藍牙

2019-11-03 09:14:00

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供稿：網友

１．導語

　　隨著寬帶通信時代的來臨，寬帶數據傳輸成為必要的條件，人們對于因特網與應用技術結合的需求也越來越迫切，已成為未來無線網絡通訊技術相當熱門的話題。由于第二代移動通訊系統（Ｔｈｅ２ｎｄＧｅｎｅｒａｔｉｏｎＷｉｒｅｌｅｓｓＳｙｓｔｅｍ）已無法滿足人們的需求，現正積極開發中的第三代移動通訊技術將會朝向提供達２Ｍｂｐｓ高速服務功能發展，期望在未來能提供一個結合話音（Ｖｏｉｃｅ）、數據（Ｄａｔａ）、視訊（Ｖｉｄｅｏ）多媒體傳輸服務的無線網絡通訊環境。

　　目前有一種在１０米到１００米以內、無方向性的短距離無線通訊新技術——藍牙（Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ）是近年積極發展出的最新無線通訊技術，它將取代可攜式計算機、外圍設備與移動電話間的線纜，成為一種開放的無線通訊標準。隨著信息家電（ＩＡ ＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＡｐｐｌｉａｎｃｅ）的發展趨勢和產品誕生，家庭當中的各項電子產品逐漸有了處理數據的能力。而有了藍牙之后，家電產品更可以形成一個網絡環境，將各種信息直接在彼此之間流動。

　　Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ的應用大約可涵蓋三個應用領域，即取代纜線功能（ＣａｂｌｅＲｅｐｌａｃｅｍｅｎｔ）、個人隨意網絡（ＰｅｒｓｏｎａｌＡｄ－ＨｏｃＮｅｔｗｏｒｋ）、與網絡接取設備（Ｄａｔａ／ＶｏｉｃｅＡｃｃｅｓｓＰｏｉｎｔ）。身處于通訊信息科技發達的時代，身邊一大堆計算機線、鍵盤線、鼠標線、電話線、耳機線等等，各種無所不在的混亂纜線纏身，卻又不得不使用，感到苦惱不已。所以Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ將取代所有移動設備現有的連接線功能，改用無線電波傳輸，如語音傳輸的免持式聽筒、數據傳輸的接口設備、或是指令傳輸的控制設備等。個人網絡則是隨時隨地提供一個立即可用的網絡通訊傳輸環境，以分享網絡內其它計算機設備上的檔案或網絡資源。網絡接取設備則提供更廣泛的網絡傳輸應用，通過對外有線網絡或因特網的連接服務，使用者可以無線方式連接網絡上所有的資源，達到無線上網傳輸的境界。

　　未來應用Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ產品大致可歸類成便宜、微小、易用三個技術重點，分述如下：

　　★便宜－整合ＲＦ與Ｂａｓｅｂａｎｄ成單一芯片，盡量將ＩＣ以外組件整合至芯片中。

　　★微?。蛇\用先進的封裝技術（ｆｌｉｐｃｈｉｐ、ＢＧＡ．．．），盡量縮小封裝后的芯片體積；將一些ＩＣ整合不進去的被動組件埋入ＬＴＣＣ基板。

　　★易用－Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ是最簡單的產品概念，卻也是最復雜的系統技術，其通訊協議復雜度接近ＧＳＭ，認證規格非常復雜，根據不同使用有不同ｐｒｏｆｉｌｅ，例如：ＧｅｎｅｒｉｃＡｃｃｅｓｓｐｒｏｆｉｌｅ為所有應用之基礎，用來確保Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ基本傳輸功能的正確性，Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ產品必須通過此Ｐｒｏｆｉｌｅ驗證；ＳｅｒｖｉｃｅＤｉｓｃｏｖｅｒｙＰｒｏｆｉｌｅ則是規范Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ產品尋找鄰近可提供連結服務設備的程序等等。雖然Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ相關協議非常復雜，但對使用者來說是非常容易操作的產品。

２．淺談藍牙Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ

　　藍牙的核心概念，原為以移動電話為核心工具，通過手機的單一接口來控制廣泛使用的信息、消費性電子產品，包括ＰＣ、Ｎｏｔｅｂｏｏｋ、ＰＤＡ、ＭＰ３、數字相機甚至汽車設備與家電用品。換言之，藍牙技術持續發展的最終型態，是在既有的有線網絡基礎上，完成網絡無線化個人局域網絡ＰｅｒｓｏｎａｌＡｒｅａＮｅｔｗｏｒｋ ＰＡＮ；此范圍在１０米到１００米，最少可以容納八個小網絡，上、下傳速度均為４３２Ｋｂｐｓ，但采非對稱式時，上傳為５６Ｋｂｐｓ、下傳則提高為７２１Ｋｂｐｓ，未來則可擴充為２Ｍｂｐｓ，提高計算機及移動電話的通訊能力。其輸出功率為１ｍＷ，傳輸距離大約為１０米，另外對于有需要較長距離傳輸的設備，其最高輸出功率可達１００ｍＷ２０ｄｂ，傳輸距離大約可達５０－１００米，Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ所采用的數字調制技術ＧａｕｓｓｉａｎＦｒｅｑｕｅｎｃｙＳｈｉｆｔＫｅｙｉｎｇ；ＧＦＳＫ調制技術，傳輸速率為１Ｍｂｐｓ，但實際上最高有效數據傳輸速率只有７２１Ｋｂｐｓ。此時網絡將不再受到地域與線路的限制，而是真正的隨身上網與資料互換。藍牙由無線射頻及基頻模塊構成，為了能達到在全球均能運作的目標，系統所需頻率必須要全球各地都能很容易取得的頻帶，且此頻帶必須是未受法規限定的頻帶及公開給無線電使用的，該頻段在全球各國家都屬于共通的頻譜，唯一符合此項要求的便是２．４５ＧＨｚ－稱為工業、科學、醫療ＩＳＭ的頻帶。傳輸速率更高、應用更廣，可以符合未來寬帶網絡時代的要求。

３．藍牙技術：

　　藍牙采用擴頻通訊中的跳頻技術。

　　最下層的ＲＦ與Ｂａｓｅｂａｎｄ專職信號處理，兩層合起來就是所謂的物理層ＰｈｙｓｉｃａｌＬａｙｅｒ。ＲＦ使用２．４ＧＨｚ到２．５ＧＨｚ之間的頻段ＩＳＭ。由于ＩＳＭ是一個開放的頻段，因此無線電系統在這個頻段操作時，必需要有足夠的能力去克服各種不可預測的干擾源，像是無線電話及微波爐（最強的干擾源）等裝置的干擾。為了有效降低干擾源的影響，我們可以尋找未使用的頻段來傳送訊息，且利用頻譜擴展（ＳｐｅｃｔｒｕｍＳｐｒｅａｄｉｎｇ）的方法來減少干擾源的影響。

　?。拢欤酰澹簦铮铮簦?ＲＦ模塊采用跳頻式擴頻技術（ＦＨＳＳ：ＦｒｅｑｕｅｎｃｙＨｏｐｐｉｎｇＳｐｒｅａｄＳｐｅｃｔｒｕｍ）來傳送信息，為了要達到低成本、低消耗功率的目標，因此跳頻系統將頻帶分成幾個跳頻信道（ＨｏｐＣｈａｎｎｅｌ）。在連結的期間，Ｒａｄｉｏｔｒａｎｓｃｅｉｖｅｒ以虛擬隨機（Ｐｓｅｕｄｏ－ｒａｎｄｏｍ ＰＮ）的方式來產生跳頻信道。雖然，跳頻無線系統的瞬間（跳躍）頻寬非常小，但擴展的頻寬可涵蓋整個頻段。這個低成本的窄頻Ｔｒａｎｓｃｅｉｖｅｒ，將使干擾的影響降至最低。在連結的期間，當干擾訊號干擾跳頻信道時，將造成錯誤的接收，此時接收機的錯誤更正系統（ｅｒｒｏｒ－ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎｓｃｈｅｍｅ）將對干擾做出最佳的處理。

４．Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ的運作方式與協議：

　?。ǎ保拢欤酰澹簦铮铮簦璧倪\作方式

　　Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ是一種短距離無線通訊傳輸接口，允許的傳輸距離長度設計為１０米到１００米，當含有Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ的手機或計算機等在多個含Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ裝置的環境中，設備尚未加入藍牙微網時，它會先進入待機狀態。在此狀態下，它會隨時監聽傳呼訊息，直到收到的信號與自己本身的識別碼有相關時，自己才會激活Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ服務稱為Ｍａｓｔｅｒ時，開始尋找外圍所有Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ裝置稱為Ｓｌａｖｅ，并且呼叫連結程序。接下來則進行識別碼的確認及信號時間的同步，以便決定往后跳頻之Ｓｅｑｕｅｎｃｅ，而將這些裝置連成一個群體，稱為微網Ｐｉｃｏｎｅｔ?？捎桑拢欤酰澹簦铮铮簦栊纬梢粋€微網的方式來分享資料，可提供７－８個主動服務者ＡｃｔｉｖｅＳｌａｖｅＤｅｖｉｃｅ以及２５５個等待服務者ＳｔａｎｄｂｙＳｌａｖｅＤｅｖｉｃｅ 。為了維持信息的傳送，微網內的其中一個裝置為此微網的主控裝置，而其它裝置則為從屬裝置。在微網內的任何一個裝置都可以成為主控裝置，但在任何時間中微網內只有一個主控裝置。Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ提供點對點或點對多的連結方式，各個Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ裝置連結建立都由Ｍａｓｔｅｒ來主控，在一個區域內，同時可以加入多個微網，這種多個微網架構所組成稱為疊網Ｓｃａｔｔｅｒｎｅｔ。

　　（２）Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ協議：

　　基本通訊硬件的機制能夠作點對點的傳輸，所以網絡通訊能提供便利的、高層次的應用接口軟件。這軟件大部分處理低層次的通訊項目及自動化的程序?？奢^容易應用到通訊上，大部分的應用程序依靠網絡軟件聯機。當傳送資料時，在復雜的通訊上必須取得一致的規格，此規格稱為協議Ｐｒｏｔｏｃｏｌ。以上已經提過了一些Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ相關的協議，在這里為協議作詳細的說明：

　?。幔谖锢韺樱煟校瑁螅椋悖幔欤犐蠟椋蹋停校煟蹋椋睿?ｍａｎａｇｅｒＰｒｏｔｏｃｏｌ協議，主控不同組件間的聯機控制、組件的連結狀態，傳輸封包的加解密和身分認證等。

　?。猓龋铮螅?ＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒＩｎｔｅｒｆａｃｅ用來界定Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ與Ｈｏｓｔ設備之間連結接口的控制指令。

　　ｃ．Ｌ２ＣＡＰＬｏｇｉｃａｌＬｉｎｋＣｏｎｔｒｏｌａｎｄＡｄａｐｔａｔｉｏｎＰｒｏｔｏｃｏｌ協議，負責對上層不同應用的軟件接口網絡連結功能，而對應于不同的應用程序，此所謂多任務。另外也提供Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ、ＱｕａｌｉｔｙＯｆＳｅｒｖｉｃｅ服務品質、封包切割Ｓｅｇｍｅｎｔａｔｉｏｎ與整合Ｒｅａｓｓｅｍｂｌｙ的等服務功能，將上層傳下來的信息包整理成６４Ｋ字節。

　?。洌遥疲茫希停?ＲＦＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ 協議，提供串行聯機的功能，類似ＲＳ２３２的控制信號與資料收發的信號。

　?。澹裕茫?ＴｅｌｅｐｈｏｎｙＣｏｎｔｒｏｌＳｅｒｖｉｃｅ 協議，其中是二元化 ＴＣＳＢＩＮ ，負責電話聯機信號的建立控制ＣａｌｌＣｏｎｔｒｏｌ、移動漫游管理 ＭｏｂｉｌｉｔｙＭａｎａｇｅｍｅｎｔ。另外為ＡＴ指令ＡＴＣｏｍｍａｎｄ，此用來讓手機或計算機等經由Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ連上的硬件接口來上網，此時也提供傳真的指令。

　?。妫樱模校煟樱澹颍觯椋悖?ＤｉｓｃｏｖｅｒｙＰｒｏｔｏｃｏｌ 協議，其中包含服務的紀錄，主要記錄服務特性和身份認證。另外是描述有關服務發現后所要作的事情，主要建立一個通話聯機，所使用通話協議。

　?。纾校颍铮妫椋欤澹?ＡＰＩ層則分別對Ａｕｄｉｏ、Ｄａｔａ、Ｃｏｎｔｒｏｌ等提供了不同的模塊。目前已規范有四大類、十三種協議規格。

　?。瑁粒穑穑欤椋悖幔簦椋铮顒t是依據語音、數據、控制等應用需求，提供應用軟件所需的通訊協議功能與應用程序接口。

５．結語及未來產望發展：

　　由于目前的藍牙技術還有許多技術上和共通性上必須整合，所以歸納了目前藍牙必須努力的地方：

　　１．軟件開發能力有待加強：ＳＩＧ會員有高達１９００家，其實要進行Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ的硬件開發并不難，最重要還是在軟件的開發，工程師必須在通訊協議、規范與應用之間做好定義，以方便不同的Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ產品間能夠互傳信息。

　　２．價格過高：完整的藍牙模塊包括硬件的芯片組標準版須用三顆Ｃｈｉｐｓ與軟件管理部份，其中目前分別以單芯片制造的基頻Ｂａｓｅｂａｎｄ及射頻ＲａｄｉｏＦｒｅｑｕｅｎｃｙＣｉｒｃｕｉｔ組件，不過藍牙模塊的設計廠商亦不斷設法減少模塊中的芯片數量以達降低成本目標，其中射頻、基頻以外的第三芯片成為首要對象主要是Ｍｅｍｏｒｙ部份；目前已成功地將芯片數由３顆降至２顆。更宣稱開發出將基頻、射頻及其它微處理器整合在單一芯片ＳＯＣ的技術，同時成本也逼近未來希望的５美元。

　　未來藍牙技術初期應用上ＦｉｒｓｔＷａｖｅ將采取從筆記本計算機、ＰＤＡ等高價產品；ＳｅｃｏｎｄＷａｖｅ往下延伸的方式發展為低價的手機、數字相機、ＰＣ外圍、傳真機等；最后ＴｈｉｒｄＷａｖｅ當藍牙使用環境更為成熟時，更可延伸到所有的信息家電產品，并與其它類型的無線網絡骨干ＩＥＥＥ８０２．１１或ＨｏｍｅＲＦ等技術相結合。明日家電為信息家電ＩＡ（ＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＡｐｐｌｉａｎｃｅ），這些將具備下列特色，（一）獨特單一的功能。（二）更人性有效率的操控感。（三）上網功能。（四）無線區域通訊傳輸。（五）更省電。藍牙技術進入家庭后，家電之間的區域無線溝通傳輸，也是重要的發展趨勢。

　　未來無線通訊應用的終端產品將會整合信息產品的功能，并逐漸朝向輕、薄、短、小的方向發展，讓使用者易于攜帶及使用。但將所有功能集于一身將會使應用產品失去上述輕巧的功能，而若在設備之間仍以聯機傳輸也會造成相當不便，因此能夠提供各個設備之間無線傳輸功能的藍牙（Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ）技術便成為大家所期待。藍牙技術希望能夠以無線電波傳輸取代有線網絡聯機，提供一個不受有形線路束縛，而能隨時隨地傳輸語音及數據的通訊環境，達成信息相互溝通的目的。藍牙技術與產品發展對于網絡基礎建設的普及化有絕對性的正面助益，藍牙的優越性與兼容性將使其具備形成未來無線網絡主流架構的潛力，也將進一步改變人類未來的生活型態。

----《通信世界報》