藍牙3.0為高速傳輸技術開啟全新的可能性和挑戰

CSR的藍牙+Wi-Fi 模組

2009年初，藍牙技術聯盟正式發布藍牙3.0版本，再次證明藍牙為現今最成功的短距離無線技術。藍牙技術不斷隨著消費者和製造商對於裝置功能的需求成長。時間回溯到1999年，當第一版藍牙標準核准發佈時，人們仍無法想像未來將可以用手機或其他可攜式消費性電子裝置拍攝好幾MB的相片或播放更大容量的影音檔案。然而，直到2004年，藍牙發展到2.0+Enhanced Data Rate (EDR)版本，亮眼的表現才讓人驚覺這項技術是有能力傾聽並滿足消費者和製造商的需求，提供一個更可靠的連接途徑和更快的傳輸速度。現在，結合Wi-Fi射頻的藍牙3.0代表藍牙的創新歷程又往前邁進了一步，藍牙3.0將藍牙帶向一個全新的功能層級，以更高的傳輸速率滿足消費者的需求，同時仍保有藍牙一直以來為人著稱的低功耗特性。

然而，最新的藍牙規格也為製造商們帶來一些新的問題與挑戰。例如：藉由結合Wi-Fi射頻以支援較大型檔案傳輸的結果，讓製造商不得不正視藍牙與Wi-Fi射頻並存(coexistence)造成彼此互相干擾的問題；這個問題必須獲得妥善的處理，因為我們必須確保其中任何一項技術的效能不會因為另一項技術的同時使用而受到折損。

藍牙現在猶如站在十字路口。新的規格開啟二個截然不同的應用領域，藍牙3.0主要針對需要處理大型資料檔案的消費性電子市場，而其超低功耗的姊妹技術-低功耗藍牙(Bluetooth low energy)則為那些以往從未考慮無線技術的裝置和應用提供無線連接的機會。藍牙3.0最後將讓原本侷限於只能傳輸較小檔案的裝置可以透過無線傳輸例如影音等大型檔案，因為那些裝置如果採用標準藍牙則任何較大型的檔案都會讓使用者覺得永遠傳不完，而且也會很快的耗盡電池電力。

最新的藍牙3.0所採納的Bluetooth over IEEE 802.11 a/b/g規格，將Wi-Fi射頻當成一個AMP (Alternative MAC and PHY) ，提供現今消費性電子所需的高速傳輸率，而不會太快耗盡電池電力。這項技術利用低功耗的藍牙射頻偵測連接訊號，只有在進行實際的檔案傳輸時才啟用Wi-Fi射頻，將Wi-Fi的使用時間盡可能控制在最小限度。如此一來，原本因為功率消耗過大的問題而未能採用無線連接性的消費性電子裝置也將可以使用無線技術。例如，使用者可以從他們的攝影機透過無線串流視訊到電視機，或者只需要幾分鐘就可以從他們的手機將整張音樂專輯上傳到MP3播放器、MP3。

不論從技術或者終端使用者的觀點來看，Wi-Fi已是一項十分成熟且已存在現今許多消費性電子裝置上的技術。許多最新的智慧型手機和筆記型電腦都已兼具藍牙和Wi-Fi射頻能力，因此對於晶片製造商而言，下一步推出藍牙3.0的單晶片產品似乎是十分符合邏輯，不過這並非完全沒有問題。

將嵌入式藍牙射頻與Wi-Fi射頻放在同一顆晶片上將帶來全新的問題與挑戰。由於藍牙和Wi-Fi都同樣在2.4GHz頻譜作業，因此要讓二項技術在一起運作是一項十分艱難的挑戰，特別是如果二種射頻需要同時啟用的時候。現在市面上的藍牙+Wi-Fi單晶片方案都存在著並存問題，且無法發揮一如射頻獨立存在時的效能。

如果其中一個射頻會因為其他射頻的使用而折損效能，那就沒有理由將二者綁在一起，因為消費者只會持續要求更高效能的技術，而不願意對效能妥協。針對此一問題採用一種獨特的解決方法。整合藍牙與Wi-Fi連接模組，提供等同於個別晶片方案的效能，而且整體模組尺寸比現今市面上的單晶片方案還要小。換句話說，透過整合性模組克服了藍牙與Wi-Fi並存所造成的干擾問題，而且整體電路板面積仍維持不變甚至更小。

確保藍牙與Wi-Fi並存能力的關鍵在於這項裝置所採用的軟體堆疊技術。儘管理論上而言，客戶可以採用不同廠商所提供的藍牙和Wi-Fi晶片，但由於射頻並存管理上涉及的技術問題，一般情況下往往不會這麼做。因此，射頻和軟體堆疊需要來自相同的廠商，而且這個軟體需要審慎的開發，確保能夠自動管理二種射頻且不需終端使用者進行額外操作程序。

藍牙技術聯盟(Bluetooth SIG)了解終端使用者對於消費性電子裝置的關鍵需求就是使用上的便利性。因此，藍牙3.0也同時將例如安全簡易配對(Secure Simple Pairing)等功能納入規格中，讓使用者更容易偵測到其他裝置的存在，並且確保彼此安全配對，提供更便利的使用者經驗。此外，藍牙3.0也讓使用者不需要擔心在什麼情況下必須使用Wi-Fi或藍牙射頻傳輸。也就是說，當使用者在進行大型檔案傳輸時，Wi-Fi射頻將會自動開啟，當傳輸完畢後也會自動關閉射頻以節省電力。這項機制將為藍牙提升資料傳輸速度並且節省電力，而不會造成使用者混淆，軟體堆疊則會負責根據資料傳輸需求選擇最適合的射頻。

藍牙3.0帶領藍牙邁入下一個發展里程，並且將為市場開啟數百種以往從未想過的消費性應用。雖然以前曾有廠商嘗試過在相機上增加無線功能但沒有成功，不過隨著藍牙3.0的到來，似乎許多應用都將一一被實現。例如藍牙3.0將讓使用者可以從手機經由藍牙將視訊串流到電視播放或者透過在藍牙在幾分鐘之內就將整個音樂專輯上傳到媒體資料庫，這些應用透過以前的技術是無法實現的，因為光是上傳或串流如此大量的資料很快就會把手機的電力耗盡。

藍牙3.0技術成功起飛的最後關鍵在於所使用的軟體堆疊。軟體堆疊決定了終端使用者是否能夠體驗到更快速而且擁有更具有功率效益的資料傳輸經驗，能夠確保實現此一目標，讓藍牙3.0將短距離無線技術普及到比舊版規格更廣泛的應用裝置。(作者Robin Heydon是CSR的技術顧問)