不断提升的蓝牙数据速率催生多种新兴应用

      作者：CSR公司 Tom Siep

      在移动电话、耳机和车载免提装置等领域，蓝牙无线技术拥有一个发展良好的市场，目前其销量大约为每年五亿件。继该技术初步成功之后，另一种技术正在不断地得到开发。蓝牙技术联盟(SIG)计划将WiMedia联盟倡导的超宽带(UWB)技术引入蓝牙，这两种技术相结合，将使蓝牙产品的通信速率提高100倍以上，同时降低功耗。 

        下面我们将讨论蓝牙技术规范的发展历程，并重点说明其具备的功能，这些功能正是那些寻求嵌入蓝牙技术的设计者所需要的。本文最后还将讨论终端用户是如何从蓝牙技术规范的发展中获益的，以及UWB技术给下一代蓝牙技术带来了哪些改进。

截止目前的发展情况

        蓝牙技术规范于1998年初步制定完成。人们采取了各种措施保证该无线通信方法的可靠性和安全性，以及该技术规范的灵活性和适应性。自问世以来，蓝牙技术经历了大量的调整，在性能、互操作性以及与其它无线标准(如802.11)的共存方面有了重大的改进。 

        当前所有的苹果便携式电脑均以蓝牙技术为标准配置。新的移动电话和便携式电脑如果缺少蓝牙技术，就会受到消费者杂志的批评，蓝牙无线技术已经成为消费者期望和要求的一项重要功能。
 
        促使蓝牙技术成功的大多数应用，来自于蓝牙技术问世以来提供的各种功能。随着蓝牙技术的容量极大地增强，这些功能也将得到进一步的巩固。

        蓝牙芯片设计也在不断地发展，许多代码转移到ROM之后，设计的尺寸变得越来越小。芯片销售商目前提供的单芯片蓝牙解决方案中，芯片封装的尺寸不到4×4mm。蓝牙技术规范及硬件的这些改进，不仅催生了新的潜在蓝牙技术应用，而且意味着设计者们可以从他们现有的蓝牙设计中获益更多。

        蓝牙技术经历了大量的调整，在性能、互操作性以及与其它无线标准(如Wi-Fi)的共存方面有了重大的改进。2003年中期，蓝牙技术联盟推出了蓝牙技术规范的一个重要修订版本。这个名为v1.2的版本提供更加强大的连接，与其它无线标准的共存性也得到了增强，特别是那些2.4GHz范围的无线标准，如Wi-Fi。v1.2的两个主要改进分别是适应性跳频(AFH)技术和延伸型同步连接导向(eSCO)链路技术，这两种技术分别改善了蓝牙技术与Wi-Fi的共存性和可靠性。

        AFH使蓝牙设备可以监控链路质量，以确定某些具体的频率上是否存在坏信道。蓝牙设备可以调整其跳频顺序，以避免那些坏信道，从而增加数据吞吐量。AFH还有一个额外的益处：如果某个Wi-Fi设备造成了干扰，则这个Wi-Fi设备可在AFH环境下更高效率地运行。

        eSCO链路是该蓝牙技术规范的另一个极具价值的改进项目。实践证明，它非常适合恶劣车载环境中的应用。此前的方法，即SCO，是一种通过蓝牙链路传输语音的数据传输机制，它的可靠性和效率都不太高。eSCO提供检错语音信道，允许对受损的语音数据进行续传。每个数据包都有一个CRC(循环冗余校验)，因此接收设备可以校验那些已经正确接收的数据包。存在错误的数据包或丢失的数据包会得到否定的确认。续传窗口允许对未确认的数据包进行续传。这样，eSCO链路能够比标准SCO链路提供更好的音频质量和灵活性。

        在恶劣的射频环境中，如汽车驾驶室内，由于传输的同步特性，通过蓝牙设备之间的SCO链路可能听到音频受损。而通过eSCO，则可以对这些同步语音数据进行一定次数的续传，从而极大地提高音频质量。数据速率越高，eSCO改善音频质量的机会就越大，收听者就能享受到更高质量的音频。

数据速率的初步改善

        蓝牙技术联盟于2004年6月推出了增强型数据速率(EDR)。这种数据速率提供的原始数据速率较蓝牙技术规范的基础数据速率快三倍。EDR是最新的v2.0蓝牙技术规范的子集，称为v2.0+EDR。具备EDR功能的设备除了要通过v2.0蓝牙技术规范的测试程序之外，还要求通过一个独立的蓝牙测试程序，以确定v2.0+EDR达标。这个测试过程由蓝牙品质认证委员会(BQB)来实施。目前，市场上众多消费电子产品已采用了CSR公司的v2.0+EDR芯片(BlueCore4)和固件。

        蓝牙EDR提供的有效载荷数据速率高达3Mbps(兆比特/每秒)，而标准蓝牙速率(见v1.1及1.2)为1Mbps。标称原始数据速率3Mbps可转换为应用传输速率2.1 Mbps。

        对于任何通信技术来说，传输速率越快越好，蓝牙技术也不例外。但是，EDR背后的逻辑，特别是对更高数据速率的选择，不仅仅是为了满足更高的传输速度。

        EDR提供多重连接性。对单一蓝牙设备而言，基于标准蓝牙的应用需要的数据速率一般不超过当前的1Mbps。例如，即使高质量的立体声音频随选随播(使用强制性的SBC CODEC格式)需要的数据速率也不过为345Kbps。但是，随着蓝牙技术越来越普及，用户越来越多地同时运行多个蓝牙链路。PC用户尤其如此，很容易想象这么一个情景：一名PC用户正在同时操作一个蓝牙鼠标和一个蓝牙键盘，同时通过一对蓝牙耳机收听立体声音频。EDR使蓝牙获得了额外的容量，蓝牙需要利用这个容量来处理与多个设备的多重链接，而链接的数据速率是用户可以接受的。

        出乎意料的是，在相同数据流的情况下，EDR还能够降低功耗 。蓝牙无线单元消耗的功率总量取决于其活动的时间。由于EDR允许数据以三倍的速率传输，因此无线单元需要活动的时间仅为原来的三分之一，所以消耗的功率也比较少。

        选择3Mbps数据速率的部分原因在于调制方式的选择和向后兼容的需要，另外也是因为最快的3G电话数据速率大约为2Mbps，基本上与蓝牙应用数据速率相当。蓝牙技术经常用作其它设备(如PC和PDA)访问移动电话广域网的网关。EDR提供三倍的数据速率，意味着当移动电话数据访问速率增加时，蓝牙链路不会成为这种应用模型的瓶颈。

        与v1.2的向后兼容是EDR开发时需要优先考虑的事情。该技术规范100%向后兼容，使网络能够同时容纳EDR和标准速率设备。新的调制方式也与标准速率兼容，因此一个收发链路就能够同时传输和接收数据。简单的说，利用EDR设计产品，与设计v1.1或v1.2产品一样都不复杂，因此，产品设计者将充分利用更快的、更低功耗的蓝牙v2.0 + EDR。

整合UWB技术

        随着蓝牙技术联盟宣布将在下一代蓝牙技术规范中整合超宽带(UWB)技术，蓝牙无线技术即将得到进一步发展：由于设备内存容量和多媒体功能的不断增加，UWB迎来了大好时机。设备制造商们希望在产品上附加更多的价值并增强其连接性，而蓝牙/UWB混合技术使各种不同应用成为了可能。

        UWB是一种利用高频率、低能量脉冲传输数据的无线通信技术。它与其它无线技术的不同之处在于：具有在"噪声基准"之下的传输功率。UWB无线电中复杂的接收设备能探测那些低于一般背景干扰功率水平的信号。UWB给设备制造商们提供极低的功耗和极高的数据速率，并支持数百个同步信道。此外，UWB还提供全球互操作性和更高的安全性，UWB信号不相互干扰，并且不干扰传统的射频载波，因此UWB也不存在共存方面的问题。

        整合UWB技术的新版蓝牙技术规范，将使用户能够同步传输大量的数据，使便携式设备能够实现更为先进的视频和音频应用。这样，消费者可以将他们基于硬盘驱动的MP3播放器与PC同步，或在数秒钟的时间内将整个内存卡的图像从数码相机传输到PC上。此外，随着移动电话多媒体功能和容量的扩大，用户将有望能够将电影下载到他们的家用PC上，并且通过UWB/蓝牙链路将这些电影无线传输到手机上。在新版蓝牙技术规范下，10米传输范围内，UWB技术的吞吐量为480Mbps。理论上讲，UWB的数据传输速率可以达到1Gbps，对于高质量视频随选随播这样的应用来说，预期的数据速率还是完全充足的。

        整合了UWB技术的新版蓝牙技术规范将继续向后兼容以前的蓝牙技术规范，并将继续支持传统的低功耗应用，如无线鼠标、键盘和单声道/立体声耳机。2006年底，上市的蓝牙设备总量有望突破10亿部，因此向后兼容和对传统应用的支持是完全必要的。新版技术规范下的设备将能够为有关应用自动选择蓝牙或UWB两者中最适合的传输方式，为消费者提供简单、亲用户的体验。

        与蓝牙技术在二十世纪九十年代末刚推出时的一些讽刺性预言相反的是，蓝牙技术已经越来越强大，其技术创新与新的市场及应用需求不断发展。在蓝牙技术规范中整合UWB，将创造出易连接性和闪电般数据传输这样的综合性能，开辟无线连接的一个新时代，新的应用将为消费电子产品制造商和消费者提供更高的价值。