侧观Bluetooth的风姿与困扰

作者： 陈乃塘
摘自：台湾《新通讯》 2001 11月号 第9期

浪迹江湖20余载，从未见过任何一门新技术，会激情带进世界各地的人才、人财，汇成一条庞大的技术长城。他没有不成功的道理，更没有凭空消失的理由。尽管大环境的变量空间吊诡深邃，一门水到渠成的短距离无线通信技术，也许会淘汰不适者，但是，它会找到生命的出路，对蓝牙来说，即使，前有晦暗的时代不确定性，后有802.11b、HomeRF、1394 RF的追兵，其发展趋势，却是非常明确，讲白一点，就是PAN。唯一遗憾的是猥琐的人性，局内者的信息人与局外者的消费者，遗失了该有的理性与智性。鉴古知今，所有的新技术发展历程，多要历经一段养成萌芽期，奈何，现在的老板与专业管理人的耐性一日不如一日，贪心却一日高涨一日，忘了成长是要赋予给他足够的时间与照顾。

此文，先从历史发展的思维，来观察蓝牙之发展历程，并思索其身后潜藏、尚待解决与克服的课题。

回首1999之际，从Intel每一季的技术论坛断断续续的开始看到Bluetooth在未来PC平台的新技术角色。同时，各个相关信息媒体也不落人后大量报导有关这方面的讯息。该时，Intel的FPET6(Future Platform Enabling Tool)揭露了不少与Bluetooth相关的信息。比如说，Bluetooth模块的组件与推出时间，系统与天线的衔接方式，Bluetooth软件的架构以及与BIOS的互动关系，皆有蛮清楚的交待。千禧年之际，竞争参入者，急遽爆发性成长，而.COM公司的泡沫经济，伴随年底过多库存，而引爆世界经济的坠落。Intel于今年，将其Ambler蓝牙模块终结，又让忠诚的追随者又再一次搥心胸。其Recover Plan，推断应该是由其所并购的Xircom来接手。

基本上来说，Bluetooth就是一个短距离、RF射频无线式的数据通信传送技术。其最大的魅力之处，即在于诉求个人风格的年代里，借着每人一机的大哥大携带式电话，就可以轻易地构筑成个人式的信息通信网路。「Ubiquitous」一辞，无所不在的含意，境界就在于此。

您试且可以想象当大哥大话机、笔记型计算机、数字相机、打印机装置、游乐器装置、无线式耳机，甚至是手表时间计测等，皆内置有Bluetooth的收发功能时；您的使用环境无异是变成一个超级个人数据情报网，您我他，谁都办的到。请试着想想这样子的使用情境：

您的携带式情报机器如笔记型计算机等，可以透过大哥大来上因特网或是送收E-Mail，当有电子邮件进来时，您的手表可以用震动或是呼叫的方式来告知您。您数字相机里头的相片，也可以容易地传送到计算机端做加工处理或是编辑，再从迷人的彩色打印机打印出来。携带式MP3播放机利用大哥大下载音乐数据，透过无线耳机来聆听，于Internet上大玩在线游戏之际，又可以听见对手的叫嚣声，多么in又正点的使用情境啊！您也可以像詹姆士庞得(007情报员)一样，新式武器一切掌握尽在手指之尖。

或许如此的部分应用，您也可以从行之有年的红外线的IrDA界面来实现，这话是不错。但是，您可曾留意到，IrDA接口问世至今已经有多年之久，也几乎是每一部PDA，笔记型计算机或Pocket PC的必备IO接口之一。但是，他真的有风行起来吗成为热门的输出入IO接口？相信您的心中必然有所定数。倒是，利用于PDA上的名片个人数据对传，使用的人算不少。

IrDA红外线的传输距离以及角度，固然是其被使用者的诟病所在，个人以为IrDA装置间的「Interoparability」，做的实在不够理想，不够彻底，才是其未能风行的致命原因。

也许，IrDA若是能够早在几年即以开始实行所谓的装置之间插拔测试(Plugtest)，相信其使用方便性必定不是今日的局面，若是早被广泛接受，他的地位就不可同日而语了。

您不妨可以看看PCI、USB的Plugtest所带来的历史经验与成果，就可以了解我在说什么。

不管如何，就目前个人通信以及Internet狂卷全球的时间点来说，Bluetooth的出现无异是搭上一部信息特快车，它会不会让IrDA走入历史，并不是很重要的关注点。重要的是，在不久的未来，「蓝牙」极有机会与802.11b无线网络一起出线，让您为他痴狂。

http://www.bluetooth.com是每一个想知道「蓝牙」信息朋友，必须一逛的网站。从其中可以下载最新的1.1版技术规格。铁定是一部「重量级」的技术规格，足以令阁下惊讶万分。光是「核心规格」(Specification of the Bluetooth System - Core Specification)就有一千余页之多。除了开核心规格之外，尚且有一分称之为「Profile」的规格，也有好几百余页之谱。真是叫人如何来承担呢？

相信有很多人，心中必然存在一个疑问，干吗要搞出两份规格，累不累人哪。「核心规格」比较容易体会是实践完成任何一门新技术产品的必要参考宝典。那么，「Profile」的这份规格，就有一点诡异，作用又是何在呢？

且允许我这么说吧！就以大家比较熟悉的USB接口来说，他依然有一份核心规格，目前是2.0版，用来取代1.1版，是任何工程师或相关专业技术人员开发产品的基本依据经典。此外，尚有一份「USB Interoperability Guideline, ver 1.0」的规范，用来确保各种装置的连接互通兼容性，同时，又经由举办的插拔测试盛会来实际验证。而Bluetooth的「Profile」的规格，其精神所在，就与此相近，只要做如是观即可掌握几分。其实，即是「Device Class」观念的实践。

有时候，很感慨任您英文功力如何的高，要充分看懂整份新的技术规格，也的确不是一件轻松的差事，坦白说，以有形之力与无形的时间赛跑，是苦不堪言的。尤其是，身处新技术规格乱立的时代，产品企画研发人员的日子，除非带点轻松又混混的态度，否则真的很不好过。不过，依据老夫的经验，底下这些原则还是要有所掌握的。

第一：Bluetooth是于1998年5月，由瑞典商Ericsson、美商IBM、美商Intel、芬兰商Nokia以及日商东芝等世界级五大知名厂商，开始致力于标准化活动的近距离无线通信技术规格。

第二：「Bluetooth Version 1.0b」的正式规格于1999年7月对外公开，任何人均可以透过其官方网站来下载其规格信息。2001年的1.1版，是较为正确之版本。

1.0b版与1.1版不具兼容性，看起来很单纯，背后却是一言难尽。因为，介于1.0b版与1.1版之间，还存在着一个1.0b+CE(Critical Errata)的版本。而这三个版本之间的互容性，也存在着微妙的关系。1.0b+CE版、1.1版与1.0版，彼此不相容。但是1.0b+CE版与1.1版之间的互换性，不明确。至于未来的2.0，那以后再说。

目前，唯一可靠的判定方式，即是用时间点来加以区隔。这点务必要小心。

◆Version 1.0b：1999年12月

◆Version 1.0b + CE：2000年10月

◆Version 1.1：2001年4月

第三：Bluetooth的无线最大数据传送速率为1Mbit/sec(实效传送速率约为721Kbps)，最长的传送距离约为10米。

第四：Bluetooth是利用所谓的ISM(Industrial-Scientific-Medical)频带，寄望在全球皆可通行，用不着去申请使用的频带。但是，有一点说来蛮有趣的事情，即是欧美的规定使用频宽是从2400MHz~2483.5MHz，与日本的2471MHZ~2497MHz稍微有一点点出入。日本的各大厂商，有鉴于防止未来具备Bluetooth的大哥大违反日本当地的电波法，遂共同提议给「电气通信技术审议会」，更改成与欧美一致的频带，对于产品的研发少了一层负担。据称，在1999年10月以后，已经有共识，完成更改的法令。

第五：Bluetooth是采用展频(Spread Spectrum)的技术，而其扩散技术则是采用跳频(Frequency Hopping)的方式。在ISM频带内，以1MHz为间隔设定了79个频道(Channel)，每一秒钟之内，跳频1600回，在各个频道切换。大家所熟知的802.11b无线网络，却是采用直接扩散(Direct Sequence)的展频方式。

第六：认识Bluetooth技术基本规格中的一些基本专用术语。在合乎Bluetooth规格的对应机器中，决定跳频型式(pattern)的一方称之为「Master」，与之通信的另一方则是称为「Slave」。一个master可以与其它七个Slave同时通信。此八个机器即是构成一个小网络，特别以「Piconet」来称呼。一个Piconet中的Slave，也可以同时是另一个Piconet的Slave。

第七：Bluetooth的标准化团体「Bluetooth SIG」自从1998年6月成立以来，参加的会员企业数目，已经超过2000以上的知名商社。基本上来说，对于发展对应Bluetooth规格的产品厂商，并无须缴付权利金。但是，为了确保各种装置之间的相互接续性，就有「Bluetooth Logo」的认证问题。

至于「Logo」的认证程序有已经从2000年夏季开始实施。因此，2000年3/4Q，就已经有展品问世。比如说，东芝的PCMCIA蓝牙卡等。

此外，无线设备的技术认证，也免不了。

第八：Bluetooth与PC 2002的存在必要关系，尚且有待观察。与Pocket PC 2002(就是Merlin)的关系，也值得留意。

第九：Bluetooth的软件架构与协议。规格中称之为「Protocol Stack」。

第十：Bluetooth与飞航安全的考量或规制。这方面，要从FAA来得知。

第十一：所谓地「B.L.T」Bluetooth Launch Trial实际验证的实验计划，已经于2001年7月下旬开始实施。

第十二：Bluetooth以及802.11b(Wi-Fi)，由于皆是运用在2.4GHz的频带，同时，也都是采用展频(Spread Spectrum)的技术，两者之间的干扰，势所难免。稍后，回详细探讨这个问题。

相信大家皆有共通的经验，参加任何一场Bluetooth Developer Conference的研讨会，从中得知Bluetooth的目标价格是订在美金5元前后。对于新技术规格的被广泛接受，这个价格带是合乎情理的，可以说魅力十足。只是依照目前的情况来说，能够有10~20美元的价格，可能就很不错了。

毕竟，要达成5美元的目标，除了必须有量的规模之外，也必须运用某些策略才行的通。回首从1999年7月9日，在日本所举行的Bluetooth技术研讨会中，有一个丹麦的通信机器制造商「Digianswer」开始展示Bluetooth的PCMCIA适配卡，他的展示模式有两个可以留意的地方。一个是藉由该块PCMCIA适配卡，可以采用无线的方式，来操作笔记型计算机上的赛车游戏。另一个展示透过该适配卡将另一部笔记型计算机上网的数据，同步传送至另一部笔记型计算机上。据说，该公司在该次技术研讨会中，至少卖出50部以上的开发工具套件。尔后，您就先看到Toshiba推出的产品，其实，就是这个解决方案。

知名手机大厂Nokia、Erricson老早已经开始展示携带电话机的试作机。基本功能不外乎具有PIM(Personal Information Manager)机能的便携式情报机器。这种结果是在人们的意料之中，很多人以为Bluetooth的先锋第一炮，先驱机种必然是大哥大话机。大哥大越看越对味，未来个人信息流通的出入口，无疑地将是话机要扮演的角色。实际销售占有率达全世界话机40%以上的Nokia以及Ericsson，态度相当积极，皆已经在自己品牌的话机纳入Bluetooth的机能。

模拟线路设计能力卓越的日本方面的态度又是如何呢？其龙头老大NTT的计划蓝图又是如何呢？NTT拟在2001年，开始实施下一世代移动通信W-CDMA的服务，而其携带话机有意采用Bluetooth。以目前时间点来看，时程会延迟。

其实，早在1999年5月在东京的老牌「Business Show」中，就已经展示了W-CDMA端末的试作机。只是，目前推出的服务，并未如同i-mode的一炮而红，个人认为与大环境的蜕变，有相当大的依存关系。

除了大哥大话机之外，另一个呼声极高的试金石机种，就是笔记型计算机或是更迷你更易于携带的PDA装置。

笔记型计算机大厂IBM以及Toshiba起初均表示将于2000年第一季，搭载Bluetooth在某些机型上贩售，个人以为应该不会采用PCMCIA的方式，而是采用模块的方案才比较合理，以他们第一线设计厂商的实力，要做到如此的方式，应当不难才对。如PDA便携式情报端末的知名大厂3COM，也表明在其畅销明星产品「Palm Pilot」考虑将Bluetooth纳入。当时，从各种迹象来看，Bluetooth的市场依然看多。

时间总是会清楚告诉我们答案。事实离当初的研判有相当大的差距。东芝所提共的方案，是采用PCMCIA的配接卡。反而是计算机界的Fujitsu、Sony，皆有提供Bluetooth的产品，是以Solution Oriented为本所提供，也就是除了Host端的功能，远程的设备也配套提供。但是，依据厂商的说词，不同公司的制品，互容性不保证。诚如前面所说的，Bluetooth的终极目标价格约在美金5元，在2000年推出的时间点，有机会在20~30美元的价格地带。2001年底，便宜的蓝牙芯片，有机会落在10美元以下(有量的前提下)。

至于说，Bluetooth如何才能够达到美金5元的期望价格，这可就必须来探讨其模块的架构为何。举例来说，I公司有一系列关于Bluetooth的黄皮书，若是依据该书的叙述，一个Bluetooth模块基本上是由「RF收发器LSI」、「Baseband LSI」、「Flash EEPROM」与「天线」等组件所构成的。通常，要Cost Down的常用手法不外乎有两个较为常用与实用的方式，一个是将多个IC单芯片SoC化，也就是功能整合的意思。另一个手法，是尽可能与销售量大的产品共享相通或是相同的组件。以手机具Bluetooth的场合而言，是指与携带话机能够共享Baseband的组件。

其次，我们可以来看整合的解决方案又能够带来怎样的效果。

若是常翻阅国内外信息杂志的报导，可以发现不少半导体大厂，皆有计划将「RF收发器LSI」与「Baseband LSI」两者于2001年之前，实现两者整合为一的目标。如此一来，要达到美金5元的价格目标，希望度是蛮高的！事实证明，已经有CSR、Transilica、Zeevo、Broadcom、Infineon等公司，可以提供样品。

以目前的制程技术而言，「RF收发器LSI」、「Baseband LSI」两者所采用的制造技术有所差异。「Baseband LSI」是采用CMOS的制程技术，而「RF收发器LSI」却是采用Bipolar-CMOS的制程。若是要将两个IC整合单芯片化，又要将制造成本列入考量的话，采用CMOS制程的可能性较高。又，高频CMOS制程技术在2000年左右也已经达到某种程度的成熟，也恰巧Bluetooth可能是该种技术的最大应用市场。此外，也有些厂商则是抱持不同的见解，比如说，日本村田制作所就打算沿用其大哥大所使用的陶瓷多层技术。上述提到，可以提供单芯片蓝牙的公司，清一色全是采用CMOS技术。

翻开Bluetooh的规格书，1.0b/1.1版所规范的最高数据传送度是1Mbit/sec(有效的数值应为721Kbit/sec)，最大数据传送距离为10米(笔者按：10米是指Class-3, 1mW之场合。如果是采用Class-1的100mW，其传送距离也可以达到802.11b的100米)。传送距离看来不会是大问题，也不容易被人所诟病。但是，不到1Mbps的数据传送度，势必被非支持者拿来大作文章，如果将来依然固守这种规格，除了传送距离的优势外，其它的功能，IrDA红外线已经可以满足目前的大部分需求。因此，一个高速版的Bluetooth是可以期待的。Radio2的衍生，就有其必然性。

只是，他的实践方式会是有循序渐进的阶段性方案，还是直接跳到10Mbps高速的方式。无论是何种方案，共通的六大目标是一致的。这六大目标分别是：

低消耗电流、低制造成本、维持向下之兼容性、低相互干扰、全球共享、免权利金等诉求。

我也听过一种说词，Bluetooth的出现会终结掉IrDA。也有另一派的说法是两者的存在是共存共荣。我的看法是市场的机能自然会找到出路，理性的分析不见得就能掌握最终的结果。就如同公开发行股票市场，任何本益比再高的股票依然一堆人在追逐抢着要。当世界经济反转，又逢恐怖主义，悲观气息就如排山倒海而来，您能说是盲目吗？话虽说如此，要将Bluetooth与IrDA预测未来，技术性分析总比快意江湖来的有意义。而这个技术性分析不是从硬件上来着手，却是从上层的协定来下功夫研究。

从实体层上来看，一个是IrDA 1.0/1.1，一个是「Base band + Radio」。

往上看Data-Link层，一个是IrLAP，另一个是「L2CAP+Link Manager」。

再往上看网络层，一个是IrComm，另一个是「RFComm」。

到目前为止，两者基本上是有所差异的。

但是，到了更上一层，Bluetooth SIG宣布采用IrDA所使用的对象交换协议OBEX(Object Exchange Protocol)以及IrTran-P(是IrDA在影像档案的传输协议)，如此一来的意义自是非凡。因为更上层的应用软件(比如说，File Transfer等)，操作方式在意识上就很相近。

若是您的眼睛够尖的话，1999年的Cebit秀展，Casio即展示了数位相机与大哥大话机以IrTran-P的传输协议来传输画像档案。

对于Bluetooth的未来，个人是抱持乐观的态度，希望合理的价位，人性化的操作模式，易于使用的应用，能够早日到来！科技享乐主义，是现代人难以承受之轻！

而Bluetooth与802.11b的区隔与定位，比较清晰。只要看清楚表1特性上的分析，其应用环境是相辅相成的。

虽然，两种技术都有认证的制度方式(笔者按：802.11b有WECA-Wireless Ethernet Compatibility Alliance所使用的Wi-Fi，蓝牙则由Bluetooth SIG所制订的认证机构)。然而，两者之间的电波干扰问题，却是大敌当前。由于双方皆是利用展频的技术，又都是处于同一个频宽，甲方的传送信号，会被乙方视为干扰的噪声，反之亦然。Sony/Tektronix，Mobilian皆有发表实际量测后的资料文献。请务必留意，这些量测是颇为复杂与繁琐的事情，毕竟，他无法模拟到所有使用者的使用环境。因此，他有些基本前提，您所做的测试结果，可能数据上就会有出入。

有三个信息网站，也许能够提供您一些干涉实验，以及一些干涉抑制技术的文献。

◆http://www.wlana.com/learn/bluecoexst.pdf

美商Intersil公司所实施之干涉实验。

◆http://www.ti.com/sc/docs/news/2001/01041.htm

美商德州仪器的干涉抑制技术。

◆http://www.mobilian.com/documents/Characterizing_the_Problem.pdf

美商Mobilian公司干涉抑制技术。

有关Bluetooth与802.11b的干涉抑制技术的议论，是由2000年所成立的专门作业部会「IEEE 802.15.2 Coexistence Task Group」所主导。目前，可以看得见较为成熟的提案，有两种方式。

其一：抑制相互干涉的对策是，整合两者MAC层(Media Access Control)于一颗LSI。利用时间分割的方法，交叉传送。此方案，是由Mobilian公司以及Symbol Technology公司所主导，于『Bluetooth Congress 2001』(2001年6月举办)，展示了名为「TrueRadio」的控制芯片。

其二：抑制相互干涉的对策是，制限跳频的频带。基本的思考逻辑是，802.11b之频宽为22MHz，而蓝牙却是1MHz。所以，在2400MHz至2483.5MHz的频带内，让两者不重迭。这种技术，称之为「Adaptive Frequency Hopping」，由TI以及Bandspeed公司所主推。

探索Bluetooth对于802.11b的干涉，以Mobilian公司所用的测试环境架构是一个不错的范例。

基本上，该系统环境是由三个装置所组成，分别是具有蓝牙功能的耳机，一部同时兼具蓝牙与无线网络功能的笔记型计算机，以及一个802.11b的存取点(Access Point)。简单言之，可以定性、定量描述如下：

BT2：具有蓝牙功能的耳机(1mW)

BT1：笔记型计算机之蓝牙模块(1mW)

LT2：笔记型计算机之802.11b模块(30mW)

LT1：无线网络之存取点(30mW)

将蓝牙机器之间的距离，设定在一公尺的场合，笔记型计算机之蓝牙模块以及802.11b模块两者之间的距离设定在10公分附近，那么，一边调变无线网络机器之间的距离，一边测量其数据传送速率。其电波干涉之测试结果显示，一旦距离约超过在5~7公尺左右，数据传送速率就开始衰减25%，一旦超越30公尺，状况会劣化至少60%。

另外一方面，802.11b对于蓝牙的电波干涉，则是可以参考Sony/Teltronix所测量的数据。其系统构成是一对蓝牙通信装置，以及一对装设有802.11b的个人计算机。

该对802.11b的个人计算机之间的距离，设定在1公尺，802.11b的传送装置与蓝牙接收装置之间的距离以Y来表示，蓝牙传送与接收装置之间的距离以X来表示。

可以将X固定于一个数值，然后，再调整Y的距离数值，量测有802.11b干扰下的蓝牙装置间的通信速率。根据其发布数据信息，如果，蓝牙装置间的距离小于0.1公尺，蓝牙装置间的通信速率几乎不会受802.11b的干扰。而当802.11b机器之间的距离超过3公尺，也不会对于蓝牙装置间的通信速率产生干涉。因此，我们可以大胆地推断蓝牙对于电波的耐干涉性，相当卓越。

最后，提醒大家一件事。您我家中所使用的微波炉，其所送出的微波，频率恰巧是2.45GHz，因为这个频率对于食品中的水分子，产生振动的效率最高。他也会对802.11b以及蓝牙产生干涉的，不可不知。

【参考数据】

1.日经电子

2.Bluetooth Developers Conference技术研讨会讲义

3.热门无线通信关键零组件研讨会/组件科技杂志

4.Intel 黄皮书

5.Bluetooth 官方网站

6.Bluetooth Resource网站

【注】

Wi-Fi Logo是控制负载，量测数据速率。主要测试软件是NetIQ公司之Chariot程序