蓝牙技术的问题、前景与中国频谱管理策略的考

2011-04-21 11:53:22来源: 互联网

1 引言
    涉及无线连线及无线个人接入蓝牙技术的基本思想在上世纪80年代中期已萌发,但由于当时标准、技术及市场前景等诸多问题不明朗,未成气候;近些年来,由于移动通信及Internet的迅速发展,给蓝牙技术带来了新的商机与市场前景,从而激活了蓝牙技术的真正诞生。这首先应当归功于Ericsson的工程师面对有线连线“剪不断,理还乱”的困扰,1994年推出了解决无线连线问题的技术开发计划,从而产生了推进无线连线与个人接入的实在想法。1997年Ericsson邀请IBM、Intel、NOKIA及TOSHIBA这5个世界著名的无线设备及计算机、半导体设备制造公司商议建立一种全球化的无线通信个人接入与无线连线新手段,后定名为“蓝牙”(Bluetooth),并于1998年5月正式发起成立了“蓝牙特别兴趣组织”BSIG(Blueteooth Special Interest Group),简称蓝牙SIG(亦有人称此为“国际蓝牙组织”、“蓝牙技术同盟”,甚至称之为“蓝牙特殊利益集团”)。进而于1999年11月美国4家著名公司Motorola、Lucent、Microsoft及3Com加盟于上述5公司,成为BSIG的9个发起成员,使蓝牙技术的发展获得了更强有力的支持,并显示出更明朗的前景。现在,BSIG的参加成员已达2491个,已论证通过的蓝牙产品亦达250个左右,其发展势头令人触目。由于其普及应用与普遍服务能力,蓝牙技术不仅局限于信息通信世界,甚至超越了3C(计算机、通信与消费)产业界,可遍及房地产等多种产业领域。从而,蓝牙这一名词几乎遍布全球每一角落、家喻户晓,大家均认为可能是一个值得投入、并可能获得未来丰厚回报的新技术领域。也许这就是未来蓝牙技术发展的重要市场基础。
    “Bluetooth”此词据称源于欧洲中世纪(A.D.900)丹麦国王哈拉德二世(King Harald Blatand)的绰号“Bluetooth”,他面对当时处于四分五裂的丹麦、瑞典、挪威、芬兰等北欧地区,建立了统一强大的丹麦王国,并将基督教引入了北欧地区,从而确立了为后人缅怀、颂扬的不朽功勋。由此,瑞典Ericsson公司领头用其来命名此重要的一种无线通信与连线新技术,也期望建立一种开放性的、全球统一标准,一统“无线世界”天下,将这种新技术进行最广泛普及的、全球性各行各业的普遍连接应用。
    在中国,亦往往称“蓝牙”为“蓝芽”,一是避免“蓝牙”这词在中文含义上的费解,二是表示以蓝色为象征的信息领域中一种重要的新技术的萌芽。但从“统一全球标准”之本意及与国际BSIG连接看,“蓝牙”(Bluetooth)依然更为明确,从而运用“蓝牙”这一词者亦似乎为数更多些。两者在中国可视为同一含义。
    近代,通用无线接入作为先进手段实施接入网的全部或部分功能,它已成为有线接入的有效支持、补充与延伸,是快速、灵活装备与实现普遍服务的重要途径。无线接入目前虽然大部分为窄带,但中宽带与宽带(Wideband and Broadband)无线接入,包括2.5G/3G移动接入、不对称IP接入及卫星接入已成为可能,而蓝牙技术可视为一种最接近用户的短距离、微功率、微微小区(Pico-cell)型无线接入手段,在构筑新世纪全球个人通信网络及无线连接世界方面将发挥其独特重要的作用。很明显,由于通用无线接入可综合包括宏大区、大区、小区、微小区、微微小区、移动、半移动(包括Nomadic游牧式)、可搬移(Transportable)及固定等多种接入覆盖模式,可有效覆盖三维物理空间的任何一角落及有效地在任何时候连接至任何个人用户,它对未来全球个人通信的实际连接覆盖的普遍化与重要性显而易见,而且无线接入与Internet联合运作的,所谓无线Internet/移动IP,以及更进一步以全球移动通信演进发展沿1G→2G→2G+(2.5G、2.75G)→3G→3G+→4G这一发展脉络中,将及时大量嵌入Bluetooth之类新手段,进入所谓嵌入式(Embedded)世界,实现以Pico-cell小区个人接入为中心展开的无线个人局域网络(WPAN)时代,这将成为未来全球个人通信世界中的最重要环节之一。因此,Bluetooth技术的战略含义将不言而喻。
2 蓝牙系统基本参数及指标要求
    工作频段 ISM频段2.402~2.480 GHz
    双工方式 TDD
    业务类别 同时支持电路交换及分组交换业务
    数据标称速率 1 Mbit/s
    异步信道速率 非对称连接721/57.6kbit/s
    对称连接432.6kbit/s(全双工模式)
    同步信道速率 64kbit/s(3个全双工信道)
    信道间隔 1MHz
    信道数 79
    发射功率 美国FCC要求<0dBm(1mW) 一些其他国家可扩展至20dBm(100 mW)
    跳频频点数 79个频点/MHz[2402+k(MHz), k=0,1,2……78]
    跳频速率 1600次/s
    工作模式 Active/Sniff/Hold/Park
    数据连接方式 面向连接业务SCO、无连接业务ACL
    纠错方式 1/3FEC、2/3FEC、ARQ
    鉴权 反应逻辑算术方式
    密钥 以8bits为单位增减,最长 128bits
    话音编码方式 CVSD
    发射距离 一般10cm~10m,增加功率情况下可达100m
    网络拓扑结构 Adhoc结构、Piconet及Scatternet
3 蓝牙技术存在的问题与应用前景
3.1 存在问题
    (1)2.4GHzISM频段使用的电磁兼容与频率共用问题
    由于2.4GHz ISM频段对所有工、科、医无线电设备全部开放,亦有不少其他短距离(微功率)无执照运行无线电设备,甚至像中国的情况还有相应已发放台站执照的SS(包括一些相关的WLAN)设备在同时工作。由此,微波炉(2.45GHz,数千瓦至数百千瓦高功率运行)、家电、无绳电话、SS及WLAN系统和其他处于该频段的ISM及无执照短距离运行的无线电设备均可能是其干扰源,需要小心处理其共存问题。即使来用高速自适应跳频技术,亦必须检验其实际共存的可靠性与可行性,以及管理规则的协调配合问题,为蓝牙的商用创造出尽可能现实可行的共存环境。为此积极参与IEEE802.15的共存问题的研究及取得实际有效的进展非常重要。
    (2)互操作与兼容性问题
    如上所述,由于蓝牙软件结构受限于广泛普及运用需要的约束,带来对蓝牙互操作能力与兼容性的负面影响,要特别小心其实际兼容性与互操作能力的检验与改进。
    (3)保密安全问题
    尽管蓝牙系统的保密安全机制已制定得较为严格,除跳频技术提供了一定安全保障外,还有用户个人标识、链路密钥论证和保密密钥加密之三重处理,但鉴于蓝牙系统的移动性、普遍性与无执照全面开放性,使得其安全保密问题显得尤为敏感与重要,而且很大程度上还决定于应用目标范畴。保密安全问题依然是其需要倍加小心考虑与处理的重要问题。
    (4)与其它相关技术的竞争问题
    重要的竞争对手如上所述,主要是与红外线接入、IEEE802.11系列及Home RF系列技术速率、价位现实性与共存可靠性及可用性方面的竞争。蓝牙依然应加速努力,积极保持与发扬目前已持有的综合主导优势。
    (5)价格、可靠性等综合吸引力问题
    蓝牙要想取得大面积普及,必须有效地解决其芯片价格与实际运行可靠性问题。曾热心支持蓝牙技术发展的9位BSIG发起者之一的Microsoft公司,于2001年4月4日正式宣布放弃在新一代视窗Windows XP中引入蓝牙技术;固然,暂时放弃不等于永远不做,但这也多少反映出对目前水平的蓝牙产品的可靠性、兼容性及性能价格方面的不放心程度。
3.2 应用前景
    如上所述,蓝牙技术的终极目标就是要建立一种全球统一的无线连接(连线与接入)标准,使不同厂家生产的各种移动、便携设备和固定终端,在近距离内不用线缆即可自动彼此连接,实现互操作与资料共享。凡嵌入蓝牙模块的设备之间均能自动联络、识别与确认,利用相应的控制软件,不需用户作任何人工干预,即可自动建立连接与数据传送和交流共享。
    蓝牙的可能应用模式之广泛可能是目前所见到新技术应用中最触目者,几乎可渗透至全球各行各业。一些明显的重要应用模式如下。
    (1)一机多用电话模式
    可作蜂窝移动电话,内含WAP/GPRS、多频、HSCSD等兼容功能,同时可作不计费电话或公用接入普通电话等多种功能应用。一些已有产品如Ericsson T36m/mc、R520m手机,Nokia 9110、6210手机及Alcatel One Touch 700及500系列手机等均为实例。
    (2)头戴(盔)式耳机/听筒设备模式
    可作头戴、免提蜂窝电话、无线电话及个人微机的音频输入、输出接口设备,此时话音数据流可不经L2CAP层而直接进入基带协议层,可直接收发处理AT集命令。
    (3)互联网网桥模式
    此时可由手机或无线Modem直接向PC提供拨号上网及传真等功能。
    (4)局域网访问模式
    此时,多功能数据终端(DT)可经LAN访问点(LAP)无线接入局域网。现今已有大量蓝牙嵌入的计算机及相关蓝牙接口和插卡。
    (5)文件传送模式
    可提供两DT间传送.XLS、.PPT、.WAV、.JPG和.DOC等各种格式文件及完整活页夹、目录或多媒体数据流,并可提供远程浏览功能。
    (6)同步运行模式
    可提供各种设备与设备间的同步个人数据管理(PIM)功能,各电话簿、日历、通知、记录及名片处理等。
    (7)数字影像模式
    可用兼容蓝牙技术的数码相机拍摄相片后,传送给其他数码相机以及移动电话终端,或台式机、便携机和PDA等。
    (8)智能汽车系统模式
    通过车载音响实现免提电话及锁车、防盗、报警等各种汽车智能需求功能。此外,蓝牙2.0版技术规范的数据速率可达5.0Mbit/s左右,可作音效和视频传输的运用。
    (9)家庭信息网络模式
    家庭互联网虽可有多种技术标准与产品,然而最具代表性的两类产品技术标准即为HomeRF及Bluetooth。目前,HomeRF可实施较高速率的家庭信息网络设备互联,而Bluetooth则主要侧重便携移动计算设备、手持通信设备等家庭信息网络设备互联,并进而与Internet互联,实施无线双向传送。
    (10)流动办公与电子商务模式
    实现计算机与Internet、PSDN、ISDN、LAN/MAN/WAN及xDSL等各种设备间互联工作,形成流动型办公室,并可实施电子付账、蓝牙宾馆电子登记及蓝牙餐厅点菜、付账等服务。
    如上所述,至今已有250种以上各种已认证通过的蓝牙产品,而这仅为蓝牙应用的起步。目前,一般蓝牙设备由2~3个芯片(9mm×9mm)组成,价格已可低达8美元/片,并逐步向5美元/片迈进;同时,2001年3月中旬,Alcatel公司已推出真正的蓝牙单片芯片,该芯片集成了收发蓝牙信号所需的RF收发电路、基带处理电路和微控制器以及收容固件的快闪EEPROM,包括语音多媒体、数字信号编译码等。估计真正的蓝牙大规模较成熟应用需至2005年之后,此时蓝牙设备产量估计可达14亿件左右。而且对中国而言,那时的移动用户数、家电数、固定用户数,甚至Internet网户及上网手机量均可能居全球榜首。因此,中国的蓝牙应用市场潜力无疑最诱人,何况蓝牙的应用模式还远不止上述10种典型模式,甚至可以说,借助蓝牙技术真正可实现“手机电话遥控一切”,其他应用模式还可进一步被想象、开发与创造。其应用领域,不仅仅涉及通信、计算机和家电消费领域,还可涉足汽车、电力、房地产……各行各业。因此,蓝牙前景一片光明。
4 中国发展蓝牙技术的频谱管理等有关策略考虑
4.1 ISM频段问题
    鉴于蓝牙技术应用目标的广泛性,如上所述,首选此2.4GHzISM频段进行无执照运行,看来是相对最可行的途径。目前蓝牙的最高运行速率为1Mbit/s标称速率,随着进一步扩展至视频多媒体业务连接的运行,还需更高的速率与可进行更宽频带操作的频段;5.8GHz之类更高的ISM频段为其可能的进一步考虑对象。根据ITU RR(无线电规则)确定的ISM各类使用频段见表1。

[1] [2]

关键字:蓝牙  高性能无线本地网  宽带家用射频  数字无绳  红外线数据接入  共享无线接入协议

编辑:神话 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/2011/0421/article_7416.html
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