车用电子——无线蓝牙应用新方向

2008-02-14 15:47:16来源: 互联网
目前的无线蓝牙传输技术,不但是中、高阶手机的基本标准配备,搭载立体声耳机也有越来越普及的趋势。过去蓝牙技术主要的应用领域,包括:语音与音乐相关的手机、PDA等手持式设备之外,也包括消费性产品,如:计算机、打印机、汽车、医疗等设备中,约有20%的产品具有内建无线蓝牙技术。

  根据蓝牙技术联盟(Special Interest Group;SIG)的市场统计资料表示,每天平均约有5种全新的蓝牙产品取得认证。由此可见,无线蓝牙技术已经逐渐深耕于各类型的产品中,至今搭配蓝牙技术的设备已突破10亿件左右。再加上无线蓝牙的应用技术越趋成熟化,预估未来3年之内,内建有无线蓝牙技术的产品,将有机会突破20亿件,这其中又以汽车产品的应用为最大市场之一。

  五花八门的蓝牙应用 汽车工业成为新趋势

  一边驾驶汽车、一边接听手机电话。这样危险行为,在台湾已被立法禁止,所造成的危险不容轻忽。而随著驾驶安全、安全驾驶的问题持续被提出来之后,受到更多人的关注,这也使得车用无线蓝牙技术,已经在市场中获得强而有力的支持,一方面也造就了无线蓝牙技术在汽车工业上的广泛应用。

  到目前为止,有关于蓝牙的相关协议标准是经由蓝牙技术联盟所制定,长久以来在无线通讯市场中,所大力推广的一项具有开放式、短距离、低功耗的蓝牙无线通讯技术的解决方案。主要的射频工作范围为不需要授权的2.4GHzISM,包括:汽车工业、医疗工业、科技产品所使用的频段范围。主要技术是运用跳频技术来降低干扰、减少讯号衰减的情形发生,另外,也可运用快速跳频降低同频干扰及远距离传输时,所造成的噪声干扰的影响;甚至还可以采用FM调制技术,一方面加强无线讯号的稳定度,另一方面还可降低无线设备的复杂性。

  基本上,蓝牙无线通讯技术不仅具有连接层的特殊且重要的规范,另外还基于连接协议层上的诸多应用,制定出许多规范要求,例如:Handfree Profile、文件传输、网络应用等。这当中以Handfree Profile在汽车工业上的应用为最大宗,能够直接与车上AV影音多媒体、车载式卫星导航等设备整合为一,使用者不再在另外搭载其它装置附加设备。

  无线蓝牙传输技术是一项优异,而且只要低功率的无线传输设备。不仅具有数据、语音的无线传输标准功能,可望能为汽车产业带来许多好处。比方说,可以将无线蓝牙传输技术应用在卫星导航设备(GPS)上,便能使汽车具有显示自动传送方向效果,或者是将蓝牙无线传输技术运用到汽车上的免持系统上。

  虽然这些新的设计与应用,可能会产生几个问题,比方说:蓝牙无线传输优劣的技术问题,或者是在狭小的车内空间,所可能造成的回音干扰与噪音抑制,也就是语音通讯质量的问题。对此,有什么因应之道?据了解,已有厂商开发出蓝牙芯片组的解决方案,以及与回音消除的软件系统,并将该芯片与软件技术导入在汽车上所使用的蓝牙免持解决方案中。

拓扑图

    图说:蓝牙无线通讯架构主要可分为底层硬件模块、中间协议层及高端应用层等三个部分;底层的硬件模块则是由链路管理层、基带层与射频等架构所组成;中间协议层包括:逻辑链路控制及L2CAP、SDP、RFCOMM,以及TCS;高端应用层则包括了许多的profile。(资料来源:CSR车用蓝牙无线设备解决方案)

汽车与蓝牙无线首重兼容性 认证的过程不可忽略

  汽车上所使用的蓝牙无线通讯系统,目前还是以手持式设备为最大应用,而蓝牙标准的SIG蓝牙技术联盟也在汽车与蓝牙设备的操作性与适用性方面,制定出许多相关规范。不过,各品牌的手机厂商实际上所应用或操作方式,却是各有各的不同,只能确保基本的操作不会有任何问题,而在蓝牙的附加功能上,却是无法给予最大的满足,也就是说还有部份蓝牙功能无法在汽车上展现出来。再加上目前还有许多手机厂商无法通过BQB的认证标准,不但产生更大的相互操作性困难,甚至导致了不同汽车厂牌与不同手机品牌,难以兼容的技术问题。

拓扑图

  将无线蓝牙传输技术应用到汽车电子中的设备、仪器上,此发展趋势有显著的增加。虽然车载用的无线蓝牙技术还没有一个明确的规范,不过,从汽车中心厂对于蓝牙技术的青睐与重视程度,无线蓝牙技术成为汽车标准配备也是迟早之事。但是,汽车工业对于可靠度与兼容性自有一套严格评审标准,这远比家庭、办公室的标准还要高出许多。再者,当一个新的无线技术导入汽车产业之后,使得原本单纯蓝牙技术,将会成为复杂度较高的无线系统;因此,用来确保无线蓝牙设备,用在汽车上不会产生任何干扰的检测标准,将会日益重要。

图球

汽车无线蓝牙传输设备

  由于汽车的内部空间较为狭小,且已经无法再行扩大;若使用免持式无线蓝牙系统的手机设备,经由汽车上的扬声器系统达到播放的效果,很容易就造成车内产生声音反射的情况,甚至再传回车载系统中麦克风设备,使得车载式无线蓝牙系统产生回音的现象。此时,若在车内使用免持式蓝牙手机的收听(收音)效果,会因此受到干扰而大打折扣。

拓扑图

    图说:车载式蓝牙无线系统产生回音的可能情况,或者造成车用蓝牙传输设备质量不佳的可能情况发生。(资料来源:CSR车用蓝牙无线设备解决方案)

  一般来说,在使用搭载无线蓝牙设备的产品在车内所造成回音的现象,使用者在听到回音的这一段时间之内,约会有0.5??1.0秒钟的间隔时间,最主要是因为电波传递,以及产生声音到反射回来的时间消耗。因此,要利用何种技术能进一 
步加强车载用无线蓝牙系统的通讯及语音质量,便成为相当关键性的挑战。这是因为蓝牙传输的质量问题,会因为每个使用者的体验感觉不同而有所差异,再加上汽车内的使用环境不同,而使得无线蓝牙技术在汽车上应用,更是充满了挑战。

  以无线技术暨蓝牙连接方案供应商CSR所推出的BlueCore3-Multimedia架构的车载式无线蓝牙系统的解决方案为例,BlueCore3- Mutlimedia是以无线蓝牙射频控制为主要架构,并结合了开放式的平台DSP-Kalimba DSP作为频宽处理器的议定处理,并在进行 语音通讯时,将回音的部份消除。而这项解决方案,最主要的特点在于,如何将无线蓝牙传输的关键技术整合在同一颗芯片组?这不但能够减少系统开发的成本、基板尺寸,同时还能降低产品的技术门槛,达到符合无线蓝牙设备快速上市的基本条件。

无线蓝牙

    图说:BlueCore3-Multimedia系统架构是由基频控制器(MCU)藉由无线蓝牙传输协议与Hand free Profile及Handset Profile所构成,并可针对噪音干扰及降低回音的数码信号来进行处理,而增强型的技术将有助于背景噪音增大时可提高音量。(资料来源:CSR车用蓝牙无线设备解决方案)

  由于BlueCore3-Mulitmedia中的基频控制器(MCU)是藉由无线蓝牙传输协议与Hand free Profile及Handset Profile所构成,另一方面再经由无线蓝牙的同步连结技术,将SCO链路所获得的语音信息转传到Kalimba DSP,再利用Kalimba DSP中的软件技术达到语音处理目的之后,最后再透过数模转换电路的作用,让声音从扬声器中扩散出来。另一方面,数模转换电路经由车上所搭载的收音麦克风进行语音信息的收集,在Kalimba DSP处理器中进行转换,最后在传递至基频控制器中,再透过无线蓝牙传输的SCO链路将声音传递出去。

  无线蓝牙技术回音消除及噪声抑制解决方案

  基本上,CSR针对车载所设计的无线蓝牙解决方案是由两个部分所构成,包括:用在处理噪声抑制演算技术─「OMS」,以及可用于车内双工免持电话的消除回音「AEC」,这是目前市场上唯一将「噪声抑制」与「消除回音」两项技术整合为一的单芯片解决方案,其介绍如下:

  OMS——噪声抑制技术:这是一种利用语音与噪声的原始特性,可协助降低噪声干扰的发生,而将语音讯号放大的频率演算技术。简单而言,就是利用语音的构成技术,采用不同的选择方式或直接将不必须要噪声给排除,让不必要的背景噪声干扰降至最低。另外,该技术也运用语音仿真技术来接收讯号,经过后语音系统的加工处理后,再将背景所产生的噪音进行剥离技术,进而撷取到高质量的蓝牙语音通讯讯号。根据研究资料显示,目前的噪声抑制技术对噪声的抑制可达到12dB左右,未来将以降低20dB为主要目标。

  AEC——消除回音技术:以目前市面上所使用的车载式免持电话(广播)系统来说,有一项缺憾就是使用者会感受到远端扬声器很容易就会产生回音,为让驾驶者或乘客能享受车上舒适的无线蓝牙免持环境,则可以利用AEC消除回音的即时处理技术,对于汽车上的扬声器耦合到麦克风所产生的回音非常具有效果,AEC的回波损耗误差值(ERLE)约可达到50dB上下。同时还可以随著环境的变化性,而进行调整动作。据了解,目前欧洲电信标准协会(European Telecommunications Standards Institute;ETSI)将着手制定AEC回音系统的有关标准认证。

在上段的部分已经提到,在车内搭载蓝牙设备所产生的回音干扰,主要是因为扬声器发出的声音耦合到麦克风中是其主要因素。因此,麦克风与扬声器的相对位置非常重要,一般来说扬声器的位置离麦克风的距离是越远越好,不过因为汽车内部空间过于狭小,这个距离始终无法再行突破,因此在安装的时候,设计者必须要能充分考虑这项因素。所以,若将麦克风与扬声器整合在一起的话,除了必须要将连接材质考虑进去之外,在连接部分空间所使用的填充物材料,也必须要有所考量。另外,麦克风与扬声器尽量不要放在风口,麦克风的方向与扬声器发声方向相反,或者呈90度也可以获得更加理想的效果。

蓝牙

        图说:具有无线蓝牙功能的手机设备,未来将会支持车用卫星导航及其它定位服务的自主型GPS (Autonomous GPS)或辅助型(Assisted GPS)的导航产品。(资料来源:Autohome)

  结论:无线网络技术持续发展之余,加上汽车工业也逐步朝向电子化来发展,使得大多数的工作者必须要与时间竞赛,甚至在汽车上还必须能够维持工作讯息的畅通。因此,如何在汽车内降低繁琐的联机过程与布线?实现快速方便的信息阅读及语音通讯,无线蓝牙传输技术已经是现今最受到瞩目的标准技术之一。尽管目前车用蓝牙无线传输技术,大都还只是停留在汽车上的电话系统,不过,其它多样化的应用则随时都有可能会出现,比方说,短距离的车辆检测系统、车与车之间的系统传输技术,乃至于汽车安全检测技术、通信传输等众多服务,最终的目标就是让汽车能进一步贴近智能化。

 

关键字:电子  ——  无线  蓝牙

编辑:吕海英 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/news/car/200802/article_17895.html
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