的革命。这些包括减少处理变化的磁化系数,增加可测性, 改良的效率,低功耗 , 易与基带和射频的集成,而且最终降低成本。 BRF6100单片解决方案如下 工艺: 0.13u CMOS、最高25mA的电流消耗、整合的射频开关、支持3,15.36,16.8,19.2,19.44,19.8,26,38.44(MHz)。 所有的单位时钟的完整传输量 (723.2K bps)，结构化的全球异步接收器获取了单位时钟的所有PC全球异步接收器率。 灵敏度: -85 dBm，1.7-3.6 供给电压。 -40:+85摄氏度的工作温度达到七个活跃驱动器, 一个声道25mA深入电流。 BRF6100 单片适用于低成本,大量应用例如手提的移动设备，它的性能和空间是最具决定性的。 当利用起为射频数字处理而设计的独特的高效处理性能的时候 , 先进的结构支持起TI0.13μCMOS工艺。 高度的集成允许解决方案的形成因素下降90mm2，这经过以动力管理， PLL ，回路滤波器，天线开关，滤波器和其他相似功能的集成被使用Bluetooth芯片的外部。 此外BRF6100芯片还有其他方面的应用。例如：GPRS