bluetooth關(guān)鍵技術(shù)的分析及其產(chǎn)品開發(fā)的體會(huì)

1 藍(lán)牙技術(shù)產(chǎn)生與發(fā)展背景的分析
自上世紀(jì)末以來(lái)，信息產(chǎn)業(yè)保持著迅猛的發(fā)展勢(shì)頭，特別是通信和計(jì)算機(jī)技術(shù)，已滲透到各行各業(yè)和人們生活的各個(gè)角落。因特網(wǎng)的發(fā)展使人們似乎一刻也不愿意脫離“網(wǎng)絡(luò)”，人們期望能夠?qū)⒕W(wǎng)絡(luò)隨身攜帶，亦即使用一種廉價(jià)的無(wú)線方法，隨時(shí)隨地實(shí)現(xiàn)多媒體傳輸，這就使得寬帶無(wú)線通信成為新的熱點(diǎn)。但由于頻率資源的不可再生性，使得寬帶和大容量成為一對(duì)主要矛盾，任何可在低成本前提下有效解決這對(duì)矛盾的方案，都會(huì)引起人們極大的興趣，其中小范圍應(yīng)用具有代表性，比較典型的成果有：以無(wú)線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）為典型應(yīng)用的ＩＥＥＥ 802.11和ＨｉｐｅｒＬＡＮ；由“家用射頻工作組”(ＨＲＦＷＧ, Ｈｏｍｅ Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｗｏｒｋｉｎｇ Ｇｒｏｕｐ)提出的以家庭應(yīng)用為主要背景的“共享無(wú)線訪問(wèn)協(xié)議”(ＳＷＡＰ, Ｓｈａｒｅｄ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ａｃｃｅｓｓ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ)；由Ｅｒｉｃｓｓｏｎ等公司發(fā)起成立的“藍(lán)牙特別興趣組”(ＢＳＩＧ,Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ Ｓｐｅｃｉａｌ Ｉｎｔｅｒｅｓｔ Ｇｒｏｕｐ)并提出的“藍(lán)牙系統(tǒng)”（Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ Ｓｙｓｔｅｍ）等。這些系統(tǒng)大多采用跳頻技術(shù)，工作在2.4ＧＨｚ或5ＧＨｚ以上頻段，雖然其標(biāo)準(zhǔn)目前還在不斷修改，但已展現(xiàn)出強(qiáng)大的生命力，國(guó)際上一流的通信公司、計(jì)算機(jī)公司和軟件公司一方面協(xié)作攻關(guān)，另一方面也正如火如荼地展開競(jìng)爭(zhēng)。
從網(wǎng)絡(luò)的角度來(lái)看，繼廣域網(wǎng)(ＷＡＮ，Ｗｉｎｄ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ或城域網(wǎng);ＭＡＮ,Ｍｅｔｒｏｐｏｌｉｔａｎ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ)、局域網(wǎng)（ＬＡＮ，Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）之后，人們又提出了“無(wú)線個(gè)人域網(wǎng)”（ＷＰＡＮ,Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）。這一新概念非常受人矚目，1999年為此專門成立的ＩＥＥＥ 802.15現(xiàn)下設(shè)4個(gè)工作組，專職研究有關(guān)協(xié)議及協(xié)調(diào)現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)與ＷＰＡＮ的互存性問(wèn)題。
比較而言， Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ系統(tǒng)更具有代表性，它正根據(jù)ＷＰＡＮ的概念向前發(fā)展，且與ＷＰＡＮ的概念相輔相成，成為ＷＰＡＮ的一個(gè)雛形。事實(shí)上，ＷＰＡＮ及其代表的小范圍應(yīng)用有著巨大的市場(chǎng)潛力，它和大范圍快速移動(dòng)情況下的應(yīng)用相輔相成，互為補(bǔ)充，對(duì)發(fā)展國(guó)民經(jīng)濟(jì)和提高人們生活水平都具有重要的意義。從某種意義上說(shuō)，前者的市場(chǎng)潛力可能更巨大，因?yàn)檫@種應(yīng)用可在小范圍內(nèi)將各種移動(dòng)通信設(shè)備、固定通信設(shè)備、計(jì)算機(jī)及其終端設(shè)備、各種數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)系統(tǒng)甚至各種家用電器，使用廉價(jià)的無(wú)線方法建立它們之間的信息傳輸，涉及到的設(shè)備面廣量大，容易形成新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)，其迅猛發(fā)展是必然的。
2 藍(lán)牙技術(shù)特點(diǎn)和關(guān)鍵技術(shù)的分析
從總體上看，Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ有如下特點(diǎn)。
· 工作在2.4ＧＨｚ的ＩＳＭ(Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ Ｍｅｄｉｃｉｎｅ)頻段，大多數(shù)國(guó)家使用79個(gè)頻道，載頻為2402＋ｋＭＨｚ (ｋ ＝ 0,1,…,78)，信道間隔1ＭＨｚ。
· 最大發(fā)射功率分為3個(gè)等級(jí)，分別是：100ｍＷ(20ｄＢｍ)，2.5ｍＷ (4ｄＢｍ) 和1ｍＷ(0ｄＢｍ)，在4～20ｄＢｍ范圍內(nèi)要求采用功率控制。
· 調(diào)制方式為ＢＴ＝0.5的ＧＦＳＫ，調(diào)制指數(shù)為0.28～0.35。
· 符號(hào)速率為1Ｍｂｉｔ／ｓ。
· 按每時(shí)隙625μｓ劃分信道；全雙工通信時(shí)，采用ＴＤＤ方式。
· 信道上信息以數(shù)據(jù)包的形式發(fā)送；支持電路交換和分組交換，支持多個(gè)異步數(shù)據(jù)信道或多達(dá)3個(gè)并發(fā)的同步話音信道，或同時(shí)傳送一個(gè)同步話音和一個(gè)或多個(gè)異步數(shù)據(jù)的信道。
· 每個(gè)話音信道支持64ｋｂｉｔ／ｓ的同步語(yǔ)音；異步信道支持最大921ｋｂｉｔ／ｓ、反向信道達(dá)57.6ｋｂｉｔ／ｓ的非對(duì)稱連接，或432ｋｂｉｔ／ｓ的對(duì)稱連接。
由此可見，Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ采用了ＣＤＭＡ和ＴＤＭＡ的混合多址方式，跳頻、ＴＤＤ和ＧＦＳＫ調(diào)制方式使得它的射頻電路較為簡(jiǎn)單，通信協(xié)議的大部分內(nèi)容可以用專用集成電路和軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，從技術(shù)上保證了其設(shè)備的高性能和低成本。因此，Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ將具有設(shè)備簡(jiǎn)單，體積小、價(jià)格便宜和工作穩(wěn)定等特點(diǎn)。
但是，到目前為止，Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ并沒(méi)有干擾躲避機(jī)制，跳頻的抗干擾能力和潛力尚未發(fā)揮出來(lái)；1Ｍｂｉｔ／ｓ的速率在多媒體應(yīng)用中尚有諸多不利。這兩個(gè)主要的問(wèn)題已引起各方面的重視。
3 廣泛的應(yīng)用
Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ的基本出發(fā)點(diǎn)是使其設(shè)備能夠在全球范圍內(nèi)應(yīng)用于任意的小范圍通信。根據(jù)通信協(xié)議，各種Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ設(shè)備無(wú)論在任何地方，都可以通過(guò)人工或自動(dòng)查詢來(lái)發(fā)現(xiàn)其他Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ設(shè)備，從而構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)提供的各種功能。目前，Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ的標(biāo)準(zhǔn)提供以下應(yīng)用：一般接入、服務(wù)發(fā)現(xiàn)協(xié)議、無(wú)繩電話、對(duì)講系統(tǒng)、串口、耳機(jī)、撥號(hào)網(wǎng)絡(luò)、傳真、局域網(wǎng)訪問(wèn)、通用對(duì)象交換、對(duì)象推入、文件傳輸和同步應(yīng)用。由此可見，Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ可使蜂窩移動(dòng)電話系統(tǒng)、無(wú)繩通信系統(tǒng)、無(wú)線局域網(wǎng)和因特網(wǎng)等現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)增添新功能，使各類計(jì)算機(jī)、傳真機(jī)、打印機(jī)乃至各種室內(nèi)電子、信息和電器設(shè)備增添無(wú)線傳輸和組網(wǎng)的功能，應(yīng)用空間極為廣闊。根據(jù)我們的體會(huì)，Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ產(chǎn)品將會(huì)較快地和如下設(shè)備或系統(tǒng)融為一體：各種電話系統(tǒng)、車載通信設(shè)備、無(wú)線電纜和ＷＬＡＮ、無(wú)線公文包、各類數(shù)字電子設(shè)備、電子商務(wù)、信息家電、工業(yè)控制、智能化建筑物、各種特殊場(chǎng)合應(yīng)用等。
4 藍(lán)牙產(chǎn)品的研制
東南大學(xué)移動(dòng)通信國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室從1998年開始跟蹤藍(lán)牙技術(shù)，是我國(guó)最早參加ＳＩＧ的單位之一，也是ＳＩＧ中國(guó)工作組ＴＦ9的成員單位。
1999年，東南大學(xué)移動(dòng)通信國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室與香港政府獨(dú)資的“通訊科技中心有限公司”簽署了“藍(lán)牙系統(tǒng)的ＡＳＩＣ解決方案系統(tǒng)軟件的研制”合作協(xié)議，共同完成香港特區(qū)政府創(chuàng)新科技基金（ＩＴＦ）項(xiàng)目“藍(lán)牙系統(tǒng)的ＡＳＩＣ解決方案”。至2001年4月，已完成了兩個(gè)版本協(xié)議棧的研制，2001年6月通過(guò)了江蘇省科技廳組織的成果鑒定，目前正尋求ＳＩＧ的認(rèn)證。2000年度，江蘇省科技廳對(duì)藍(lán)牙產(chǎn)品的研究開發(fā)課題給予強(qiáng)有力的支持，移動(dòng)通信國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室承擔(dān)了江蘇省“十五”優(yōu)先啟動(dòng)重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目“ＣＤＭＡ無(wú)線接入系統(tǒng)”，開發(fā)ＰＳＴＮ網(wǎng)關(guān)、局域網(wǎng)接入設(shè)備及有關(guān)終端設(shè)備等藍(lán)牙產(chǎn)品，工作進(jìn)展順利。從2001年4月開始，實(shí)驗(yàn)室還作為中國(guó)電子器材深圳公司的技術(shù)支持單位，與之進(jìn)行了多方面的合作，目前雙方正在進(jìn)行“基于Ｅｒｉｃｓｓｏｎ藍(lán)牙模塊的藍(lán)牙系統(tǒng)演示及開發(fā)平臺(tái)的研制”項(xiàng)目。另外，從 1999年年底開始，我們還承擔(dān)了教育部科學(xué)技術(shù)研究重點(diǎn)項(xiàng)目“復(fù)雜環(huán)境下跳頻多媒體通信關(guān)鍵技術(shù)的研究”；2000年，“ＷＰＡＮ環(huán)境下寬帶高速跳頻系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的研究”項(xiàng)目得到國(guó)家自然科學(xué)基金的資助；從2001年2月開始，我們與Ｍｏｔｏｒｏｌａ中國(guó)軟件中心合作進(jìn)行“ＨｉｐｅｒＬＡＮ／2關(guān)鍵算法的研究”項(xiàng)目。這些項(xiàng)目使我們掌握了藍(lán)牙系統(tǒng)、無(wú)線局域網(wǎng)和無(wú)線個(gè)人域網(wǎng)的有關(guān)基礎(chǔ)理論，并圍繞實(shí)時(shí)優(yōu)化問(wèn)題，對(duì)若干算法進(jìn)行了深入研究，對(duì)于下一步的發(fā)展將起到積極作用。
下面簡(jiǎn)單介紹藍(lán)牙ＰＳＴＮ網(wǎng)關(guān)和局域網(wǎng)接入點(diǎn)設(shè)備的研制情況。
藍(lán)牙電話網(wǎng)關(guān)是應(yīng)用模型中定義的無(wú)繩電話模型(Ｃｏｒｄｌｅｓｓ Ｔｅｌｅｐｈｏｎｙ Ｐｒｏｆｉｌｅ)的關(guān)鍵設(shè)備，其示意圖如圖1所示。

藍(lán)牙局域網(wǎng)接入點(diǎn)是藍(lán)牙應(yīng)用模型中局域網(wǎng)接入模型(ＬＡＮ Ａｃｃｅｓｓ Ｐｒｏｆｉｌｅ)的關(guān)鍵設(shè)備，其示意圖如圖2所示。它可使藍(lán)牙終端隨時(shí)隨地?zé)o線上網(wǎng)，免去了連接網(wǎng)線的麻煩。
對(duì)于上述兩種應(yīng)用，我們已經(jīng)研制出模型樣機(jī)