蓝芽技术 - 无线通讯的最佳解决方案

蓝芽技术 - 无线通讯的最佳解决方案

蓝芽技术于日常生活影响深远
蓝芽技术Blue Tooth）是新一代无线连结科技，也是通行全球的无线连结标准，由于是使用成本低功率的无线电传输技术，让不同产品(例如打印机、PDA、PC、传真机、键盘、Notebook)于短距离进行数据传输及沟通，因此蓝芽不必使用任何有线的传输线路(例如电线或缆线)，就能连接各种数字设备，让所谓的行动通讯美梦成真。蓝芽技术已经成为袭卷通讯产业的杀手级技术，也即将成为行动电话、个人计算机、笔记型计算机和其它电器设备的标准功能。

蓝芽为短距离的无线局域网络传输标准
蓝芽为短距离的无线局域网络传输标准(长距离的无线局域网络传输标准为IEEE 802.11)，蓝芽起源是从行动电话而起，为了要解决行动电话及其周边相互联机的方便性，由易利信、诺基亚、IBM、东芝及英特尔等厂商共同所定义及发起的无线传输技术标准。而在2001年Comdex Fall计算机展，让人意外地发现无线通讯应用产品已经愈来愈多了。其中包括了笔记型计算机、PDA、数字相机等，大部份都已具有蓝芽或IEEE 802.11架构之无线传输功能。将来如何进一步将「无线」的概念「生活化」，不再只是局限于信息产品，是无线通讯技术未来发展的方向。如「信息家电」就是一个应用无线通讯技术之新兴概念…「空心菜吃完了，怎么辨？没关系，只要在信息冰箱中的控制面板输入『购买』，透过无线传输，商家便会将空心菜自动送达。」无线局域网络(Wireless LAN)成为未来的主流已是一个很接近的梦想，目前机场，以及若干连锁咖啡店、饭店、书店、图书馆都已经建置了无线局域网络。

蓝芽技术与红外光无线传输技术(IrDA)相似，皆为短距离的无线传输。但是红外光无线传输装置在进行数据传输时需将两传输装置对准，而蓝芽为「点」传输技术，在进行传输时，数据从发射点以球状向四面八方进行传输，故在应用性及方便性上而言，蓝芽技术是比红外光无线传输方便多了。

蓝芽的运作原理 - 跳频展频技术
蓝芽技术运作的原理主要是运用跳频展频技术(Frequency Hopping Spread Spectrum -- FHSS)方式，使蓝芽芯片的两端，以某一特定形式的窄频载波同步地在2.4MHz频带上传送讯号。详细来说，此FHSS的传输技术，是将欲传输的信号透过一系列不同的频率范围广播出去，而由传送装置先倾听频道(Listens Channel)，若侦测出频道处于闲置状态时，信号便由此频道传送出去；反之，若侦测出频道为使用中，便使用跳跃程序进行传送。重要的是，传送与接收必定要同步切换频道才可以正常接收数据。蓝芽最多可进行1对7的传输，除了数据之外，也可以使用CVSD (Continuous Variable Slope Delta-Modulation)技术来进行语音传输及使用分时多任务(TDMA)协议技术之通讯协议。在蓝芽技术中，无线电的发射功率为0dBm (Power Class 3)，传输范围约为10m，将来可以达到50公尺。传输功率的范围为1mW到100mW (Power Class 1、2)，传送功率的大小与系统的需求有关，但是要达到100mW功率的传输时，则须在射频前再加上一个射频放大器(Power Amp)装置，以增益约为20dBm的功率放大。传输速率(Transfer Rate)理论上为1Mbps，实际有效速率最高只可达721kbps，未来可以达到12Mbps。

蓝芽技术的理论架构
蓝芽系统的基本架构可分为Link Manager & L2CAP 、Radio & Baseband、Application Framework & Support及Host Controller Interface等四个层次类别：
• Link Manager & L2CAP (Link Layer Control & Adaptation Protocol)：底层通讯协议的功能，Link Manager负责Baseband连结的设定，释放及管理；L2CAP负责包割与组装(Segmentation & Reassembly)、通讯协议多任务处理(Multiplexing)、服务质量(QOS：Quality of Service)等服务功能。
• Radio & Baseband：硬件模块的设计，具有射频处理和基频调变的功能。其中，Radio射频模块(RF Module)负责频率合成、数据转换和噪声过滤；Baseband基频处理则负责讯息编码及加解密编码、跳频以及封包处理等。
• Application Framework & Support：可依据语音、数据、控制等不同之需求，提供应用软件所需的通讯协议功能与相对应之应用程序接口。在此层面下又包括有RF Comm、SDP(Service Discovery Protocol)、TCS (Telephone Control Service)等三种架构，分属不同的技术任务。
• Host Controller Interface (HCI)：负责界定蓝芽与Host设备间之连结界面的控制指令，在HCI这部份一般可以分为USB、RS232、UART等三种界面。

蓝芽技术衍生出多样化应用产品
蓝芽技术的应用包括了：计算机与计算机之的档案传送(Computer to Computer File Transfer)、拨接网络模式(Dialup Networking)、自动数据同步(Automatic Synchronizer)、三合一的行动电话(The Three In One Phone)、头戴式耳机(Ultimate Headset)、计算机上的免持听筒应用(PC Speaker Phone)、无线遥控PC连结使用(Cordless Desktop Computer)、明信片的实时传送(Instant Postcard)、精简计算机应用(Hidden Computing)、汽车无线耳机使用(Handsfree Car Kit)、网络桥接(Internet Bridge)、互动会议(Interactive Conference)等。
而蓝芽技术应用之电子产品包括：个人数字助理PDA）、行动电话(Mobile Phone)、无线电话(Cordless Phone)、笔记型计算机(Notebook)、打印机(Printer)、数字相机(Digital Cameras)，局域网络(Network)等，可以将这些有线的产品变成无线。

蓝芽技术未来发展无可限量
蓝芽技术不但传输量每秒钟可 达1MB，同时可以设定加密保护，每分钟变换频率一千六百次，因而很难截收，也不受电磁波干扰。 蓝芽比一般传统式红外线传输更快，且不用点对点的成一直线，即可有高效的无线传 输效果。这就是蓝芽科技在传输方面的好处，它能够允许两个装置，在不排成一直线 的状态下，还能够以无线的方式传送数据。不像红外线传输，你必须对准两个传输端口成一直线才有办法传送数据。蓝芽传输甚至无视于墙壁、口袋、或公事 包的存在而可以顺利进行。而且蓝芽的数据传输速度比红外线传输还要快，每秒钟高达1MB。
蓝芽无线装置最终的目地是在整合一个通行于全世界的短距离无线电连结，其应用范围横跨了通信、计算机周边、信息家电、消费电子、网络、汽车等不同的领域。支持蓝芽规格的业者包括世界级科技大厂，如易利信、诺基亚、摩托罗拉、IBM、英特尔、朗讯、微软、东芝、3Com等，Putscher表示，有这些世界级大厂的全力支持下，蓝芽传输技术正逐渐串起办公室内的种种设备。

蓝芽技术的优、劣势分析
由于蓝芽技术最初是由易利信、诺基亚等拥有超过40%市场占有率的行动电话大厂所发起的，其目的是在扩大行动电话的应用及提高行动电话的需求与价值。现在全球近亿台的行动电话使用量与未来可能发展至全球数亿台的行动市场的商机，对厂商而言是极为诱人的。同时，任何电子产品与行动市场配合，则其市场需求量即可能暴增数倍。所以不管IC业者，小家电、信息产品乃至工业产品，莫不争相研究蓝芽规格以期望开发创新产品。无线通讯现有的规格有很多种，以应用环境而言，Home RF适合于室内短距离的传输，如家庭的个人计算机、或Cordless电话等家庭无线网络。而无线网络若较长距离的应用，则需使用IEEE　802.11规格。IEEE 802.11b也称为Wi－Fi，虽然此技术发展时间并不长，现今却是无限局域网络的主要标准。IEEE 802.11b大部分应用于连结电算产品和网络，蓝芽技术则提供计算机之间的联系，替代原有的缆线、传输线或红外线传输。现今蓝芽传输的最远距离大约只10公尺，而IEEE 802.11b最远可达100公尺。蓝芽技术主要在建构一个无线的通讯网路，虽然参与的厂商与日俱增，逐渐形成一个炙手可热的趋势，但是仍有其潜在的隐忧，以下为蓝芽的未来的优劣势分析：

蓝芽技术优势：
1. 芯片成本较低：对无线通讯装置使用的芯片而言，单一芯片(One Chipset)为降低成本的主要方法，相较于IEEE 802.11及Hone RF而言，将蓝芽芯片制成单一芯片的门坎较低。原因为蓝芽为一种短距离的传输技术，所消耗的电力较小(发信时20~30mW，待机时则低于0.3Mw)，且最低收讯灵敏度，仅仅-70dBm，故单一芯片技术制作较其它系统容易。
2. 通讯频带最一般化：蓝芽传输使用不须额外申请许可的2.4GHz ISM频带，故通讯频带最一般化，且在全世界几乎皆可通，故较易制造此收发通信模块，大大地增加蓝芽的发展性。

蓝芽技术劣势：
1. 易受其它频率干扰：在一般家用电器中，有些产品的电波频率与2.4GHz相近，可能会和蓝芽的应用产品发生干扰的问题。虽然针对此一困难，蓝芽将整个频宽范围割成79个频道，并使用每秒跳跃1600次的频道跳跃技术，只要某一频率遇到干扰立刻会切换到另一频道。但是如果无线电波频率过多，难保仍会有相互干扰的问题。
2. 传输速度慢：蓝芽为无线通讯的网络传输技术，因此对于建构一个良好的局域网络可能有着速度上的问题。蓝芽系统的主机最多可连接7台从属装置，最高传输速度为712kbps。但事实上可能仅达200~400kbps，相对于目前有线环境(LAN)下10/100Mbps的传输速率还有不小的差距。如果此些劣势无法在未来解决，可能造成蓝芽的应用仅仅为短距离的传输。

蓝芽技术架构开放，应用「无线」宽广
尽管蓝芽技术仍有一定的限制，但由于蓝芽是一个开放的系统架构，限制较少，没有权利金或专利权的问题，更是世界公认的标准，且蓝芽应用领域横跨网络、通讯、家电、信息等产品，为该等产品提供相互整合的机会。相信在不久的将来，建置蓝芽芯片的产品将不断推出，让我们的生活更加「无线」宽广。

蓝芽技术多元化应用，造就多项热销商品
蓝芽无线装置最终目的，是在整合一个通行于全世界的短距离无线电连结，其应用范围横跨了通信、计算机周边、信息家电、消费电子、网络、汽车等不同领域。而蓝芽技术可广泛地应用在各类电子产品上，轻易地将个人数字助理PDA）、行动电话(Mobile Phone)、无线电话(Cordless Phone)、笔记型计算机(Notebook)、打印机(Printer)、数字相机(Digital Cameras)，局域网络(Network)等这些有线的产品变成无线。已衍生出的实际应用，包含了：计算机与计算机之的档案传送(Computer to Computer File Transfer)、拨接网络模式(Dialup Networking)、自动数据同步(Automatic Synchronizer)、三合一的行动电话(The Three In One Phone)、头戴式耳机(Ultimate Headset)、计算机上的免持听筒应用(PC Speaker Phone)、无线遥控PC连结使用(Cordless Desktop Computer)、明信片的实时传送(Instant Postcard)、精简计算机应用(Hidden Computing)、汽车无线耳机使用(Handsfree Car Kit)、网络桥接(Internet Bridge)、互动会议(Interactive Conference)等。

蓝芽技术受青睐，市场发展蓬勃
二十一世纪个人行动通讯的使人们感受信息撷取益发重要，而蓝芽技术强调了通讯与信息的结合，连结了计算机设备、手机、PDA、以及计算机接口设备等，提供了无线行动通讯、上网及相关产品相互结合的前景。蓝芽技术因强调体积小、价格便宜、易于使用，而普遍的为大家所青睐，当蓝芽技术的实用产品成熟，应能应用于短距离的无线通讯环境，相信对整个通讯和信息产品生态将造成相当的改变，大大增加人类的生活便利性。

蓝芽与IEEE 802.11相辅相成，前景看俏！
英特尔通讯事业处副总兼总经理Sean Maloney日前参加英特尔开发者研讨会曾指出，蓝芽技术能让手机、笔记型计算机或PDA之间短距离建立无线网络，而IEEE 802.11则逐渐成为长距离无线传输的主流。Maloney表示：「蓝芽技术已经成熟，在利基市场中应该会持续有所斩获，而IEEE 802.11则是无线以太网络传输技术，提供更快的传输。使用者将以自行需要采用不同规格，目前大型企业纷纷采用IEEE 802.1，而蓝芽将普遍用在取代讯号线，预计到了2007年大部份装置都配有蓝芽传输，商店也将利用它做交易。」企业网络将以IEEE 802.11为无线规格，IEEE 802.11b则将成为公用网络做为高速无线传输。但是，IEEE 802.11成本比蓝芽高、耗电也较多，所以不容易与手机等随身装置作结合。将来的电子装置将有多种通讯选择，如：蓝芽、无线局域网络(Wireless LAN) IEEE 802.11等，使用者会依照成本、需求做为决定。所以，与其说未来是蓝芽与IEEE 802.11的一场战争，不如说是两者相辅相成，共同造就人们一个「无线」的未来！

理工人才活跃于蓝芽技术领域
蓝芽技术领域的工作大致可分为软硬件设计及机电整合两部分，人才的要求则包括了C/C++、Windows programming、韧体及Device driver等撰写能力，IC设计、系统开发及分析、各种通讯协议的设计等，涵盖了电机、电子、电信、信息、物理、机械及相关科系的人才，是理工人活跃的舞台。当然，英文说写流利在现今的高科技产业已是基本要求，较知名的企业大多会要求英文能力要能和外国工程师进行交谈，所以理工人在增进自己理工基本能力的同时，也要特别加强英文的进修，以免面试之时，因为英文能力的不足造成应征工作失败，或是因为英文能力的不足造成将来升迁机会的流失。