藍芽2.0+EDR拓展疆域 新應用層出不窮 超乎消費者想像

2006-06-16
藍芽無線技術在手機、手持式裝置以及車用免持聽筒等市場已發展得相當成熟。在成功搶下灘頭堡後,藍芽逐步擴展到其他領域。拜藍芽技術的高普及率之賜,加上持續擴充許多尚未開發的功能,讓藍芽得以開發出許多新用途。許多業者正利用新擴充的藍芽規格發展出許多新產品功能。
在所有新款蘋果電腦(Apple)筆記型電腦中,藍芽技術已成為標準配備,藍芽無線技術如今已成為消費者期盼與要求的功能。然而大多數的應用都依賴藍芽技術在推出時所規畫的功能,在過去18 個月,藍芽技術已有相當程度的改進。在2003年中推出的1.2版規格,及在2004年末問市的2.0版規格,讓研發業者有機會開發具備更快資料傳輸率、耗電更低、語音與資料連線更穩定的藍芽產品。  

隨著大量的程式碼被轉移到唯讀記憶體(ROM),藍芽晶片的設計亦不斷改進。晶片廠商現已開發出單晶片藍芽解決方案,採用尺寸不到4×4mm的晶片級封裝。這些規格與硬體方面的改進,不但讓嵌入型藍芽技術能發展出各種新型態應用,亦讓研發業者能從藍芽設計中發揮更多的功能。  

藍芽規格是在1998年定案,當時就特別注意在規格中保留充裕的彈性與調整空間,以確保無線通訊媒介維持穩定度與安全性。藍芽技術在經過一連串的改良後,大幅提升效能、互通性,以及如無線區域網路(WLAN)這些無線標準之間的共存能力。  

在2003年中,藍芽技術聯盟(Special Interest Group, SIG)發布規格的重大改版。當時推出的1.2新版規格帶來更穩定的連線功能,並增進與其他無線標準之間的共存能力,尤其是像使用2.4GHz頻段的802.11b/g技術。  

AFH改良FHSS  

可調性跳頻(AFH)是其中一項改良技術,AFH進一步改良基本藍芽規格中的標準跳頻展頻 (FHSS)技術,讓藍芽裝置能監控傳輸連結的品質,研判在特定頻率中是否有效率不佳的頻道。若產生這樣的頻道,藍芽裝置就會調整跳頻的次序來避開不良的頻道,藉以提升資料傳輸率。AFH衍生的一種附帶利益,就是若原本產生干擾的來源是WiFi裝置,在採用AFH後,WiFi裝置就能達到更高的傳輸速度。  

延伸同步連結導向型通道  

藍芽規格擴增的另一項寶貴技術是延伸同步連結導向(eSCO)連結,它特別適合應用在運作條件嚴苛的汽車環境。以往的SCO資料傳輸機制透過藍芽通道來傳送語音訊號,本身的穩定度與效率已不足以因應實際的需求,eSCO連結提供勝過標準SCO的品質與彈性。  

在干擾源環伺的無線電環境中如汽車內部,在兩個藍芽裝置之間使用標準SCO通道,因同步傳輸的特性,故可能因訊號干擾而產生聲音斷斷續續的現象。在運用eSCO後,由於能減少同步語音資料重新傳輸的數量,故能大幅提升音質。  

1.2版規格中採用的eSCO則使用3時槽的封包來同步傳送語音或資料。這意謂著eSCO能達到100kbps的連結速度,反觀1.1版只能達到固定的64kbps。這是因為使用單時槽封包時,由於封包之間在改變傳輸頻率時耗掉許多時間,另外浪費掉許多傳輸容量。  

在eSCO機制中,每個封包都有循環冗餘檢查(CRC)碼,讓接收器能檢查是否正確收到完整封包內容。再配合收悉通知機制,接收端在遇到接收錯誤或封包遺失的狀況時,能發出錯誤通知。預留的重新傳送時間,讓發送端有機會重新傳送未收到收悉通知的封包。  

就編解碼器(數位傳輸使用的編/解碼器)的角度而言,重新傳輸代表丟棄封包的數量得以降低,聲音訊號的雜訊會減少。整體而言,eSCO意謂相同的編解碼器能產生更高的音質。  

每個eSCO系統控制主控端eSCO封包的傳輸,從屬端透過正常SCO規則進行回應(從屬端即使沒有收到主控端傳來的封包,也能進行回應)(圖1)。之後就出現與SCO之間的差別,eSCO提供一個重新傳輸的時間窗口,讓發送端能重新傳送沒有收到收悉通知的封包,直到接到收悉通知為止。eSCO Instant的空間可協商調整。在1.1版規格的SCO中,可選擇三種不同的封包間隔,這三種間隔的傳輸率都是64kbps。在eSCO方面,通道兩個方向的封包長度與間隔都能協商調整,以便進行非對稱式傳輸。  

圖2與圖3顯示採用標準SCO與eSCO汽車環境之間的差異。值得一提的是在1.1版的藍芽規格中,eSCO是1.2版規格的一項選用功能,因此並不是所有藍芽晶片廠商都納入這項技術。  

EDR帶來多重利益  

增強資料傳輸率(EDR)是藍芽SIG組織在2004年6月發布的規格,它提供比基本藍芽規格高三倍的資料傳輸率。EDR是最新版藍芽2.0+EDR的功能子集,EDR需要額外的藍芽認證組織(BQB)元件。目前市面上已出現採用CSR2.0+ EDR晶片(如BlueCore4)與韌體的終端產品。  

藍芽EDR提供3Mbps的資料傳輸率,勝過1Mbps的藍芽標準傳輸率(1.1與1.2版),3Mbps的額定傳輸率提供2.1Mbps的實際應用傳輸速度。  

就任何通訊技術而言,速度愈快愈好,藍芽技術也不例外。但EDR背後的規畫,尤其是選擇更高的資料傳輸率,應考量的不光只是提高速度而已。  

EDR帶來多重連結的利益,標準型藍芽應用大多不會需要超過1Mbps的資料傳輸率。例如,即使高品質的立體聲訊號(使用強制性SBC編解碼器)最多也只用到345kbps的流量。但隨著藍芽技術日趨普及,愈來愈多使用者會同時使用多個藍芽傳輸通道。在個人電腦平台上尤其經常看到這種狀況,很多人會一邊使用藍芽滑鼠與鍵盤,一邊使用藍芽耳機來聽立體聲音樂。EDR讓藍芽有更多的傳輸容量,同時為多個裝置傳送資料。若必須等待滑鼠游標緩慢地回應,使用者就無法忍受這種傳送資料封包的通訊協定。  

出乎意料地,EDR還能降低資料傳輸的耗電量。藍芽無線電的耗電量與運作的時間成正比。由於EDR讓資料傳輸能加快3倍,因此無線電僅須啟動三分之一的時間,因此耗電量只有原先的三分之一。  

之所以會選擇3Mbps的資料傳輸率,一部分的原因是選擇調變機制以及維持後續相容性,另一方面也是因為最快3G手機資料傳輸約為2Mbps,大約接近藍芽應用的資料傳輸率。藍芽技術通常用來作為與其他裝置之間的閘道器,例如個人電腦與PDA,用來存取手機的廣域網路。EDR的傳輸率意謂著當手機資料存取速度向上提升之際,藍芽連結不會成為這類應用環境的傳輸瓶頸。  

在規畫EDR時,和1.2版規格維持後續相容性是一項相當重要的條件,100%的後續相容性,讓EDR與標準傳輸率的裝置能在同一個網路中共存。新調變機制也和標準傳輸率維持極高的相容性,讓傳輸與接收能同時運作。簡單來說,設計EDR產品不會比開發1.1或1.2版產品更複雜,因此很明顯產品研發業者必然會採用更快、更省電的2.0+EDR規格。  

視聽模式提供新應用  

以上介紹的藍芽規格演進,為研發業者開拓出一個更寬闊的疆界,AFH、eSCO以及EDR的特性讓藍芽技術適合支援各式各樣的新工作。隨著愈來愈多企業體認到移除工作場所纜線帶來的安全利益,以及省去布線的可觀成本,短距無線傳輸技術的工業應用將快速成長。  

藍芽技術短期在工業應用的推廣速度不快,部分原因可能是大家對藍芽潛力的誤解,許多人一直認定藍芽的傳輸距離只有10公尺,事實上在Class 1規格中就延長到100公尺。eSCO以及AFH帶來更高的強固性,讓藍芽能在嚴苛的工業環境中順利運作。  

對於消費者而言,EDR與eSCO支援許多有趣的用途,其中之一就是新通過的視聽 (Audio Visual)模式。EDR讓立體聲耳機能透過藍芽連線傳送訊號,並同時進行其他藍芽連線。其中一種應用例子就是一對藍芽立體聲耳機能同時傳送來電語音或聆聽音樂,使用者可透過藍芽立體聲耳機聆聽從個人電腦傳來的MP3音樂。當有來電時,手機會透過藍芽連結通知個人電腦裡的應用軟體,並詢問使用者是否想接聽該通來電。若使用者選擇接聽,個人電腦會暫停播放MP3音樂,並通知手機開始通話。當講完電話後,手機會掛斷電話,並通知個人電腦繼續播放MP3音樂。  

另一種相關的個人電腦/手機/耳機應用狀況是「即時通知電子郵件」。例如在繁忙機場中的使用者,當個人電腦收到電子郵件時,會透過藍芽連結通知耳機,公事包內個人電腦所裝的軟體會掃瞄電子郵件,研判是否屬於重要信件。之後軟體會執行文字轉語音功能,透過藍芽耳機向使用者讀出電子郵件的內容。使用者之後可從耳機透過EDR連結發送高品質的回覆訊息,經過語音轉文字的工具,直接寫成回信傳給原寄件者。接收、處理以及回覆信件,所有流程都即時完成,使用者不必停下腳步然後打字回信。  

最後一個例子就是使用更快、更穩定的藍芽連結,與搭載藍芽功能的智慧型房車進行連線。愈來愈多汽車音響內建MP3播放功能,甚至是後座的影音娛樂裝置。使用藍芽技術,使用者可對停在車庫的汽車更新音樂或影片內容。使用者不必攜帶更新內容的儲存媒體到車內,僅須選好內容,再傳送設定到智慧型房車或智慧型住宅,所有更新作業就會在背景模式下自動完成。  

藍芽無線技術持續演進,隨著藍芽SIG組織擴增各種新功能,研發業者將對利用新技術來提昇最終使用者的經驗。  

(本文作者任職於CSR)  

(詳細圖表請見當期新通訊雜誌)  

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