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蓝牙的10年前途无限

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产品概述:

蓝牙的名字源自维京时代的丹麦国王Harald Blatand,他统一了丹麦并且征服了挪威和瑞典,因为爱吃蓝莓张了一口的蓝牙,被后世的人称作“蓝牙王”。Ericsson 10年前将自一个新的无线接口技术也取名为“蓝牙(Bluetooth)”,希望由这一技术能统一无线接口规格,连接各种功能不同的设备,例如苹果计算机和微软鼠标,让人们可以随时享用低成本、低耗电且保密的短距离无线技术传输。
 
       初期的蓝牙技术应用产品并没有被商业化,一直到2000年,在这短短八年中,已经有超过15亿件蓝牙设备问世,蓝牙技术联盟(Bluetooth Special Interest Group, SIG),也拥有10000名会员(第一万名是蓝牙立体声耳机设计公司JayBird Gear LLC)。

       到今天,消费者对蓝牙技术的认知已经很清晰,围绕国王Harald名字第一个北欧字母符号的蓝色椭圆形在全球广为人知。蓝牙技术最早的消费性应用是手机的无线耳机,可让使用者以免持接听的方式通话。如今,蓝牙技术应用延伸至笔记式电脑、PDA、相机、打印机、鼠标、键盘、MP3 、音响、汽车甚至是像心脏监视器这样的医疗器材上。



蓝牙技术围绕国王Harald名字第一个北欧字母符号的蓝色椭圆形


       但是某种意义上,消费电子对于蓝牙技术一直是个挑战,因为蓝牙被限定以通信和语音数据传输为中心,这并非消费电子制造商关注的焦点。蓝牙不是没有在消费电子领域努力过,但至少在数码相机和摄像机市场没有什么大的突破,反倒是在立体声耳机和游戏机市场收到普遍欢迎,这2大市场占据了蓝牙在消费电子市场80%的份额。

     “当消费者对蓝牙技术越来越熟悉且需求更多时,原有的蓝牙耳机制造商便开始扩大蓝牙技术的应用领域,且开创接口设备的新市场。”ABI研究机构资深蓝牙技术分析师 Stuart Carlaw 表示,“蓝牙技术被广泛接受的结果扩大了应用领域及创新的产品,如支持蓝牙功能的夹克、内置蓝牙麦克风的头盔、拥有蓝牙耳机功能的太阳镜、Sony PlayStation 3及任天堂 Wii 的游戏控制器。我预计下一轮的蓝牙技术将会在家庭娱乐、医疗及健身设备上大有作为。”

       和手机的语音通信不同,消费电子的无线链接需要更高的传输速率,并且对声音、图像和视频的质量要求更高。为此,蓝牙技术联盟通过与各种无线技术的合作或合并,大力拓展蓝牙技术roadmap。这些无线技术包括高速传输蓝牙应用的UWB、简化连接的NFC 技术,以及Wibree技术。


蓝牙+UWB/WLAN

        2006年,蓝牙技术联盟宣布选择WiMedia联盟(WiMedia Alliance)的超宽带技术作为蓝牙技术的高速解决方案。在推出应用于多数蓝牙设备中的超宽带技术之前,两大联盟将继续携手研发蓝牙与超宽带技术的兼容性。同时蓝牙技术联盟将充分利用IEEE 802.11——目前已在许多对速度要求比较苛刻的设备中得到普及的一种技术。

       蓝牙技术联盟正积极研发创新的无线射频替代方案。除支持消费类蓝牙设备继续使用蓝牙协议(protocols)、功能 (profiles)、安全(security)和配对(pairing)外,该方案还将支持其临时使用设备中预置的备用无线电实现更快的传输速度。正在制定这一规范的蓝牙技术联盟成员把这种架构称作“MAC/PHY交替射频技术” (Alternate MAC/PHY),联盟成员将采取“两步走”的方式促成这项规范的出台。

        蓝牙技术联盟执行董事麦弗利博士(Dr. Michael Foley)表示:“这其实就是基于蓝牙技术下的无线传输。我们要做的就是,一方面使用蓝牙协议(protocols)、功能 (profiles)、安全(security) 和架构中的其它要素来发挥蓝牙连接的传统优势,另一方面让蓝牙设备能在必要时利用现有802.11技术的速度优势,更快速地发送批量影音娱乐数据。在无需使用高速的802.11技术时,设备就会恢复蓝牙连接,开始正常运行,以优化电源管理和设备性能。”

        “两步走”提速计划可以让蓝牙设备在现有802.11技术的基础上实现平稳演进,并为将来采用超宽带技术做好准备。支持Alternate MAC/PHY的核心规范已进入研发阶段,预计将在2009年年中面向成员公司发布其核心技术规格。

         NXP 半导体已经在Nexperia 5210系统方案中实现了用户同时利用利用蓝牙和WLAN的功能。5210包括一个来自 Kineto Wireless 的非授权移动接入(UMA)软件栈,因此在家中可以使用固话的宽带网络,而在旅途中则通过移动网络接入。蓝牙与 WLAN的同时应用可以使这些呼叫通过蓝牙耳机完成。为了在不影响数据流量或语音/音频质量的同时,应对WLAN与蓝牙在相同频段和物理地址下运行的挑战,NXP 在 5210 的基带、低功耗 802.11g WLAN芯片 BGW211与支持蓝牙2.0 EDR 的 芯片BGB210S内集成了一套复杂的共存算法。因此两种连接功能可以无干扰地同时运行,另外还特别增加了针对语音应用的附加算法。
蓝牙+Wibree

       去年,蓝牙技术联盟将低耗电Wibree无线技术纳入旗下,着手开发超低耗的蓝牙标准ULP 蓝牙技术。第一个规格版本预期在2008年推出,其应用产品也将于2009年上半年问世。

      Wibree技术的信号能够在2.4-GHz的无线电频率内以最高达到每秒1兆位的数据传输率覆盖方圆5到10米(大约16.5 到 33英尺)的范围。Wibree技术可以很方便地和蓝牙技术一起部署到一块独立宿主芯片上或一块双模芯片上。既可补足蓝牙技术在无线个人区域网络 (PAN) 的应用,也能加强该技术为小型装置提供无线连接的能力。

       包括CSR在内的多家厂商已经宣布一起测试业内首款ULP蓝牙芯片,并将于2008年在市场推出。TI也在ULP蓝牙规范发布不久, 宣布将利用在 ZigBee、低功耗 RF 以及移动连接等领域的专业技术,开发针ULP芯片和解决方案。TI 利用在微控制器与蓝牙解决方案等低功耗器件的技术,为两种类型的 ULP 蓝牙实施技术开发解决方案:一是面向手表、传感器以及其它微小型器件的单模技术,二是面向同时与单模和手持终端等传统蓝牙设备通信的双模技术。

       TI同时还看到了ULP 蓝牙与 ZigBee 的技术互补, ZigBee 是一种面向低功耗基础局端的网状网络技术,支持数千节点,而 ULP 蓝牙则是一种低功耗特定网络 (ad hoc networking) 技术,能在计算机与移动电话等设备与少数节点间建立连接。

       ULP 蓝牙技术开创了一个新的蓝牙连接市场,使手表、训练鞋、电视遥控器和医用传感器等产品能够与移动电话及电脑进行通信,帮助蓝牙开拓医疗、运动装备和健康用品等市场。

手机蓝牙芯片迈向集成化

        蓝牙的最大应用还是在手机市场,受手机普及的推动,蓝牙芯片的出货量一直在增长,单价随之滑落,iPhone采用CSR 的蓝牙芯片,成本只有1.90美元,但低成本的优势同样反作用推动蓝牙的渗透,有不少ULC(超低成本)手机芯片供应商已经宣称,未来蓝牙、FM等功能将是ULC手机的标配。

       手机蓝牙芯片大致可分为三种型式:蓝牙基带/射频芯片组、蓝牙基带/射频集成芯片和蓝牙/FM集成芯片。

       在蓝牙芯片组中,蓝牙功能以基带+射频芯片的组合型式提供,主要应用在Sony Ericsson与Sharp的EMP(Ericsson Mobile Platform)以及Qualcomm的CMDA与UMTS的“MSM”解决方案上。蓝牙射频芯片与带通滤波器(BPF)集成在低温共烧陶瓷 (LTCC)上。值得注意的是Qualcomm在“MSM”解决方案里,成功将蓝牙基带芯片集成到手机基带芯片上,并同过该公司定义的“Blue Q”接口与射频芯片相连接,同时提供手机与蓝牙功能。Qualcomm希望这一接口能成为市场上的主要的推动力,但是由于CDMA市场规模因素,加上Qualcomm对于IP的严格控制,所以手机厂商的态度并不积极。尽管如此,Qualcomm的这款CDMA与蓝牙集成芯片还是开创了手机与无线连接芯片集成应用的先驱。


        蓝牙集成芯片则是已将应用在手机上的蓝牙基带芯片与射频芯片集成,是目前最常见的解决方案,Nokia和Motorola的机型都采用这种方式;蓝牙芯片以前通常是与手机共享晶振,但是考虑到低功耗以及手机与蓝牙可以同时工作等因素,现在集成了专用的晶振。除了基带/射频芯片外,还可以额外集成开关与P A,不过成本较高。

        蓝牙/FM集成芯片出现在2005下半年,主要被Nokia采用。蓝牙 /FM单芯片将蓝牙芯片与FM Tuner集成在LTCC上,并同时增加了带通滤波器(BPF),没有集成专用的晶振。2006年以后,Broadcom、TI等公司陆续推出自己的方案,例如:Broadcom 的“BCM 2048”采用130nm工艺CMOS技术将蓝牙基带处理内核、2.4GHz频带的RF收发器以及FM调谐器电路同时封装到了单芯片IC中, FM调谐器电路可作为蓝牙的收发器独立工作;TI的BlueLink6.0 平台包括TI的 BlueLink 蓝牙、FM 协议栈以及与OMAP协同的软件;以及最近ST推出的采用65nm RF CMOS工艺制造的支持蓝牙Version 2.1+ ED 的STLC2690。从后者可以看出,原本以封装型式推出的蓝牙/FM集成芯片正在进一步的发展成为真正的单芯片。

         从市场接受度来看,由于蓝牙单芯片的解决方案的兴起,基带+射频芯片组的方式将逐步被冷落,单(集成)芯片成为目前Nokia、Motorola等手机巨头的青睐,也是目前的主流,不过在蓝牙与其他射频技术(FM,GPS等)集成趋势的影响下,纯粹的蓝牙单芯片的份额将有所下降,在ULC手机以及功能手机的驱动下,蓝牙+FM/GPS的集成芯片比例将逐年增加。
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