1.引言 无线个人域网(WPAN)的诞生基础属蓝牙(Bluetooth)。 涉及无线连线及无线个人接入的蓝牙技术的基本思想在上世纪80年代中期已萌发,但由于当时标准、技术及市场前景等诸多问题不明朗,未成气候;近些年来,由于移动通信及Internet的迅速发展,给蓝牙技术带来了新的商机与市场前景,从而激活了蓝牙技术的真正诞生.这首先应当归功于Ericsson的工程师面对有线连线“剪不断,理还乱”的困扰,1994年推出了解决无线连线问题的技术开发计划,从而产生了推进无线连线与个人接入的实在想法。1997年Ericsson邀请IBM、INTEL,NOKIA及TOSHIBA这5个世界著名的无线设备及计算机、半导体设备制造公司商议建立一种全球化的无线通信个人接入与无线连线新手段,后定名为“蓝牙”(Bluetooth),并于1998年5月正式发起成立了“蓝牙特别兴趣组织”BSIG(Blueteooth Special Interest Group),简称蓝牙SIG(亦有人称此为“国际蓝牙组织”,甚至称之谓“蓝牙特殊利益集团”)。进而于1999年11月美国4家著名公司Motorola。Lucent,Microsoft及3Com加盟于上述5公司,成为BSIG的9个发起成员,使蓝牙技术的发展获得了更强有力的支持,并显示出更明朗的前景。现今,BSIG的参加成员已大于2500个,其发展势头令人触目。由于其普及应用与普遍服务能力,蓝牙技术不仅局限于信息通信世界,甚至超越了3C(计算机、通信与消费)产业界,可遍及房地产等多种产业领域。这就是未来蓝牙技术发展的重要市场基础。 “Bluetooth”此词据称源于欧洲中世纪(A.D.900)丹麦国王哈拉德二世(King Harald Blatand)的绰号“Bluetooth”,他面对当时处于四分五裂的丹麦、瑞典、挪威、芬兰等北欧地区,建立了统一强大的丹麦王国,并将基督教引入了北欧地区,从而确立了为后人缅怀、颂扬的不朽功勋。由此,瑞典Ericsson公司领头用其来命名此重要的一种无线通信与连线新技术,也期望建立一种开放性的、全球统一标准,一统“无线世界”天下,将这种新技术进行最广泛普及的、全球性各行各业的普遍连接应用。 其实,目前从标准化角度看,它与无线局域网WLAN、无线城域网WMAN、无线广域网WWAN一道,以蓝牙规范1.1版为基础已纳入IEEE802.X.Y系列中,成为WPAN系列标准IEEE802.15x之一,即802.15.1标准。目前蓝牙信道带宽为1MHz,异步非对称连接最高数据速率723.2kbit/s;连接距离多半为10m左右,甚至为个人饰物,亦可属物体域网(WBAN)范畴。蓝牙速率亦拟进一步增强,新的蓝牙标准2.0版拟支持高达10Mbit/s以上速率(4、8及12Mbit/s—20Mbit/s(?)),估计在2004年以后推出,这是适应未来愈来愈多宽带多媒体业务需求的必然演进趋势。与此相应,802.15x系列标准将以蓝牙速率为基础,向低速率、高速率、更高速率全面迈进。将形成低速率(2-200kbit/s左右)的802.15.4标准(支持20.40,250kbiy/s等速率),ZigBee(蜂群跳ZigZag舞、欢跃寻觅与开发市场,可简称“蜂舞”)联盟与其合作开发、推广应用;高速率(>20Mbit/s左右)的802.11.3标准(支持11.22.44及55Mbit/s速率);更高速率标准802.15.3a,包括运用超宽带(UWB)技术在内,速率高达100Mbit/s-400Mbit/s左右或更高。一般认为WBAN连接距离最短,为围绕人体、(物流等)物件或附属其上WPAN连接距离大多在10m左右以内,最高达100m左右;而无线局域网WLAN连接距离很多为数千米至一百多米,包括采用智能天线在内EIRP增强后或中继室外运行时,其连接距离可增达数公里或更远。 无线局域网WLAN顾名思义是一种借助无线技术取代以往有线布线方式构成局域网的新手段,可提供传统有线局域网的所有功能,它是计算机网络与无线通信技术相结合的产物,它为通用无线接入的一个子集,但原则上与蓝牙有类似性,覆盖无线个人域网(WPAN)范畴,与蓝牙相比,它能支持较高传输速率(2--54Mbit/s,甚至更高),利用射频无线电或红外线,借助直接序列扩频(DSSS)或跳频扩频(FHSS)。GMSK。OFDM等技术,甚至将来的超宽带传输技术UWBT,实现固定、半移动及移动的网络终端对INTERNET网络进行较远距离的高速连接访问。因此,原则上它的目前速率尚较低。主要适用于手机、掌上电脑等小巧移动终端与蓝牙技术有不同市场定位,它们主要不是彼此竞争,而是相互支持与补充,构成一种完整有效的WLAN/WPAN/WBAN无线接入。1997年6月,IEEE推出了802.11标准,开创了WLAN先河;目前,WLAN领域主要是IEEE 802.11x系列与Hiper LAN/x系列两种标准。 近代,通用无线接入作为先进手段实施接入网的全部或部分功能,它已成为有线接入的有效支持、补充与延伸;是快速、灵活装备与实现普遍服务的重要途径。无线接入目前虽然大部分为窄带,但中宽带与宽带(Wideband and Broadband)无线接入,包括2.5G/3G移动接入、不对称IP接入及卫星接入已成为可能,而蓝牙及WLAN/WPAN/WBAN技术可视为一种最接近用户的短距离、微功率、微微小区(Pico--cell)型无线接入手段,在构筑新世纪全球个人通信网络及无线连接世界方面将发挥其独特重要的作用。很明显,由于通用无线接入可综合包括宏大区、大区、小区、微小区、微微小区、移动、半移动(包括Nomadic游牧式)、可搬移(Transportable)及固定等多种接入覆盖模式,可有效覆盖三维物理空间的任何一角落及有效地在任何时候连接至任何个人用户,它对未来全球个人通信的实际连接覆盖的普遍化与重要性显而易见,而且无线接入与Internet联合运作的所谓无线Internet/移动IP,以及更进一步以全球移动通信演进发展沿1G→2G→2G+(2.5G,2.75G)→3G→3G+→4G这一发展脉络中,将及时大量运用及嵌入Bluetooth、WLAN/WPAN/WBAN之类新手段,进入所谓嵌入式(Embedded)世界,实现以Pico--cell小区个人接入为中心展开的无线个人域网络(WPAN/WBAN)时代,这将成为未来全球个人通信世界中的最重要环节之一。因此,Bluetooth、WLAN/WPAN/WBAN技术的战略意义将不言而喻。 2.WPAN与WLAN的工作频段、发信功率及频率规划问题基本考虑 Bluetooth标准根据蓝牙系统短距离,微功率。快速跳频及大面积。低成本、镶嵌式普及应用的基本特征,首选有一定带宽操作能力的较优良频段2.4GHz工,科、医(ISM)频段,进行无执照运行,看来是相对最可行的途径,虽然依然有其运行环境的干扰共存问题需要认真处理。其实际工作取用2402—2480MHz共78MHz频带,频道间隔1MHz,TDD双工模式(即2408+k(MHz),k=O,1,2,…78,共79个频道,每频道间隔1MHz。其中法国、西班牙原用2454+k及2449+k,k=0,1,2,…22此23个频道方式,现已改为与上述相同标准:日本原用亦为23个频道,由2471—2497MHz,亦于1999年10月已统一改为79个频道)。调制方式取用较简单,性能相对尚优的GFSK,其归一化带宽BT=0.5,调制指数为0.28—0.35,有较好远区频谱衰减性能。最大发射功率分3个等级100mw(20dBm),2.5mw(4dBm)及1mw(odBm,FCC要求),在较大功率范围4—20dBm时要求采用功率控制。由此,其有效通信距离大约为10—100m,属短距离微功率器件范畴,而其可作无执照运用的本质要求首先是此短距离要求;相应短距离。无执照运行器件的技术标准工作目前正由ITU—R SG.1(第一研究组)在积极推进中。蓝牙的较理想的小功率连接距离为10cm~10m,增加功率至100mw的大功率运行状态时要进行全频段范围的跳频扩频(FHSS)运行。 对此频段内,中国尚有持执照的扩频(Spreading Spectrum,SS)系统在工作,经研究其频率共用问题,包括实际测试和分析研究其电磁兼容性能后,并结合2.4GHz频段的WLAN应用及无线数据采集运用,最终确定为这些业务共用该频段按无执照业务方式管理与运行。 IEEE 802.11标准最初主要用于解决办公室局域网和校园网中用户的无线接入,其业务主要限于数据存取,速率最高只能达到2Mbit/s。尔后,由于速率和传输距离都不能满足人们需要,由此IEEE小组又相继推出更高速率的标准802。11b和802.11a。802.11b支持较高速率11Mbit/s,同样工作于2.4GHzISM频段,亦称Wi—Fi,可为笔记本电脑或桌面电脑提供完整的网络系统服务:802.11a为利用5GHz频段的WLAN方式,传输速率更高,可达25Mbit/3或更高,借助OFDM技术,其速率可高达54Mbit/s,它亦被称为Wi-Fi5,可较满意地适应话音、数据、图象等多媒体业务的需要。 HiperLAN系列是欧洲ETSI的RES10工作组提出的WLAN标准,工作于包括5.8GHz ISM频段在内的5GHz频段,早期的HiperLAN标准HiperLAN/1采用GMSK调制,支持物理层的速率可高达23.5Mbit/s,相对802.11系列其优势并不突出。进而改进。出现HiperLan/2,亦采用OFDM技术,使其在较大范围内降低成本,以提高其市场竞争能力,速率亦可高达54Mbit/s。 为满足更大范围无执照模式的广泛应用,1995年5月美国苹果计算机公司向FCC提议在5GHz频段进一步扩充开辟出300MHz频带作此无执照运行;FCC经广泛征询意见和仔细研究在1997年完成了相应立法工作,提出了5GHz频段的低、中,高三个频带(Ⅰ:5.15—5.25GHz,Ⅱ5.25—5.35GHz及Ⅲ:5.725—5.825GHz),称为U-NIl(Unlicensed NationaI Information Infrastructure),允许运营者在互不干扰前提下作共存无执照运行。实际上,这便导致在这些频带可作点对多点高效率宽带无线接入运行。相应信道带宽20MHz。3dB带宽要求16.5MHz;调制方式:OFDM--BPSK/QPSK/16QAM/64QAM;传输速率:6、9、12、18、24、36、48、54Mbit/s;FEC:k=7卷积码,码率1/2、2/3、3/4;发射功率:频段Ⅰ为50mW、频段Ⅱ,为250mW、频段Ⅲ为1W;覆盖范围:室内50m,室外150m。 此5GHz频段的运行在不同国家与地区有不同的叫法,例如,在欧共体即如上所述。称为HiperLAN(High Performance Radio Local Area Network),在澳大利亚,称为RLAN(Radio LAN)。在加拿大称为LELAN(License—exempt Wireless LAN),等等,彼此有一定类似性,但亦有不同做法与管理要求。 IEEE 802.15.4/ZigBee工作频段为868、915MHz及2.4GHz频段。 在较低频的频段,一种更高速的突发脉)中型超宽带传输技术,即上述提到的UWBT技术亦正在研究开发中,美国FCC Parig/Paril5规定,UWB的主要工作频带可能限制于3.1—10.6GHz,其发射功率谱密度应低于-41.3dBm/MHz,此时必须特别小心处理好其频率共用问题。 这些WLAN/WPAN系统的发射功率问题亦必须小心分析研究与处理,以确保其较好的频率共用共存性能;其大小一般取决于运行环境。例如。在同一房间室内还是不同房间与不同楼层间,是室内还是室外,等等。低者可在数mW至数十mW下运行,高者,包括运用突发式窄波束智能天线场合,其EIRP可达数W,甚至一、二百W左右。 3.蓝牙和无线局域网的基本特征 A.蓝牙系统的基本特征 蓝牙系统结构的基本特征可从下述诸方面获得理解:(1)网络拓扑;(2)交换模式;(3)节能模式;(4)抗干扰性能;(5)鉴权、加密;(6)话音编码;(7)软件结构。 蓝牙的软件体系是一个独立的操作系统,不与任何操作系统捆绑;适用于几种不同商用操作系统的蓝牙规范正在完善中。蓝牙协议体系中设计协议和协议栈的主要原则为尽可能利用现有各种高层协议,保证现有协议与蓝牙技术融合及各种应用之间的互通性,充分利用兼容蓝牙技术规范的软硬件系统和蓝牙技术规范的开放性,便于普遍开发新的应用。 蓝牙软件结构标准包括Core(核心)和Profile(应用协议栈)两大部分。Core为蓝牙协议核心,主要定义蓝牙的技术细节,Profile定义相应的实现协议栈,这样即可为全球兼容性奠定基础。 蓝牙标准主要定义的是底层协议,也定义了一些高层协议和相关接口。具体协议分为4层:核心协议,包括蓝牙连接管理协议LMP、蓝牙逻辑链路控制与适配协议L2CAP、服务检测协议SDP;蓝牙电缆替代协议RFCOMM;电话传送控制协议TCB BIN/AT以及与Internet应用相关的一些高层协议,诸如PPP、UDP/TCP/IP、OBEX/vCard/vCal、IrMC、E—mail、WAP和WAE等。 涉及蓝牙全部标准的无线标准、基带标准、链路管理协议、逻辑链路控制与匹配协议、服务搜索协议。符合ETST TS07.10标准的RFCOMM协议、IrDA的互操作性。电话控制协议、蓝牙作为WAP支持平台的互操作要求,主控器接口的功能描述等详情可见1999年12月发布的蓝牙标准训V1.0B版本Part A、B、C、D、E、F1、F2、F3、F4及H1等,以及2000年10月发布的蓝牙标准V1.Ob+CE(Critical Errata)和2001年3月发布的蓝牙标准V1.1等相关资料。 对蓝牙系统结构基本特征的描述,为方便查考,其基本系统参数及指标要求可归纳如下: 工作频段:iSM频段2.402GHz—2.480GHz; 双工方式:TDD; 业务类别:同时支持电路交换及分组交换业务; 数据标称速率:1Mbit/s; 异步信道速率:非对称连接723.2kbit/s/57.6kbit/s; 对称连接:433.9kbit/s(全双工模式); 同步信道速率:64kbit/s(3个全双工信道); 信道间隔:1MHz; 信道数:79; 发射功率及覆盖:0dBm(1mW),1—10m覆盖,20 dBm(100mW),扩展至1O0m覆盖; 跳频频点数:79个频点/MHz(2408+k(MHz),k=0,1,2……78); 跳频速率:1600次/s; 工作模式:Active/Sniff/Hold/Park; 数据连接方式:面向连接业务SCO(话音,电路交换、预留时隙)、无连接业务ACL(分组数据、分组交换、轮询); 纠错方式:1/3FEC(3bit重复码),2/3FEC(截短Hamming码),CRC—16,ARQ; 鉴权:反应逻辑算术方式; 密钥:以8bits为单位增减,最长128bits; 安全机制:链路级,认证基于共享链路密钥询问/响应机制,认证和加密密钥生成基于SAFER+算法; 话音编码方式:CVSD或对数PCM; 网络拓扑结构:Ad hoc(无中心自组织)结构,Piconet及Scatternet; B.WLAN及宽带WPAN系统的基本特征 (1)较高传输速率及较远连接距离。 如上所述,既使不涉及UWB,WLAN的采用OFDM技术后的最高传速率可高达54Mbit/s,与目前蓝牙的最高标称数据速率1Mbit/s相比亦真是大相径庭;而且,即使按对IEEE 802.11b WLAN系统终端用户共享11Mbit/s速率相比较,蓝牙的最高通信速率仅为723.2kbit/s,在Piconet内共享这一速率亦只是单向的,反向速率仅为57.6kbit/s。即使是最高双向相同速率通信的模块,其最高速率亦仅为433.9kbit/s:而且现行多数站点即便用最大速率723.2kbit/s进行通信时,其实际有效速率亦仅为400kbit/s左右,约相当WLAN的1/10左右而已。对通信距离而言,虽然WLAN速率越高距离越短,但一般情况下其室内连接距离可大于100m,室外可更远,达数百米。因此,速率与距离方面,WLAN的优势是明显的。 (2)较高频谱利用效率 容易理解,采用OFDM技术借助多状态调制处理的WLAN可取得较高的频谱利用效率,若进一步结合区域覆盖能力综合评价其容量能力与频谱利用效率则可有下述结果:蓝牙系统为30000 bit/(s?qm2),IEEE,802.11a系统83000 bft/(s?qm2),UWB系统潜力更高,可望高达1000000bit/(s?qm2)左右。 (3)较适宜高速INTERNET连接及高质量多媒体传输 这是能以较高速率传输的必然结果。 (4)IEEE 802.11x系列 802.11是1997年IEEE最初制定的一个WLAN标准。主要用于解决办公室无线局域网和校园网中用户与用户终端的无线接入,其业务范畴主要限于数据存取,速率最高只能达2Mbit/s。由于它在速率、传输距离、安全性、电磁兼容能力及服务质量方面均不尽人意,从而产生了其系列标准,即如,802.11b,将速率扩充至11Mbit/s,并可在5.5Mbit/s、2Mbit/s及1Mbit/s之间进行自动速率调整,亦提供了MAC层的访问控制和加密机制,以提供与有线网络相同级别的安全保护,还提供了可选择的40位及128位的共享密钥算法,从而成为目前802.11系列的主流产品。而802,11b+还可将速率增强至22Mbit/s;802,11a,工作于5GHz频段,借助OFDM技术,使最高速率提升至54Mbit/s;802.11g,依然工作于2.4GHz频段,与802.11b兼容,最高速率亦提升至54Mbit/s,其系列化为1、2、5、5、6、9、11、12、18、24、36、54Mbit/s。802.11c为MAC/LLC性能增强;801.11d对应802.11b版本,解决那些不能使用2.4GHz频段国家的使用问题;802.11e则是一个瞄准扩展服务质量的标准,其分布式控制模式可提供稳定合理的服务质量,而集中控制模式可灵活支持多种服务质量策略;802.11f用于改善802.11协议的切换机制,使用户能在不同无线信道或接入设备点间可漫游;802.11h可用于达到比802.11a更好地控制发信功率(借助/PC技术)和选择无线信道(借助动态频率选择技术DFS),而与802.11e一道可适应欧洲的更严格的标准;802,11i及802.1x主要着重于安全性,802.11i能支持鉴权和加密算法的多种框架协议,支持企业、公众及家庭应用,802.1x的核心为具有可扩展认证协议EAP,可对以太网端口鉴权,扩展至无线应用;802.11j的作用是解决802.11a与欧洲HiperLAN/2网络的互连互通;802.11/WNG解决IEEE802.11与欧洲ETSI的BRAN—HiperLAN及日本ARAB--HiSWAN统一建成全球一致的WLAN公共接口;802.11n已将速率增强至108/320Mbit/s;并已进一步改进其管理开销及效率802.11/RRM与无线电资源管理有关的标准,以增强802.11的性能;802.11/HT,以进一步增强802.11的传输能力,取得更高的吞吐量;802.11Plus,拟制订802.11WLAN与GPRS/UMTS之类多频、多模运行标准,可有松耦合及紧耦合两种类型。松耦合时两种网络分别部署,WLAN仅利用GPRS之类网络的用户数据库,可通过Mobile IP(MIP)提供两网络间的移动性,通过RADUIS(Remote Access Dail—In User Service,远程接入拨号用户业务)实现AAA(Authentication Authorization Accounting,鉴权,授权和计帐),由于MIP可能导致高传输时延,从而不容易达到无缝隙会话切换;而紧耦合时,WLAN直接连至业务支持节点SGSN或标准化接口Gb、lu等,WLAN数据需经_LTGPRS之类核心网转发,完全按GPRS方式进行AAA,此时,能在两网络间提供很强的移动性。为与蓝牙在2.4GHz频段较好共存,亦采用Ad hoc网络拓扑结构及自适应跳频信道分配技术,…等等。 (5)HiperLAN/x系列 HiperLAN是由ETSI的RESl0工作组提出的欧洲WLAN标准。工作频段为5.12--5.30GHz及17.1—17.3GHz。早期的HiperLAN/1采用GMSK调制,最高传输速率为23.5Mbit/s,与当时技术上较成熟的IEEE 802.11b相比,无明显优势;至HiperLAN/2,采用OFDM作物理层手段,可将速率提高至54Mbit/s,并能有效对抗多径干扰,以及与IEEE 802.11a共享一些相同部件,才在较大范围内取得较好的性能/价格比。其信道带宽为22MHz,调制方式亦为OFDM--BPSK/QPSK/16/64QAM,系列化传输速率为6、9、12、18、27、36、54Mbit/s。而且,HiperLAN/s也具备另一些长处,即如,其接入点可监视相应无线信道并自动选择空闲信道,从而进行自动频率分配,使系统部署简单有效;数据通过移动终端与接入点间建立的信令链接进行传输,此面向链接的特征可容易实现QoS支持;与802.11协议只能由以太网作为支撑情况有不同,其协议栈具有很大灵活性,它既可作为交换式以太网的无线接入子网,也可作为3G蜂窝移动网络的接入网,而且,这种接入对网络层以上用户部分来说完全透明,从而目前在固定网络上的任何应用均可在HiperLAN/2上运行。 (6)HiSWANx系列 HiSWANx是日本ARAB的多媒体移动接入通信(Multimedia Mobi,e Access Communication,MMAC)的WLAN系列标准,HISWANa工作于5GHz频段,HISWANb工作于25/27GHz频段,信道带宽20MHz,调制方式为C—OFDM—BPSK/16QAM/64QAM,数据传输速率为6--54Mbit/s。 (7)Wideband Home RF 宽带家用射频Wideband Home RF主要为家庭网络设计,是IEEE 802.11与数字无绳DECT标准的结合体,旨在降低语音数据成本,仍采用FHSS(50跳/移)+2/4,电平GFSK调制技术,工作在2.4GHz频段,能同步支持多路高质量语音信道,早期传输速率仅为1--2Mbit/s,进一步提升N_10Mbit/s,可支持系列速率1、2、5、10Mbit/s。 (8)数字无绳 典型的众知数字无绳即如DECT及PHS等;按3G TDMA标准,增强的DECT亦为3G标准之一,亦将加入WLAN的有效竞争行列。 (9)IrDA 红外线数据接入IrDA是一种利用红外线进行点对点通信的手段,其软硬件技术均已较成熟,传输速率可高达16Mbit/s,其主要优点为体积小。成本低、功率小、适应设备移动需求,目前大约有95%的手提电脑上已安装了IrDA接口,市场上也还推出了可通过通用串行总线USB接口与PC机相连接的USB—IrDA设备但连接设备间不能有遮档物,多个设备间如欲连接,需调整其彼此位置及角度,比较复杂、不便,而且其核心部件红外线LED亦非十分耐用。 (10)IEEE 802.15x及16x系列 如上所述,IEEE 802.15.1即相当蓝牙技术标准,802.15.2解决WPAN与WLAN之间的共存标准。 802.15.3标准作为高速WPAN接入,利用编码调制技术,可实现高达55Mbit/s的高速传输,功耗及成本可较低,复杂性亦可比OFDM时低,可实现控制QoS的高质量声音、视象多媒体传输。工作于2.4GHzlSM频段,Ad hoc网络结构,可由五种调制方式实现11—55Mbit/s速率传输:22Mbit/s时用编码OQPSK,用2维8状态(2D--8S)TCM QPSK及16/32/64QAM可实现们,33、44及55Mbit/s的高速传输,以满足蓝牙速率能力不足的图象和视频多媒体应用需求。 802.15.4标准针对诸如智能证卡,传感器、节能,安保。家庭自动化等低速率WPAN需要,目标是比蓝牙更简单。低功耗、价廉、方便灵活的低速率连接。IEEE 802.15.4工作组主要负责制定物理层及MAC层的协议,其余协议主要参照现有标准,高层应用、测试及市场推广等方面工作将由ZigBee联盟负责,由此实施802.15.4的应用技术常称为ZigBee。ZigBee联盟成立于2002年8月,由英国Inversys公司,日本三菱电气公司、美国摩托罗拉公司及荷兰菲力浦半导体公司组成,至今已吸引了上百家芯片公司。无线设备公司和开发商加盟。ZigBee为此技术的商业化品牌命名,如上已提及,为象征蜂群(Bee)跳ZigBee(“之”字形)舞蹈方式来分享新发现的食物源的位置、距离、方向等信息,表达此繁荣的生存,发展的新通信方式。而且,802.15.4还吸引了其它标准化组织注意,如IEEEl451工作组正在考虑以此为基础实现传感器网络(Sensor Network)。 ZigBee是一种近距离。低复杂度、低功耗、低成本的双向无线通信技术,主要适用于自动控制及远程控制领域,可嵌入各种设备中,同时支持地理信息定位功能。相对其它通信技术而言,那怕与蓝牙相比亦是如此,ZigBee是现今最低成本及最低功耗的技术。其工作频段及数据速率为868MHz220kbit/s,915MHz,40Mbit/s,2,4GHz 250Mbit/5。覆盖距离10—20m,通信时延15—30ms(典型搜索时延30ms。休眠激活时延15ms,活动接入时延15ms),信道数868/915MHz时分别为10/1、2.4GHz时为16。寻址方式:64bitIEEE导址,8bits网络地址。信道接入方式为CSMA—CA(Carrier Sense Multiple Access With Collision Avoidence,载波感知—;中突避免多址连接方式)。网络容量:一个ZigBee网络可容纳一个主设备。254个从设备;一个区域内可同时存在100多个ZigBee网络,由此最大容量很大,可达25400。安全机制;提供了数据完整性检查及鉴权功能,加密算法采用AES--128,同时各个应用可灵活确定其安全属性。估计模块初始成本约6美元,尔后较快降至1.5—2.5美元,且ZigBee协议免专利费。耗电:由于工作周期短、收发功耗低、有休眠模式,一般情况下两节五号电池可工作6个月至2年左右。由此,ZigBee具有省电。成本低、时延小、安全可靠性较高。网络容量大等优点,其市场前景看好,应用重点领域为工业、汽车、消费、农业、医疗、安保等,包括诸如家庭数字化灯光、窗帘、门禁遥控、水电自动抄表、医疗看护、心电扫描信息采集,空气、水等品质自动监测,无线玩具等。预计2003年面市,2006年达4亿台/年市场规模。预计5年左右,每家庭可能会安装大约50个ZigBee设备,最终达150个左右。6--10年后可占家庭自动化市场的三分之二左右。 IEEE802.15.3a目标是提供更高速率物理层增强,UWB即为一种可能的技术途径。UWBG(Ultra WideBand Group)工业集团于1998年成立,至2002年2月其成员包括厂商及大学在内已超过540个,一些公司亦提议将UWB技术纳入IEEE802.15.3s标准。 此外,包括借助新一代(x)—OFDM(y)技术,IEEE还确立了802.16x标准,作城域网MAN及广域网WAN的宽带无线接八应用。IEEE802.16.1标准定义了110--60GHz相当通常所说的LMDS/HDFS频段的空中接口规范Wireless MAN"。其信道带宽20/25MHz(美元),28MHz(欧洲);覆盖范围2—5km;复接/多址方式为下行TDM,上行TDMA;帧长0.5、1.2ms;波形成形:Nyquist滚降系数0.25;调制:单载波。符号速率对20、25.28MHz带宽时为16、20,22.4MSymb/s,QPSK。16QAM为必选、64QAM为可选,内码可选(24.16)分组、卷积码及(9.8)奇偶校验码两者之一,外码R—S码(GF(256))及分组Turbo码(可选):上、下行均装备扰码。IEEE802.16a及b将装备多载波OFDM技术。 其它与802.16x类似的标准尚有ETSI的LMDS标准;欧洲数字视音频委员会DAVIC的MMDS。LMDS规范;ETSI BRAN其它标准²,HiperAccess,2—40MHz,2-25Mbit/s及²,HiperLINK,17MHz,155Mbit/s;ARAB MmAC其它标准²,HSWA,3--60GHz,30Mbit/s,同时适用室内及室外运用;²,5GHz频段MWA,20—25Mbit/s,室内和室外静止或步行;²,无线家庭链路WHL,3--60GHz,可支持达100Mbit/s高速率运行,等等。 (11)UWBT UWBT是一种借助雷达技术概念的超短电磁脉)中收发技术,目前较成熟的调制方式为脉时调制及直接序列相位编码调制,将脉冲能量由专用宽带天线扩展至GHz量级的带宽内,短距离连接速率可高达数百Mbit/s;尽管其发射功率谱密度亦可降至相当低,然有包括电磁兼容,MAC层设计等诸多问题需深入研究,这是一种值得注意的萌芽中的新技术。通常UWB技术指其传输频带超越其中心频率25%以上、或者其传输带宽超越1.5GHz的无线通信技术。美国FCC已于2002年2月14日批准UWB技术商用,运行频率必须高于3.1 GHz或低于960MHz,限制在GPS占用的1559—1601MHz频带运作,以避免对其干扰,但未保护5090-5204频段的微波着陆系统及在4200--4400MHz运行的无线高度计免受此UWB干扰,而且,FCC还认为此决定有些过份保守,拟在尔后6-12个月内探索制订一个更灵活的UWB标准,以便共享带宽,更好地利用紧缺的频谱资源。如上所述,FCC现已规定3.1—10.6GHz频带内其功率谱密度应<-41.3dBm/MHz,为保护上述GPS及航空无线电导航及军事应用,960MHz-3.1GHz频段应有更严功率谱限制要求。支持FCC此举的厂商认为这将开创无线通信新纪元。与此同时,INTEL公司在2002年2月下旬于旧金山举行的其开发商论坛IDF SPRING 2002会议上展示了该技术的能力,对此,设置UWB Tx--RX间距约3m,演示出它可按相当于IEEE802.11b标准约10倍的速率,即100Mbit/s的高速率运行。UWB技术可能会对未来个人多媒体消费WPAN应用带来重大影响,并对蓝牙及802.11x系列之类WLAN形成有效互补、甚至严峻的竞争格局,应予注视。 其实,UWB的优越性在于它有三大技术特征,一是瞬间高速脉冲运作,大大降低了其耗电量,传输期间亦仅为数十微瓦,为现有通常系统的1/100—1/10000,并以很低功率谱密度运作,从而获得很强的电磁兼容能力;二是此低能耗状况可导致能以CMOS技术实现面向Gbit/s量级高速传送的RF电路装备,这是目前Ku/Ks/V/O/W等高频段系统所难能实现的;三是不仅此高速脉;中技术可用于极高精度的人与物的定位应用,同时还有穿透墙壁等障碍可实现贯穿性视频传送及地质勘探传感等,具有巨大军用。商用潜能。通过一种特殊的芯片,可以实现方园50英尺范围内穿墙数字视频传送,这无疑对方兴未艾的宽带无线接入是一个鼓舞人心的信号。Fcc已确定了需规定其发射功率标准的三类具体商用对象:地质勘探及可穿透障碍物的传感,汽车防;中撞传感及家电设备与便携终端间的无线数据通信等。因此,不难理解,许多国际大企业争相加大UWB的研发力度。 如上已提及,美国INTEL公司早在2000年前就对UWB的低耗电、高速通信能力及有望广泛应用于设备间宽带连接及宽带移动终端的潜力引起了重视,并着眼于这种技术的应用而展开了基础研究。 美国Xtreme Spectrum(XS,极谱)公司在2003年1月9--12日在美国拉斯维加斯举行的CES(2003年国际消费者电子产品展)会议上展示了使用UWB芯片组“Trinity”的宽带无线传输系统传送双路高清晰度电视HDTV信号,即使旁边使用微波炉,图象也不受干扰(该公司2002年7月向新闻界及投资分析师亦做过类似演示。只是当时传送的是标准清晰度电视的SDTV信号)。XS公司还与MOTORALA公司一道正在实施一项为期3年耗资1000万美元的计划。开发和演示UW8无线人员定位系统,它可跟踪墙厚度30--60厘米的建筑物内的消防人员的急救活动。显然,这种抗干扰能力极强的高精度,并具很强墙壁等障碍物穿透能力的宽带视频定位系统亦有很高的军事应用潜力。 UWB这种将微弱脉冲信号分散于广宽的频带进行高抗干扰的宽带信号无线传送技可具备两方面的优势,一方面它比BLUETOOTH、IEEE802.11x等现有无线技术具更强带宽处理能力与抗干扰顽健性及稳定可靠性和低功耗特征,这一点它可与有线宽带技术相媲美,另一方面它又具备有线技术无法具有的无线技术的灵便性与可移动性。这些优势非常适合于摄像机、笔记本电脑、DVD单放机及数码相机等宽带家电产品的配套视频家庭及个性化多媒体商业应用及相应军事应用。为此,国际上很多高技术公司正在瞄准这一点。例如,荷兰皇家菲利浦电子与美国通用原子公司(GA)已开始联手进行UWB芯片组开发及标准化推进。菲利普将接受GA的“Spectral Keying”多频带技术在内的相关UWB技术,使用面向射频的Bi-CMOS技术开放RF芯片。GA的“Spectral Keying”是将UWB频带分割成15个子频带(波段)进行宽带信号传输以避免与5GHz频段WLAN系统的干扰,不同区域分配不同波段以确保信号的良好电磁兼容传输。它们的主要目标要进行最高速率达480Mbit/s的高速通信芯片的开发,准备赶在IEEE802.15.3a标准问世之前即可提一供此新芯片组。 SONY、Siemens、INTEL、Philips、Microsoft、Samsung及Diamler Chrysler等诸多公司均看中UWB的商用前景,拟运用UWB技术进行未来大量普及应用的高速数字视频多媒体信号传送,其传输速度能力将为目前有线电视MODEM的10倍以上;初步估计,UWB技术至2006年即可能带来10亿美元的市场尺寸,其年增长率可能高于300%左右。 当然,从军用角度一些公司也在利用UWB技术取得其运作支持,例如美国Time Domain公司2002年利用该技术获得的军方合同全年总销售额即达7507美元,等等。 因此,无论商用或军用,UWBT的应用前景是毫无疑问的。 4.频率规划及应用模式与前景 4.1频率规划 (1)ISM频段问题 如上所述,鉴于蓝牙技术应用目标的广泛性,首选2.4GHz ISM频段进行无执照运行,看来是最可行的途径。目前蓝牙的最高运行速率为1Mbit/s标称速率,随着进一步扩展至视频多媒体业务连接运行,还需更高的速率与更宽频带的频段,WLAN目前最高速率已达54Mbit/s,802.11a起始运用5.2GHz频段;现今,5.8GHz之类更高的ISM频段已成为其进一步运行对象。根据ITU RR(无线电规则)确定的ISM各类使用频段如下表所示。 表 ITU规定的ISM频段 频带 中心频率 带宽 a.6.765—6.795MH2 6.780MHz 30kHz b.13.553—13.567MHz 13.560MHz 14kHz c.26.957—27.283MHz 27.120MHz 326kHz d.40.660—40.700MHz 40.680MHz 40kHz e.433.050—434.790MHz 433.920MHz 1.74MHz f.902—928MHz 915MHz(第二区) 26MHz g.2400—2500MHz 2450MHz 100MHz h.5725—5875MHz 5800MHz 150MHz i.24.000—24.250GHz 24.125GHz 250MHz j.61.000—61.500GHz 61.250GH2 500MHz k.122—123GHz 122.500GH2 1GHz l.244—246GHz 245GHz 2GHz 对这些ISM频段的电磁兼容性要注意其相应频段内有执照的SS之类业务、WLAN业务,甚至高效率高功率谱密度BFWA宽带无线接入运行业务,以及无执照ISM、SS及U--NII业务等彼此的电磁兼容分析与频率规划考虑。 (2)2.4GHz及5.8GHz ISM频段使用的电磁兼容与频率规划问题 由于2.4GHz ISM频段对所有工、科、医无线电设备全部开放,亦有不少其他短距离(微功率)无执照运行无线电设备,在中国甚至还有已发放台站执照的SS(包括一些相关的WLAN)设备在同时工作。由此,微波炉(2.45GHz,数千瓦至数百千瓦高功率运行)、家电、无绳电话、SS及WLAN系统和其他处于该频段的ISM及无执照短距离运行的无线电设备均可能是其干扰源,需要小心处理其共存问题。即使采用高速自适应跳频技术,亦必须检验其实际共存的可靠性与可行性,以及管理规则的协调配合问题,为蓝牙运行创造出尽可能现实可行的共存环境。 为此,信息产业部无线电管理局结合多次与国际BSIG相关负责人和成员的研讨与商谈基础上拟定的计划要求,于2001年4月23日在北京组织召开了一次涉及蓝牙产品在2.4GHz频段的“电磁兼容共用测试方案讨论会”,与会代表一致认为蓝牙技术日益成熟、应用丰富,并有形成高密度应用的发展趋势。虽然蓝牙产品的使用目标与使用方式决定了其用户不可能到无线电管理部门办理电台执照,但也应保证用户使用蓝牙产品时能获得基本的可用性与使用要求。因此共用测试中不仅要测试蓝牙产品对已有业务的干扰情况,还要测试现有业务对蓝牙产品的干扰程度及蓝牙产品的抗干扰能力,为科学地规划蓝牙产品的使用频段及其业务共存提供技术依据。实际测试在2001年5月9日—6月11日于国家无线电管理机构大楼及安源大厦北京世纪异同通信服务有限公司扩频通信设备现场和一个合适的10 m法电波暗室中进行。进行了如下4类具体测试: 1)按蓝牙规范对蓝牙设备的发射及接收指标进行测试; 2)以我国对2.4GHz频段扩频设备的管理规定作参考,对蓝牙设备进行核准性测试; 3)在全电波暗室中测试直扩通信设备与蓝牙设备的电磁兼容性; 4)在扩频通信现场实测直扩和跳频设备与蓝牙设备的电磁兼容性。 通过上述实际测试及直扩系统对蓝牙与无线局域网系统的干扰与电磁兼容分析,包括蓝 牙在内的跳频系统间的干扰与电磁兼容分析,以及蓝牙系统与直扩无线局域网系统间的彼此干扰与电磁兼容分析,获得下述主要结论: a)在一定条件下3种系统可兼容共存; b)为保护现有2.4GHz扩频通信业务,其收发天线在满足发射功率谱密度要求前提下尽量采用高增益、收发旁瓣及前后向隔离比优良的天线。并保证基本的架设高度,同时,作为城域网内运用,扩频系统的通信距离应控制在10km左右,以保证其接收信号强度为-60dBm—-70dBm。 c)现有扩频通信设备的EIRP≤27dBm(包括天线增益在内的值)较为合理,并应采取严格的监管措施。防止运营商再擅自抬高发射功率,以保护其他运营商利益,并有利蓝牙和无线局域网设备在我国的普及使用。 d)为提高蓝牙设备对扩频设备的抗干扰能力,建议蓝牙设备采用自适应跳频技术及其他进一步提高其抗干扰能力的对抗措施。以获得较好的运行可用性。 e)为给蓝牙创造更好跳频工作环境,建议与国际接轨,按分配给蓝牙的79个信道运作,并希望在条件成熟时尽快发放蓝牙设备在中国使用的频率规划。 f)无线电管理部门对使用相应ISM频段的工、科、医设备的电磁泄漏辐射应进行严格的控制监管,以创造尽可能良好的共存环境。 按此,信息产业部无线电管理局仔细研究与重新规划了此2400—2483.5GHz ISM频段主要作无执照业务共用,诸如短距离/微功率蓝牙,室内WLAN及无绳电话和物流无线自动数据采集识别等共存运用;对已有SS业务规定有条件应用至2004年,等等(详情见信部无[2001]653号文)。考虑到WLAN愈来愈普遍的迫切使用需求,并为适应包括引入智能天线等新技术后WLAN频率共用环境的变化,参考国际上相关通用的技术标准与产品工作能力,2002年8月23日进一步发布了信部无[2002]353号文“关于调整2.4GHz频段发射功率限值及有关问题的通知”,适当增大等效全向辐射功率EIRP:对天线增益<10dBi时,EIRP≤100mW,即≤20dBm;对天线增益≥10dBi时,进一步放宽至EIRP≤500mW,即《27dBm。从而为WLAN运 行创造了较有利的环境。 对5725-5850GHz的5.8GHz ISM频段,现亦有SS有执照业务在运行。在进行多种高效率TDD无线接入技术试验基础上,进一步参考了国际上相应标准及设备实际进展,研究确定了相应新的频率规划基本要求,详情可见2002年7月2日发布的信部无[2002]277号文。在此频段确定了P-P及P-MP扩频通信系统、高速WLAN、宽带无线接入及车辆无线自动识别系统,甚至未来可能WLAN/WPAN设备等室内,外频率共用的基本要求及频率台站相关管理规定。例如,发射功率可≤500mW,即≤27dBm,EIRP≤2W,即≤33dBm;最大功率谱限值为≤13dBm/MHz,等。符合这些技术要求的上述无线电通信设备与无线电定位业务设备及ISM等非无线通信设备共同按均为主要业务方式共用此频段。相应频占费收取按信部无[2001]226号文标准执行,即40元/MHz/基站,按核准带宽收取,不足1MHz按1MHz带宽收取。设置使用5.8GHz频段的无线电发射台站,必须报所在省、自治区。直辖市无线电管理机构批准。在室外环境设置使用的上述相应设备台站,须领取电台执照。设置使用该频段的P-P或P-MP的扩频通信系统、WLAN,宽带无线接入系统的无线电台站,原则上用于公众网无线接入通信,运营企业须取得相应的基础电信业务经营许可。 4.2 应用模式及前景 如上所述,蓝牙技术的终极目标就是要建立一种全球统一的无线连接(连线与接入)标准,使不同厂家生产的各种移动、便携设备与固定终端,在近距离内不用线缆即可自动彼此连接,实现互操作与资料共享。凡嵌入蓝牙模块的设备之间均能自动联络、识别与确认,利用相应的控制软件,不需用户作任何人工干预,即可自动建立连接与数据传送和交流共享。蓝牙技术已经历早期理解、宣传(甚至炒作)阶段,目前已进入理性发展阶段。 蓝牙的可能应用模式之广泛可能是目前所见到新技术应用中最触目者,几乎可浸透至全球各行各业。一些明显的重要应用模式如下: (1)一机多用电话模式 可作蜂窝电话,内含WAP/GPRS、多频、HSCSD等兼容功能,同时可作不计费电话或公用接入普通电话等多种功能应用。早期一些产品如Ericsson T28,R 320。A2618手机,Nokia 9110,6210手机及Alcatel One Touch 700及500系列手机等均为实例。目前已有愈来愈广泛的嵌入蓝牙芯片的各类手机产品。 (2)头戴(盔)式耳机/听筒设备模式 可作头戴、免提蜂窝电话、无线电话及个人微机的音频输入,输出接口设备,此时话音数据流可不经L2CAP层而直接进入基带协议层,可直接收发处理AT集命令。 (3)互联网网桥模式 此时可由手机或无线Modem直接向PC提供拨号上网及传真等功能。 (4)局域网访问模式 此时,多功能数据终端(DT)可经LAN访问点(LAP)无线接入局域网。现今已有大量蓝牙嵌入的计算机及相关蓝牙接口和插卡。 (5)文件传送模式 可提供两DT间传送、XLS、.PPT、.WAV、.JPG和.DOC等各种格式文件及完整活页夹、目录或多媒体数据流,并可提供远程浏览功能。 (6)同步运行模式 可提供各种设备与设备间的同步个人数据管理(PIM)功能,各电话薄,日历、通知,记录及名片处理等。 (7)数字影像模式 可用兼容蓝牙技术的数码相机拍摄相片后,传送给其他数码相机以及移动电话终端,或台式机、便携机和PDA等。 (8)智能汽车系统模式 通过本载音响实现免提电话及锁车、防盗。报警等各种汽车智能需求功能。此外,蓝牙2.0版技术规范的数据速率可达5.OMbit/s左右,可作视频传输运用。 (9)家庭信息网络模式 家庭互联网虽可有多种技术标准与产品,然而最具代表性的两类产品技术标准即为HomeRF及Bluetooth。目前,HomeRF可实施较高速率的家庭信息网络设备互联,而Bluetooth则主要侧重便携移动计算设备。手持通信设备等家庭信息网络设备互联,并进而与Internet互联,实施无线双向传送。 (10)流动办公与电子商务模式 实现计算机与Internet、PSDN、ISDN、LAN/MAN/WAN及xDSL等各种设备间互联工作,形成流动型办公,并可实施电子付账、蓝牙宾馆电子登记及蓝牙餐厅点菜,付账等服务。 如上所述,至今已有约300种以上各种已通过认证的蓝牙产品,而这仅为蓝牙应用的起步。目前,一般蓝牙设备由2—3个芯片(9mm x 9mm)组成,价格已可低达5美元/片,估计2003年后蓝牙芯片价格便可降至5美元以下;同时,2001年3月中旬,ALCATEL公司已推出真正的蓝牙单片芯片,该芯片集成了收发蓝牙信号所需的RF收发电路,基带处理电路、微控制器,以及收容固件的快闪EEPROM,包括语音多媒体。数字信号编译码等。2001年全球蓝牙芯片发货量已达505万套,价值9400多万美元,而2002年全球蓝牙芯片发货量超迈3000万套,价值4.32亿美元;欧洲蓝牙市场看好,2000年已达3670万美元,2002年达2亿美元左右,2006年估计将高达7亿美元。估计真正的蓝牙大规模较成熟应用需至2005年之后,此时蓝牙设备产量估计可达14亿件左右。对中国而言,目前约有2亿个家庭,拥有近1.5亿台电视机。约2000万台电脑,电话用户已超过4.4亿,上网用户已超过4927万。专线上网和拨号上网计算机已达1500万台左右。至2005年时的移动用户数,家电数、固定用户数,甚至Internet网户及上网手机量均可能居全球榜首。因此,中国的蓝牙应用市场潜力无疑最诱人,何况蓝牙的应用模式还远不止上述10种典型模式,甚至可以说,借助蓝牙技术真正可实现“手机电话遥控一切”,其他应用模式还可进一步被想象、开发与创造。其应用领域,不仅仅涉及通信。计算机、家电消费领域,还可涉足汽车、电力、房地产……各行各业。因此,蓝牙前景一片光明。 另一方面,WLAN/WPAN的高速率与可移动性亦使其近些年来成为比蓝牙作用距离可更远的宽带多媒体WLAN/WPAN传送与连接亮点,其主要应用模式亦可归纳为至少下述1O种: (1)公众WLAN应用模式:包括在办公室、咖啡屋、酒店、火车站、机场、会议中心,乃至超级市场与购物中心等。 (2)固定无线接入模式:可快速实施受布线阻碍的相近的两建筑物间的快速布线,实施宽带无线连接。 (3)建筑物内无线网络模型:学校、公司、市政管理部门等信息网络设施均可能借助WLAN来实现。 (4)移动环境接入模式:可提供乘坐各种交通工具的人们进行经常必须的网络信息数据的高速存取连接。 (5)教育应用模式:使用WLAN可实现校园建筑群网结连接、宽带互联接入、灵活的教室配置,以及移动互联服务等。 (6)医疗应用模式:医院区域内多建筑物内医疗诊断信息的快速交换与查询,建立移动护理中心等。 (7)制造物流支持模式:对制造与仓储方面,WLAN可用于有效的库存查询控制、快速的网络重构配置,以及移动库存车辆的网络信息访问等。 (8)零售服务信息网络模型:用WLAN实现快速现金收款。连锁店信息查询与库存控制,以及加油站,商店。餐厅等的便利查询等。 (9)家庭信息网络模型:可借助WLAN方便灵活地建立家庭多终端运行的宽带世界及与外部宽带信息的及时交流。 (10)移动/半移动办公及电子商务模型:与移动手机相比。它有较好的宽带环境与优良的图示条件和宽带连接能力等。可实施固定、半移动、移动环境中的宽带多媒体高质量运行;一定程度上还可与宽带移动手机通信进行互补与竞争。目前中国电信、中国网通固网运营商及中国移动、中国联通移动网运营商均按其不同战略意图看好WLAN,运营商WLAN技术OWLAN亦已成为另一亮点,包括其与2G/2.5G移动网的漫游与多频——多模运作,安全性等均在市场驱动导向下不断增强与改进。至于低速率及高速率、更高速率(包括UWB)等WLAN/WPAN运用前景上述已进行了专门描述,其应用模式亦可归入上述类别,包括另外的特殊应用增强。 5、中国相关发展策略考虑 (1)结合2.4GHz ISM频段的我国现有设备与业务运行的实际国情,以及上述电磁兼容性实测与分析结论和国外在这些方面处理ISM、SS、WLAN、WPAN、U—NII以及Bluetooth彼此共存的经验,加速频率规划与相关应用试验进程,进而完成了上述2.4GHz频段ISM、SS与蓝牙。WLAN等共存运行再规划,使它们在中国的应用创造尽可能合理与良好的基本运行环境,并密切跟踪ZigBee。UWB等国际进展与市场需求,积极研究其相应频率规划,并适时出台。同时,还应特别注意防止任何“过热”,“过冷”的不良炒作,切实遵循“积极。稳妥。科学、求实”的基本原则,使蓝牙、WLAN/WPAN等技术在全球潜用户最大的国家中能获得快速、稳定,健康,有序的发展。 (2)由于蓝牙之类的软件体系是一个独立的操作系统,不与任何操作系统捆绑,但又期望充分利用现有系统规范,因此应设计其兼容操作规范协议。需要小心检验和改进其蓝牙与现有协议的融合及其与各种应用间的互操作性,同时,在其协议栈的不同层面将会存在较多的创造与改进空间,以更好完善蓝牙的技术规范与在ISM频段的电磁兼容共存的能力与顽健性。例如以接入控制为例,目前蓝牙规范中定义了主站控制的轮询(Polling)无线接入协议,但其接入控制频道资源利用效率及管理效益仍有待进一步改进,可望开发更有效的MAC方案与排程(Schedulig)方法及结合P联网经验进一步改进其Ad hoc最优搜索路由(Routing)的传送协议等。对进一步的多媒体通信应用,如何提高运行速率及适应不同QoS要求,如何进行带宽按需等自适应控制,等等,均有更多创造、改进的余地,WLAN/WPAN的标准化、互操作性、安全性及其进一步融合等多方面均有大量创新空间存在。因此,综合我国在发展VCD/SVCD/DVD产业的有关经验与模式,促进我国WLAN/WPAN产业的适合国情的创造性发展,应该进行最大限度的鼓励与支持。 (3)蓝牙与其他无线接入体制的关系。总的来说,蓝牙涉及的无线接入属个人为中心的设施的接续与连接,作用距离近至cm以内,甚至随身饰物,最远是数m、数十m及100m以内,属WPAN范畴,它当然不能替代,也毋需替代最后一公里范畴的各类现代通用无线接入手段。就传输速率及价位而言,与红外线接入(IrDA,其速率可高达16Mbit/s)有一定程度的竞争,但红外线接入只能适宜点对点方式的数米近距离无遮档连接;与一些以个人家庭为中心的其他无线接入手段可能会有更大范围的一些竞争,这些允许接入体制,如上所述,诸如IEEE 802.11(FHSS或DSSS调制,≤2Mbit/s)、IEEE 802.11b(补码键控CCK DSSS调制,≤11Mbit/s)。IEEE 802.11a(OFDM调制,≤54Mbit/s)、Hiper LAN/1(GMSK调制,≤23.5Mbit/s)、Hiper LAN/2(OFDM调制,≤54Mbit/s)、OpenAir(FHSS调制,《1.6Mbit/s》、数字无绳(如ETSI DEC下之类,≤1.15Mbit/s)、宽带Home RF(FHSS调制,≤10Mbit/s),等等。这些方式目前均有一定速率优势,其不同方式间亦有较剧烈竞争,长远看,随着产品改进与市场需求驱动的不断发展,它们亦将逐步走向融合,但多半与家庭PC应用有较密切联系;而对蓝牙而言,其基本竞争压力来自它们的高速动作与未来低价位。一般来说,WLAN与Bluetooth PAN仍然有不同的市场定位与覆盖面,而且蓝牙的快速跳频比以SWAP慢跳频为平台的Home RF可有更强的抗干扰能力,同时,蓝牙还可充分发挥其低功耗、低价位、大面积普及与灵活嵌入应用,替代线缆灵活连线等多种优点。就速率与宽带动作含义上,如上所述蓝牙技术还可进一步延伸演进发展,蓝牙2.0版本标准确定的速率即可高达10Mbit/s左右,而且蓝牙终端连接到WLAN的协议子集也将会固定下来;涉及汽车内移动手机用户的应用及数码相机与移动电话,便携电脑等共享数字图象应用的相应新协议Hand—Free Profile及图象协议已分别由BSIG的汽车工作组和图象工作组制订问世,以适应巨大的相应市场需求而且,一些调查预测表明未来五年具备蓝牙功能设备的数量将远远超过WLAN技术的设备,可能为10:1左右的关系。至2006年将可能有2.35亿件蓝牙功能产品,而IEEE802.11技术的产品仅可能有2200万左右,两者将扮演着不同市场定位的相辅相成的角色。因此,原则上蓝牙与这些无线接入体制间主要是一种共存与互补的关系,但应特别注意其共存的电磁兼容处理。 (4)802.11a、b、g的发展策略问题亦需小心分析研究。一般认为,802.11b及g较易兼容,均在2.4GHz频段,但有微波炉及无绳电话等干扰源的可能影响,其总带宽亦较小,仅83.5MHz;802.11a工作于5GHz频段,带宽资源较丰富些(丰富程度决定于各国自身频率规划),从全球总体市场分析,多半不看好单一802.11a运行;802.11b 2003--2004年后单一运作将会逐步下降,进而转向与802.11g兼容运行上升;802.11a/b双频双模运作2006年左右以后会愈来愈占据主要份额。 (5)上述802.15.3、15.3 a、15.4及16 x等,其发展新动态及标准化新进展应于密切关注与参与。集中有限的研发力量与投入,团结一致,以一种声音与统一有效的行动加强多方位国际合作及与相应国际组织的联系和合作,包括积极关注和参与IEEE 802.x的研究工作及BSIG、WLAN/WPAN的标准化工作,为中国与国际蓝牙与WLAN/WPAN的标准化工作贡献力量。 (6)随着我国半导体芯片制造的软硬件基础产业实力的发展,在加强国际合作的基础上,相关产业发展管理部门应有计划地组织开发适合我国国情的优良性能/价格比的蓝牙、WLAN/WPAN芯片,以适应蓝牙与WLAN/WPAN技术的潜在广阔市场应用需求和发展我国的相应民族产业。对此注意低速率,更高速率WPAN,包括ZigBee、UWB等WLAN/WPAN技术的跟踪与开发研制尤为重要。 (7)充分利用我国的巨大蓝牙、WLAN/WPAN市场潜力进行技术创新与发展工作。蓝牙之类WLAN/WPAN技术的应用对象既包括移动,亦包括半移动与固定的各类终端应用,但从最有活力的与个人相连接的网络含义而言,移动及半移动终端在份额与应用上将成为最大的蓝牙之类WLAN/WPAN应用对象。预计今后不久,固定电话、移动电话及互联网用户将形成三分天下的基本格局;移动用户和固定用户亦即将平分秋色,各占“半壁江山”。相应,2005年以后,蓝牙的普及应用估计会形成一种较好的势头而进入所谓嵌入式时代,那时全球移动用户将达14亿左右,预计上网的手机用户数量将达10亿左右,而那时中国的移动用户估计可达3亿左右,接近全球总数的1/5;预计2003年左右,全球上网手机数即可达3亿以上,将超过可接入互联网的PC数量;2005年左右的中国的移动用户量,家电量。固定用户量、甚至Internet用户及上网手机量,均可能居全球榜首。因此,蓝牙、WLAN/WPAN在中国的市场潜力最为诱人。中国如此惊人的巨大市场潜力应该,亦必然是技术创新与知识革命的源动力。同时,为适应加入WTO后的国际、国内环境竞争的需要,中国的制造商、操作运营者、科研部门及投资商必须建立紧密的战略合作伙伴关系,务实处理好宽带多媒体业务发展的细分市场需求。借助各类先进有效的技术或所谓技术杀手锏,剪材各类市场需求形成有效的所谓杀手锏业务、杀手锏应用(Killerx)等成功的商业模式,其中包括平衡介入各方的商业利益,建立成功有效的所谓产业生态链/生态圈/生态网络/生态系统(Industry Eco—x)之类的共赢互利合作模式及“创新与持续发展”等问题,并与外国朋友紧密联系和共赢合作,快速发展中国的民族产业,以满足中国市场的巨大需求为目标,锐意创新、加强自主知识产权努力,为增强我国综合国力,并走出国门、走向海外。为全球合作与全球技术进步,积极贡献我们的力量。
作者:信息产业部通信科技委副主任教授 陈如明 |
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