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藍芽1.2版本與EDR標準發展分析
 

【作者: 許績偉】   2004年09月03日 星期五

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自從完成第一版藍芽標準的制定以來,藍芽SIG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的歷程,對於整體藍芽市場的發展有著相當關鍵性的影響。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,乃是提昇產品競爭力的重要關鍵,尤其是今年以來,全球藍芽產品銷售情況持續發燒,全球出貨量已經達到每週200萬台的水準,因此為能有效搶佔市場商機,本文將針對最新推出的藍芽1.2版本與EDR標準進行完整的分析與說明。


強化音訊與資訊應用

自從2003年11月5日藍芽SIG正式公布藍芽1.2版本以來,主要關鍵零組件業者莫不競相推出符合1.2版本的藍芽晶片與模組解決方案,總計在這八個多月的時間裡,通過藍芽SIG認證的藍芽1.2晶片與模組即已超過60款以上,占這段時間內晶片與模組認證總數絕大部分,顯示主要關鍵零組件業者在新版標準發表後,即開始推動新舊規格的世代交替;另一方面,系統產品業者也開始針對藍芽1.2版本所具備的新特性來進行產品的開發,部分發展較快的業者也開始推出1.2版本的新產品,如藍芽耳機麥克風、USB Dongle等等,同時也有愈來愈多的廠商以最佳化藍芽1.2版本特性作為產品的宣傳。而藍芽1.2版本之所以為業界所重視,主要是因為它改善了現有1.1版本的缺點,使得藍芽技術的應用領域更廣,茲將其新增功能與應用優勢說明如下:


1.2版本新增功能

藍芽1.2版本的發表,被SIG視為能夠讓藍芽產品更易於使用的技術里程碑,其相較於1.1版本而言,主要為加入以下四項新增功能:


Adaptive Frequency Hopping(AFH)

AFH即所謂適應性跳頻技術,主要的功能是用來減少藍芽產品與其他無線通訊裝置之間所產生的干擾問題,因為在藍芽所使用的2.4GHz ISM頻段中,也存在許多其他的無線通訊技術(例如數位無線電話、無線區域網路),由於這些技術彼此採用不同之調變與傳輸模式,免不了多少會產生干擾的問題,尤其是在802.11b、802.11g等WLAN產品日漸普及後,其與藍芽之間的干擾問題日益為業界所重視。因此為改善此一問題,藍芽SIG特別在1.2版本中加入適應性跳頻技術,透過傳輸通道的偵測與區隔,以有效避免藍芽與其他無線通訊技術之間的干擾。例如,在一台NoteBook中同時具備藍芽與WLAN傳輸功能時(即主動類型),適應性跳頻機制即可藉由WLAN所提供的資訊來分配藍芽傳輸所能使用的通道數;或是當消費者同時使用獨立運作的藍芽耳機麥克風與WLAN上網時(即被動類型),則需由藍芽耳機麥克風自動偵測並避開WLAN所使用的通道範圍(註),以減少干擾的產生。


Extended Synchronous Connection-Oriented links(eSCO)

在1.1版本的產品中,藍芽產品藉由標準SCO同步連結技術在不同裝置間進行語音傳輸,但由於此功能並未具備完整的錯誤偵測功能,也沒有不完整語音資料重傳機制,因此只能提供一般話務品質的音訊傳輸,而隨著產品應用更加廣泛(如音響產品的無線耳機),以及行動電話語音品質的日益提昇(如第三代行動電話系統),因此藍芽SIG在1.2版本中加入延伸同步連結導向通道技術(eSCO),以eSCO的通道作為標準SCO傳輸的延伸,同時透過eSCO的運作,來對語音傳輸執行錯誤偵測的工作,並適時提供語音資料的重傳。如此一來,藍芽產品就可以在現行傳輸速率下提供具高度QoS的音訊傳輸,而能進一步滿足更高階語音與音訊產品的需求。


Faster Connection

在藍芽1.1版本時,當資料傳輸動作停止後,藍芽產品在重新連結時通常需要花費1.25秒至2.5秒的時間來進行產品之間的重新搜尋與再連結,同時在連結的過程中有時也會發生找尋不到裝置的困擾,因此為讓藍芽產品的運作更加順暢,新版本中也加入「First FHS」與「Interlaced scan」技術,以使連結的過程更為穩定、更快速。例如,在藍芽產品互相連接過之後,透過固定時間呼叫接收器,使其切換至特定的資料接收通道,便可以確保發送與接收端都能同時用相同的通道進行傳輸,如此一來便可立即進行資料傳輸。另外,為使消費者在產品的使用與安裝上更為便利,藍芽SIG也要求會員廠商在產品設計上,必需儘可能簡化設定步驟,將首次使用的前置設定時間縮短至五分鐘以內,使藍芽產品在使用上更為平順。


與藍芽1.1版本產品相容

由於藍芽產品已進入快速成長的時期,為避免新標準的制定將使既有1.1版本產品面臨無用武之地,造成業者需重新開拓市場,因此SIG在藍芽1.2版本的制定上,即確保其可向後相容於1.1版本的產品。雖然為了確保與1.1版本能夠相容,1.2版本在實體層上的改變很少,以至於藍芽產品的傳輸距離與傳輸速度都不變,然而因現階段藍芽產品能否起飛或普及,其關鍵因素並不在於傳輸速度的高低,而是讓藍芽產品更穩定、更便宜、更易於使用,才能刺激市場快速成長,因此向後相容本來就應該是新標準制定的重要目標之一。正因為如此,部分1.2版本的新增功能,還可透過關鍵零組件的軔體升級而達到,對於產品的開發將有相當正面的幫助。


應用優勢

如上所述,藍芽1.2版本新增許多可以讓藍芽產品更易於使用的功能,而這將帶動過去在1.1版本時,發展較不熱絡的應用領域能有較多之發展,茲說明如下:


整合藍芽與WLAN的Combo產品增加

SIG在藍芽1.2版本中加入適應性跳頻技術最主要的目的即是為了避免與WLAN相互干擾,進而達成互補共存的目標,也因此適應性跳頻技術被列為藍芽1.2產品的必備功能之一。當然,主要還是因為WLAN作為NoteBook等資訊產品的無線寬頻上網傳輸介面地位已然確定,因此藍芽若能與其共存自然能為消費者帶來更大的方便,例如在具備共存機制時,消費者方能透過藍芽滑鼠來控制802.11b的無線上網功能。


雖然過去已有部分業者以自行開發的技術來達成藍芽與WLAN的同時運作,例如Silicon Wave與Intersil共同開發的Blue802解決方案、Mobilian所發展的TrueRadio晶片組、TI推出藍芽+WLAN的Combo模組等產品,不過一直未成為市場主流,因此未來在藍芽1.2晶片陸續推出後,整合藍芽與WLAN的Combo產品將可望明顯增加,特別是使用於資訊產品的Combo模組與Mini-PCI Combo卡將是最先搶進市場的產品。


提昇音訊產品應用的發展空間

兼具語音與數據傳輸雖為藍芽的基本功能之一,然而由於過去1.1版本並未具備音訊傳輸的QoS功能,以至於所能傳輸的音訊品質並不出色,使得藍芽主要的音訊傳輸功能大多仍以行動電話與耳機麥克風之間的語音通話為主。不過,此一情況將在藍芽1.2產品上有所改變,因為加入eSCO功能的1.2晶片已開始獲得音訊產品廠商的青睞,例如,不久前Ten Technology宣布已採用Zeevo的ZV4002藍芽1.2單晶片,將用於開發iPod所使用的藍芽立體聲轉接器與搖控裝置;Impulsesoft也於前不久發表藍芽1.2立體聲產品參考設計的解決方案,可有效縮短藍芽立體聲音訊產品的開發時間。因此,可以預期未來藍芽1.2技術將被廣泛應用在各式各樣的音訊產品,例如無線立體聲耳機、隨身音訊播放產品、家庭劇院的無線喇叭產品等等。


Class 1產品比重可望有所提昇

藍芽產品依傳輸距離的不同可區分為Class 1(100公尺)、Class 2(20~30公尺)、Class 3(10公尺)三種不同類型,早期投入藍芽產品開發的業者,對於Class 1產品都抱持極大的興趣,但隨著業者多將藍芽技術定位為個人短距傳輸介面、為減少在手持式裝置上的耗電需求,以及WLAN逐漸在Notebook與PC應用領域的普及等因素的影響,因此近幾年Class 1的藍芽產品大約僅占整體藍芽市場的1成比例。不過,此一情況可望在1.2版本推出後有所改變,因為在建立藍芽與WLAN的共存機制後,已有部分的Notebook開始採用Class 1的藍芽解決方案,例如,Fujitsu將在其S系列的高階Notebook中,內建藍芽Class 1與WLAN的無線傳輸介面。除此之外,在內建藍芽傳輸的新興的家庭閘道器產品中,也可望與Access Point相同,使用Class 1的藍芽模組。因此,未來幾年Class 1的藍芽介面將在耗電性較不是問題、所需傳輸距離較高的資通訊產品類型中獲得較明顯的成長,例如,Access Point/Modem、Notebook、PC、Printer、數位無線電話等應用領域。


廠商發展進程

在藍芽SIG公布藍芽1.2技術文件的第二天,即有業者完成1.2版本產品的認證,之後在不到1個月的時間內,主要晶片業者皆已推出符合1.2版本的藍芽晶片,顯示具影響力的國際大廠皆能充分掌握新標準的發展進程,方能於第一時間推出具競爭力的產品。而在新產品的競爭佈局上,為彰顯藍芽1.2晶片的應用優勢,國際藍芽晶片大廠紛紛以音訊產品與手機整合平台解決方案為主要訴求,以前不久才落幕的Wireless Connectivity World 2004展會為例,可以看出晶片業者以此為展出重點:


CSR主打音訊產品

CSR在會場中展出大量的手機、耳機麥克風、MP3等產品,以展現其音訊系列晶片產品已被眾多系統廠商所採用,並主打其藍芽1.2版本的耳機麥克風解決方案,強調其立體聲功能和可與WLAN共存的特性。


Philips展示藍芽音訊新應用裝置

Philips同樣也以音訊解決方案為展出重點,該公司展示了一套全球首創的藍芽床頭音響系統,藉由與藍芽Access Point或藍芽閘道器相連,使用者可以直接由網路下載音樂、FM廣播內容,並透過床頭音響的喇叭進行播放,當然其攤位上同樣擺設了多款耳機麥克風、車用免持聽筒裝置。Philips的另一個展出重點,則是推出多個整合平台,包括結合藍芽與GSM的手機開發平台,以及建立藍芽與WLAN共存的機制。在新產品的發表上,Philips仍主打藍芽1.2版本的晶片解決方案,共推出BGB203(Flash版本)與BGB204(ROM版本)兩顆新的SiP單晶片,以作為市場競爭的利器。


Infineon以手機與音訊應用為主打

Infineon展出的第一個重點是手機用的藍芽晶片PMB8752,透過多台已採用PMB8752的手機為實例,並輔以完整之參考設計、測試設備,強調其晶片最適用於手機應用。同時,Infineon也在會場中大力促銷其為藍芽車用裝置開發的藍芽通訊閘道器解決方案,主打廣播、導航、多媒體系統的車用免持聽筒功能。值得一提的是,較少出現的藍芽Cordless Phone也在Infineon的攤位上現身,該公司展出Siemens的DECT藍芽無線電話Gigaset SX353isdn,可與藍芽耳機麥克風與藍芽手機互通,其運作模式即可將藍芽耳機麥克風與藍芽手機當作家用電話的無線話機與聽筒,或與藍芽手機進行無線對講機式的通話,因此相當值得注意其後續市場之發展。


Broadcom發表整合藍芽之手機平台

Broadcom則在展會中宣布將其藍芽Protocol stack整合到其行動電話軟體平台中(技術源於先前購併的WIDCOMM),如此一來,使用該公司晶片的EDGE/GPRS/GSM行動電話製造商將更容易將藍芽功能加入其手機的設計之中,同時在WIDCOMM軟體技術的加持下,將確保其能提供手機與其他藍芽產品擁有極佳的互通性。目前此一整合平台已經完成,預計將在2004年第三季開始使用於其手機基頻晶片BCM2121與BCM2132中,可望為其手機晶片客戶如Sony Ericsson、Ningbo Bird、PalmONE等公司提供更便利的藍芽解決方案。


TI發表整合藍芽之手機平台

相較於其他晶片大廠而言,TI此次則是以OMAP手機平台為主,並朝向整合藍芽、Wi-Fi、UWB、GPS四種無線通訊功能的方向發展,展出的主軸為其新一代藍芽單晶片BRF6150,除符合1.2版本,具備省電功能外,並強調其能整合進OMAP手機平台,有利手機應用產品的開發。


由上述可知,主要晶片業者的確已將焦點轉移至藍芽1.2版本晶片上,而在1.2版本系統產品的發展上,由於目前藍芽手機尚未開始採用藍芽1.2版本晶片,因此雖然部分的系統業者已於2004年第二季率先通過SIG認證,並推出藍芽1.2產品,不過在缺乏藍芽手機的帶動下,真正要達到改朝換代的時間點,可能仍需要等到2005年上半年,市場上才會出現大量藍芽1.2產品。


《表一 廠商於近期所認證的藍芽1.2產品》
《表一 廠商於近期所認證的藍芽1.2產品》

即將破繭而出藍芽中速標準

全球最重要的短距離無線通訊展會Wireless Connectivity World 2004(前身為Bluetooth Congress),一向是藍芽新標準發表與藍芽廠商競推新產品的重要場合,而今年的重點除了廠商各自推廣的新產品與應用概念外,主要的焦點仍然落在藍芽新標準的發表上。其中,備受業界期待的的藍芽中速標準(Medium Rate Standard),今年終於已接近制定完成的階段,藍芽SIG於會場上首次公布藍芽EDR(Enhanced Data Rate)初步規格,即具備資料傳輸速度更快、電力消耗更少的功能,同時仍向後相容1.1與1.2版本的產品。由於藍芽EDR以相位元變換調制調變模式(Phase Shift Keying;PSK)來取代現行的高斯頻率變換調制調變模式(Gaussian Frequency Shift Keying;GFSK),因此可以達到更高的傳輸速度,就目前的情況來看,具備EDR功能的藍芽產品,最高的資料傳輸速率可提昇至3Mbps,為現行版本的三倍,這將讓藍芽有更多的應用產品可以發展,例如在音訊傳輸應用上,現有1Mbps的傳輸速度僅能傳送MP3音質的聲音,但藍芽EDR則可充分支援杜比5.1環繞聲道系統的訊號傳輸需求,進而開啟藍芽在家庭娛樂領域中更寬廣的應用類型;另外,現行藍芽1.1與1.2版本晶片因傳輸速度的限制,僅能用於噴墨印表機產品上,但藍芽EDR因具備較高的傳輸速率,因此未來將可望在雷射印表機上現身。


另外一方面,過去受限於傳輸速度不高與微網運作規範不完善,導致藍芽產品間的多方連結功能並不方便,但隨著藍芽產品的日益普及,有愈來愈多的人認為個人電腦應能同時支援多種藍芽裝置的傳輸,例如在使用藍芽滑鼠與鍵盤操作電腦時,也能利用藍芽立體聲耳機聽電腦裡的音樂,同時還能與手機內的資料進行同步化,甚至將手機當作數據機來上網或收發電子郵件,因此藍芽EDR版本的推出,將有效解決現有頻寬不足的問題。同時,由晶片廠商的產品Roadmap規劃來看,藍芽新版標準除了加入EDR功能外,有可能將會對於多微網(Scatternet)的運作制定完整的規範,屆時多種藍芽裝置間的同時連結與傳輸將更加方便。


而在藍芽SIG公布EDR初步規格後,即有晶片業者迫不及待的公布符合EDR技術的新產品,例如,CSR在藍芽SIG公布藍芽EDR初步規格的隔天即發表新一代晶片產品BlueCore4,為業界首先推出具備藍芽EDR功能的晶片,目前有兩種版本,分別是BlueCore4-External,外接Flash memory,適用於PC端的應用產品進行高速傳輸或多設備連結的運作。BlueCore4-ROM,成本較便宜,體積也較小,適用於手機、耳機麥克風或其他已進入大量生產、價格敏感度較高的產品。BlueCore4把on-board的RAM由32KB增加至48KB,這增加的16KB主要是為了能有效處理Enhanced Data Rate的運作,其餘的部分則是為了未來將增加的新功能作預留。 BlueCore4-External目前已可提供樣品,預計在9月可進入量產,而BlueCore4-ROM將於今年第三季開始提供樣品,預估可在第四季開始進入量產階段。另外,Infineon也不遑多讓,不久也於會場中公布新一代手機用藍芽晶片PMB8753的詳細規格,主要的功能將是支援藍芽EDR標準,因此將提供更高的傳輸速度。


很顯然的,主要國際藍芽晶片大廠對於新標準制定的參與程度很高,所以其產品推出腳步方能跟得上SIG公布新標準的時間點,因此未來二線晶片業者恐怕要加緊研發速度,以免脫離市場主流核心太遠。而由藍芽SIG所透露的訊息來看,預估藍芽EDR標準將在今年年底制定完成,因此最快系統廠商最快可望在2005年推出可支援中速傳輸的產品。


結語

由產品使用者的角度來看,藍芽1.2版本可以在干擾環境下有更佳的效能、提供更好的音訊品質、快速地搜尋與連結其他的裝置,自然會更易於使用,因此未來系統產品業者在開發產品時,若能有效發揮藍芽1.2的新增功能,對產品將有明顯的加分效果,就目前而言,業者仍有半年至一年的時間可以妥善佈局新產品的發展方向。不過,對於晶片業者而言,藍芽1.2版本的推出,則不僅是讓藍芽產品更易於使用的技術里程碑,更是關鍵零組件業者的競技場。如表一所示,一線大廠對於新技術的主導與掌握,的確是其維持領先優勢的關鍵因素之一,不可諱言地,二線廠商在初期所處的劣勢是相當的明顯。筆者認為,二線廠商若希望能迎頭趕上,一方面除了需加快在基礎核心技術的研發之外,另一方面可能需要強化對系統產品開發的支援程度,意謂在初期系統業者尚未熟悉如何將藍芽1.2產品最佳化時,提供其能快速推出產品的完整解決方案,方能以服務強化來代替價格競爭。


另一方面,藍芽EDR技術由於具備較高傳輸速度,也較為省電,因此在藍芽SIG公布後即引起業者的熱烈迴響,筆者認為,藍芽EDR技術的推出,將更強化藍芽在手機、PDA等手持式裝置上的地位,尤其是有愈來愈多的手機中內建高解析度的數位相機功能時,藍芽EDR技術將有效節省圖檔傳輸所需要花費的時間。另外,藍芽EDR技術也將提昇藍芽在消費性電子產品上的發展,例如在不同使用者間資訊分享的應用上,若以現行藍芽標準進行傳輸,則兩台藍芽MP3分享一張專輯的時間約為15分鐘,若採用藍芽EDR技術,則可縮短至5分鐘,對於消費者在使用上將更加便利,因此部分業者也看好藍芽EDR技術將刺激藍芽在手持式多媒體裝置上的成長。(作者為工研院IEK產業分析師)


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