藍芽技術更上層樓 BT+EDR提升競爭優勢並擴大應用

2005-12-15
藍芽(Bluetooth, BT)技術的問世,引發人們無窮的創造力。小從手機、筆記型電腦,大至汽車,許多的消費性裝置都可以看到藍芽技術的蹤影,這項革命性的無線技術被認為是成功整合通訊與電腦業的最佳選擇...
藍芽(Bluetooth, BT)技術的問世,引發人們無窮的創造力。小從手機、筆記型電腦,大至汽車,許多的消費性裝置都可以看到藍芽技術的蹤影,這項革命性的無線技術被認為是成功整合通訊與電腦業的最佳選擇。  

從藍芽標準的制定以來,藍芽SIG(Special Interest Group)仍然持續不斷對藍芽技術進行修正與改版的工作,目的即是期望藍芽技術能夠充分滿足系統產品更易於使用的需求,因此藍芽標準版本不斷演進,對於整體藍芽市場發展有相當關鍵性的影響。而對於藍芽廠商而言,能否確實掌握藍芽核心技術,並推出可發揮技術特性的產品,是提升產品競爭力的重要關鍵。藍芽晶片供應商CSR表示,到2005年底,藍芽將在中階手機市場獲得普及,而隨著藍芽2.0規格及改進型資料傳輸率(Enhanced Data Rate, EDR)標準的發布,CSR將藉著符合藍芽2.0及EDR規格的新一代產品,在PC領域拓展藍芽的應用層面。  

藍芽標準逐步升級  

藍芽技術標準在近幾年有顯著發展,尤其是最近的1.2及2.0版本。在1.2版本中增加幾項特別功能,像是適應性跳頻技術,延伸同步連結導向通道技術(Extended Synchronous Connection-Oriented, eSCO)及快速聯結模式等功能,並可向下相容1.1版本。  

藍芽的頻率是使用2.4GHz ISM,也就是工業、科學以及醫療使用的開放頻段,因此容易受到周遭其他使用相同頻帶裝置,例如遙控器、無線網路和微波爐等的干擾,為了避開與其他無線訊號之間的干擾,所以採用適應性跳頻技術,此技術能自動偵測並避開其他訊號所占用的通道,以增加效率。  

由於藍芽的語音資料傳輸應用較為廣泛,所以藍芽SIG在1.2版本中加入延伸同步連結導向通道技術,以eSCO通道作為標準SCO傳輸的延伸,並透過eSCO的運作,來對語音傳輸進行錯誤偵測工作,並適時提供語音資料重傳,這樣就可在現行傳輸速率下提供具高度QoS的音訊傳輸訊號。  

為了讓藍芽的使用者更快速方便操作,新版本也加入First FHS與交錯式掃描(Interlaced Scan)技術,以使連結的過程更為穩定、更便捷,進而吸引更多的藍芽使用者。  

2004年11月藍芽SIG公布藍芽2.0,此版本最特別的就是改進型資料傳輸速率,在此規範中藍芽的傳輸速率將能達到最大3Mbps。為何會有藍芽2.0呢?就像電腦工業一樣,由於應用越來越多,速度與資料量總是不斷提升,在藍芽1.2中,傳輸速率達到最大1Mbps,實際上真正的傳輸速率最高也只到723kbps,而為了符合未來更多的應用,藍芽2.0已將資料量增加到3Mbps。然而,目前無其他運用需要用到3Mbps的傳輸速率,例如高品質的立體聲訊號傳輸速率最大也只用到345kbps。  

藍芽2.0+EDR提升優勢  

藍芽標準規範2.0+EDR以下幾項特點:  

‧資料傳輸速度可達當前速率的3倍(在某些情況下可高達10倍)  

‧通過減少工作負載迴圈(Duty Cycle)降低能源消耗  

‧頻段增加簡化多連接模式  

‧可與以往的藍芽規範相容  

‧進一步改善誤碼率(Bit Error Rate, BER)的表現  

EDR的最大資料傳輸率為3Mbps,而現有標準的藍芽速率是1Mbps。傳輸率的增加還意味著,如果資料量不變,那麼EDR無線電的活性將比標準的2.0版本無線電少三倍,因而降低耗電,這種特點對藍芽的應用來說非常重要,而且當藍芽越來越普及時,使用者可能同時使用多個藍芽裝置,這時擁有足夠的頻寬將可以順利使用,不至於等其中一個應用結束,再進行另一個應用。  

接著為大家介紹,為何藍芽2.0可支援傳輸速率?最主要的原因就是它的資料部分用不同的調變技術,而藉著這種方式又可以簡單的與之前的1.2版本相容。藍芽是利用封包的方式來傳輸資料,主要由四種不同的元素組成(圖1):  

‧存取碼(Access Code):利用它來確認接收近來的資料  

‧標頭(Header):描述資料的類型與長度  

‧資料封包(Payload):傳輸的資料  

‧封包內保護頻段(Inter-Packet Guard Band):用來避免兩組傳輸資料衝突  

在之前的藍芽標準中,存取碼、標頭和資料封包是使用GFSK調變,藉由載波頻率轉移+/-160kHz來表示0與1的資料,此時1的Bit表示1個Symbol,而藍芽2.0中,存取碼與標頭仍使用GFSK調變,但資料部分增加兩種新的調變方式。另外,必須在標頭與資料封包之間加入一段5μs的保護頻段,並在資料封包的最前端加入11μs的同步序列。  

利用頻率調變  

在藍芽2.0中定義新的調變方式讓傳輸資料能達到2Mbps,而此種調變方式就是pi/4 DQPSK(pi/4 Differential Quaternary Phase Shift Keying),之前的版本是利用頻率調變,而新的方式則是利用相位進行調變。這種方式在一個Symbol中包含四個相位位置,利用2個位元來進行編碼,與之前的GFSK比起來增加一倍資料量,所以傳輸速率變成2Mbps。  

更高速的調變方式  

為了傳輸更高的速率,更進一步的調變就是8DPSK(Eight Phase Differential Phase Shift Keying),在8個相位位置上進行移動,就是利用3個位元來進行編碼,所以傳輸速率可達到3Mbps。  

定義10種新封包格式  

藍芽2.0也定義10種新的封包格式來傳輸高速資料,5種用來加強傳輸速率、3種分別用來傳輸1、3、5個時槽的非同步資料封包,另外2種則為傳輸3個及5個時槽的同步語音資料封包。在這些新的封包格式裡並不包含前置錯誤矯正(Forward Error Correction, FEC),如果需要用到FEC時,系統將會自動轉成標準封包。然而大部分的藍芽應用都是短距離的,所以幾乎都是訊號強,連線品質又好,所以不須用到FEC。  

為了讓接收機解到正確訊號,必須去判斷收到的封包格式,之前的版本是在標頭中指定4個位元的資料,然而若要利用這4個位元去判斷新的封包則是不足夠。而若改變標頭格式,又無法向前相容,必須定義不同的鏈路模式,當兩個2.0或EDR裝置互相溝通時,會相互溝通對方的資料,而此方式又能讓兩個裝置達到一致性,並傳輸必要資料。  

2.0版本對於藍芽來說是非常具有意義的,它讓藍芽技術不至於在市場上被淘汰,由於它的出現,未來將會有更多使用者來使用藍芽,讓藍芽在市場上起死回生。  

(本文作者任職於R&S)  

(詳細圖表請見新通訊57期11月號)  

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