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

1 藍牙技術(shù)產(chǎn)生與發(fā)展背景的分析
自上世紀末以來(lái)，信息產(chǎn)業(yè)保持著(zhù)迅猛的發(fā)展勢頭，特別是通信和計算機技術(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 )”，人們期望能夠將網(wǎng)絡(luò )隨身攜帶，亦即使用一種廉價(jià)的無(wú)線(xiàn)方法，隨時(shí)隨地實(shí)現多媒體傳輸，這就使得寬帶無(wú)線(xiàn)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主要矛盾，任何可在低成本前提下有效解決這對矛盾的方案，都會(huì )引起人們極大的興趣，其中小范圍應用具有代表性，比較典型的成果有：以無(wú)線(xiàn)ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）為典型應用的ＩＥＥＥ 802.11和ＨｉｐｅｒＬＡＮ；由“家用射頻工作組”(ＨＲＦＷＧ, Ｈｏｍｅ Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｗｏｒｋｉｎｇ Ｇｒｏｕｐ)提出的以家庭應用為主要背景的“共享無(wú)線(xiàn)訪(fǎng)問(wèn)協(xié)議”(ＳＷＡＰ, Ｓｈａｒｅｄ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ａｃｃｅｓｓ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ)；由Ｅｒｉｃｓｓｏｎ等公司發(fā)起成立的“藍牙特別興趣組”(ＢＳＩＧ,Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ Ｓｐｅｃｉａｌ Ｉｎｔｅｒｅｓｔ Ｇｒｏｕｐ)并提出的“藍牙系統”（Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ Ｓｙｓｔｅｍ）等。這些系統大多采用跳頻技術(shù)，工作在2.4ＧＨｚ或5ＧＨｚ以上頻段，雖然其標準目前還在不斷修改，但已展現出強大的生命力，國際上一流的通信公司、計算機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(kāi)競爭。
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(xiàn)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(zhuān)門(mén)成立的ＩＥＥＥ 802.15現下設4個(gè)工作組，專(zhuān)職研究有關(guān)協(xié)議及協(xié)調現有標準與ＷＰＡＮ的互存性問(wèn)題。
比較而言， Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ系統更具有代表性，它正根據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用有著(zhù)巨大的市場(chǎng)潛力，它和大范圍快速移動(dòng)情況下的應用相輔相成，互為補充，對發(fā)展國民經(jīng)濟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，因為這種應用可在小范圍內將各種移動(dòng)通信設備、固定通信設備、計算機及其終端設備、各種數字數據系統甚至各種家用電器，使用廉價(jià)的無(wú)線(xiàn)方法建立它們之間的信息傳輸，涉及到的設備面廣量大，容易形成新的經(jīng)濟增長(cháng)點(diǎn)，其迅猛發(fā)展是必然的。
2 藍牙技術(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，大多數國家使用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，分別是：100ｍＷ(20ｄＢｍ)，2.5ｍＷ (4ｄＢｍ) 和1ｍＷ(0ｄＢｍ)，在4～20ｄＢｍ范圍內要求采用功率控制。
· 調制方式為ＢＴ＝0.5的ＧＦＳＫ，調制指數為0.28～0.35。
· 符號速率為1Ｍｂｉｔ／ｓ。
· 按每時(shí)隙625μｓ劃分信道；全雙工通信時(shí)，采用ＴＤＤ方式。
· 信道上信息以數據包的形式發(fā)送；支持電路交換和分組交換，支持多個(gè)異步數據信道或多達3個(gè)并發(fā)的同步話(huà)音信道，或同時(shí)傳送一個(gè)同步話(huà)音和一個(gè)或多個(gè)異步數據的信道。
· 每個(gè)話(huà)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57.6ｋｂｉｔ／ｓ的非對稱(chēng)連接，或432ｋｂｉｔ／ｓ的對稱(chēng)連接。
由此可見(jiàn)，Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ采用了ＣＤＭＡ和ＴＤＭＡ的混合多址方式，跳頻、ＴＤＤ和ＧＦＳＫ調制方式使得它的射頻電路較為簡(jiǎn)單，通信協(xié)議的大部分內容可以用專(zhuān)用集成電路和軟件來(lái)實(shí)現，從技術(shù)上保證了其設備的高性能和低成本。因此，Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ將具有設備簡(jiǎn)單，體積小、價(jià)格便宜和工作穩定等特點(diǎn)。
但是，到目前為止，Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ并沒(méi)有干擾躲避機制，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 廣泛的應用
Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ的基本出發(fā)點(diǎn)是使其設備能夠在全球范圍內應用于任意的小范圍通信。根據通信協(xié)議，各種Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ設備無(wú)論在任何地方，都可以通過(guò)人工或自動(dòng)查詢(xún)來(lái)發(fā)現其他Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ設備，從而構成網(wǎng)絡(luò )，實(shí)現系統提供的各種功能。目前，Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ的標準提供以下應用：一般接入、服務(wù)發(fā)現協(xié)議、無(wú)繩電話(huà)、對講系統、串口、耳機、撥號網(wǎng)絡(luò )、傳真、局域網(wǎng)訪(fǎng)問(wèn)、通用對象交換、對象推入、文件傳輸和同步應用。由此可見(jiàn)，Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ可使蜂窩移動(dòng)電話(huà)系統、無(wú)繩通信系統、無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)和因特網(wǎng)等現有網(wǎng)絡(luò )增添新功能，使各類(lèi)計算機、傳真機、打印機乃至各種室內電子、信息和電器設備增添無(wú)線(xiàn)傳輸和組網(wǎng)的功能，應用空間極為廣闊。根據我們的體會(huì )，Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ產(chǎn)品將會(huì )較快地和如下設備或系統融為一體：各種電話(huà)系統、車(chē)載通信設備、無(wú)線(xiàn)電纜和ＷＬＡＮ、無(wú)線(xiàn)公文包、各類(lèi)數字電子設備、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)合應用等。
4 藍牙產(chǎn)品的研制
東南大學(xué)移動(dòng)通信國家重點(diǎn)實(shí)驗室從1998年開(kāi)始跟蹤藍牙技術(shù)，是我國最早參加ＳＩＧ的單位之一，也是ＳＩＧ中國工作組ＴＦ9的成員單位。
1999年，東南大學(xué)移動(dòng)通信國家重點(diǎn)實(shí)驗室與香港政府獨資的“通訊科技中心有限公司”簽署了“藍牙系統的ＡＳＩＣ解決方案系統軟件的研制”合作協(xié)議，共同完成香港特區政府創(chuàng )新科技基金（ＩＴＦ）項目“藍牙系統的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的認證。2000年度，江蘇省科技廳對藍牙產(chǎn)品的研究開(kāi)發(fā)課題給予強有力的支持，移動(dòng)通信國家重點(diǎn)實(shí)驗室承擔了江蘇省“十五”優(yōu)先啟動(dòng)重點(diǎn)科技攻關(guān)項目“ＣＤＭＡ無(wú)線(xiàn)接入系統”，開(kāi)發(fā)ＰＳＴＮ網(wǎng)關(guān)、局域網(wǎng)接入設備及有關(guān)終端設備等藍牙產(chǎn)品，工作進(jìn)展順利。從2001年4月開(kāi)始，實(shí)驗室還作為中國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藍牙模塊的藍牙系統演示及開(kāi)發(fā)平臺的研制”項目。另外，從 1999年年底開(kāi)始，我們還承擔了教育部科學(xué)技術(shù)研究重點(diǎn)項目“復雜環(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關(guān)鍵技術(shù)的研究”項目得到國家自然科學(xué)基金的資助；從2001年2月開(kāi)始，我們與Ｍｏｔｏｒｏｌａ中國軟件中心合作進(jìn)行“ＨｉｐｅｒＬＡＮ／2關(guān)鍵算法的研究”項目。這些項目使我們掌握了藍牙系統、無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)和無(wú)線(xiàn)個(gè)人域網(wǎng)的有關(guān)基礎理論，并圍繞實(shí)時(shí)優(yōu)化問(wèn)題，對若干算法進(jìn)行了深入研究，對于下一步的發(fā)展將起到積極作用。
下面簡(jiǎn)單介紹藍牙ＰＳＴＮ網(wǎng)關(guān)和局域網(wǎng)接入點(diǎn)設備的研制情況。
藍牙電話(huà)網(wǎng)關(guān)是應用模型中定義的無(wú)繩電話(huà)模型(Ｃｏｒｄｌｅｓｓ Ｔｅｌｅｐｈｏｎｙ Ｐｒｏｆｉｌｅ)的關(guān)鍵設備，其示意圖如圖1所示。

藍牙局域網(wǎng)接入點(diǎn)是藍牙應用模型中局域網(wǎng)接入模型(ＬＡＮ Ａｃｃｅｓｓ Ｐｒｏｆｉｌｅ)的關(guān)鍵設備，其示意圖如圖2所示。它可使藍牙終端隨時(shí)隨地無(wú)線(xiàn)上網(wǎng)，免去了連接網(wǎng)線(xiàn)的麻煩。
對于上述兩種應用，我們已經(jīng)研制出模型樣機