阐述了蓝牙与超宽带无线通信的技术特点，提出了将蓝牙与超宽带无线通信技术相结合的一个解决方案，说明了该方案的可行性。
0 引言
微电子技术、无线电技术的发展和数字通信技术的紧密结合，逐步形成了无线数据传输技术。它的出现改变了传统的有线传输的使用现状，极大地减少了人们对有线网络的依赖，省去了铺设有线线路的麻烦，是无线通讯技术的一个重要发展方向。在现代无线移动终端设备中，蓝牙技术成为了数据传输的新宠;然而，随着无线通信技术的发展，各种无线通信系统相继出现，使可利用的频谱资源日趋饱和。但人们对无线通信系统的要求仍在不断提高，希望其提供更高的数据传输速率、成本更低、功耗更小。在这样的背景下，超宽带技术引起了人们的重视，已逐渐成为无线通信领域研究、开发的一个热点，并被视为下一代无线通信的关键技术之一。由于蓝牙技术和超宽带技术都适用于短距离无线通信，两者也具有很多相似性，因此将两者技术结合无不失为一种很好的现代无线通信解决方案。并且，Bluetooth SIG也在2005年5月公布了其与UWB团体合作的意愿，以开发能够使用UWB无线电的高速率Bluetooth规格。
本文首先阐述了蓝牙与超宽带无线通信的技术特点，之后提出了将蓝牙与超宽带无线通信技术相结合的一个解决方案。方案既保留了蓝牙技术现有的核心价值;又能够支持需要更高数据流通量的应用。实际上，对于传输文件这一目前典型的蓝牙应用，将来极有可能需要超宽带技术的速度。在本文最后，说明了该方案的可行性。
1 蓝牙和超宽带技术特点
Bluetooth无线技术是—种短距离通信技术，旨在取代电缆来连接便携式和，或固定设备，并保证高度安全性。Bluetooth技术的主要特点在于功能强大、耗电量低、成本低廉。Bluetooth规格为范围广泛的设备定义了统一的结构，以便于彼此之间进行连接和通信。Bluetooth 技术已获得了全球认可，世界各地的Bluetooth设备都可以与其邻近的Bluetooth设备连接。Bluetooth电子设备可以通过短距离的即时网络(称为微微网)进行无线连接和通信。在微微网中每个设备同时可以与多达七个设备进行通信。每个设备还可以同时属于多个微微网。当Bluetooth设备出入无线电邻近区域时，微微网可在此期间自动动态建立和撤消。
UWB是具革命性的无线数字数据传输技术，以极低的功率通过频段的宽频谱传输数据。它可以极高的速率传输数据(适合无线局域网应用)。理想情况下，UWB无线技术功耗小、价格低廉、高速、可使用范围很宽的无线电频谱、可穿透障碍物传输数据和具有广泛的应用范围。UWB允许在2米范围内达到约 0～500Mbps的数据率，在10米范围内则能达到约110Mbps。
2 利用蓝牙和超宽带技术相互配合实现无线数据传输
2.1基本思路
从以上分析可知，蓝牙在文件较小的数据传输方面比较有优势，因为文件较小，若用超宽带技术则浪费网络带宽，而用蓝牙则可以得到较快的链路建立时间;而对于音频、视频等多媒体文件的传输则超宽带技术以其数据传输速率占绝对优势，并且，它的脉冲非常短，传输的数据也很难被截取，安全也得以保证。因此，可以设想：对于比较小的文件用蓝牙进行传输，而对于多媒体文件可以用超宽带技术进行传输;利用蓝牙作为控制链路，负责传递网络协议的一些参数，而用超宽带直接传输文件数据。以最简单的点对点网络为例(如图l所示)，整个传输过程包括一个简化了的协议、自动重传请求机制(ARQ)以及一个结束标识。建立连接的过程类似于TCP协议的三次握手过程，而终止类似于TCP连接的改进的三次握手协议，但这些信号是通过蓝牙进行传输的。
2.2具体过程分析
在通讯双方初始化过程中，发送端需要发送待传输文件大小数据，接收端接收该数据后需要检验内存是否有足够空间可用，以保证传输文件的完整性。初始化阶段要求双方协定UWB链路的一些参数，比如一些调制参数、同步码序列以及帧参数等。由于蓝牙可提供可靠传输链接，UWB帧的发送信息可以通过蓝牙接口来识别。
考虑到蓝牙和超宽带技术的数据传输率相差悬殊以及蓝牙传输的可靠性，这里选用选择性重传策略(SRP)作为自动重传机制。当使用了这种策略以后，接收到的坏帧被丢弃，但是坏帧后面的好帧继续被缓存起来。当发送方超时以后，它只重传最早的未被确认的那一帧。如果那一帧正确到达接收方的话，则接收方依次将它所缓存的帧递交给网络层。选择性重传策略通常也跟以下的策略结合起来使用：当接收方检测到错误(例如，帧的校验和错误或者序列号不正确)时，它发送一个否定的确认(NAK)。NAK可以激发重传操作，而不需要等到相应的定时器过期，因此，NAK可以提高性能。
因此，在UWB通信系统中，接收端不必发送每一帧的确认信息，只需接收缓存到一定量的数据后，发送一个接收数据的校验和就够了。
另外，在两者互通技术方面，目前尚未有可行的标准出台，因此本文在此提出一种假设性的解决方案。
两者的物理层标准并不相同，如果修改两者的物理层标准可以实现互通，但是工程可能相当巨大，因此，可以在两者的物理层之上都添加一层协议融合层。众所周知，数据是以二进制方式传输的，因此可以在待传输的数据打包之前添加一位作为识别位。两者都靠协议融合层发送和接受数据。UWB的数据在第—位之前添加0，Bluetooth的数据在第一位之前添加1，之后数据打包，传输到协议融合层发送数据。接受数据时，协议融合层首先判断数据的第一位是0还是1，如果是0，则向下传输到UWB的物理层;如果是1，则向下传输到Bluetooth的物理层，之后再进行数据处理。如此，虽然协议融合层的编程可能有些复杂，但是可以不必修改双方的物理层协议。
3 可行性分析
3.1二者技术的相似性
首先，从距离上考虑，蓝牙和UWB技术同是短距离通信。一个蓝牙设备在10m范围内感应到另一个蓝牙设备时，它们自动在两者之间建立连接，UWB的有效距离也是10m，属于近距离多媒体通信，这一点上二者几乎没有任何差别。其次，蓝牙使用了扩谱通信中的跳频方案，发射机每隔一段时间就从一个频率跳到另一个频率，不断搜寻干扰比较小的信道，接收机以频率跟踪的方式进行接收;而UWB的多脉冲调制过程中的第一步就是扩谱，即每组脉冲内部的每一个脉冲具有相同的幅度和极性，但具有不同的时间位置。第三，蓝牙和UWB技术都是低成本和低功耗的。蓝牙的市场目标就是移动设备，移动设备的外观和功耗要求，使得蓝牙必须是低成本低功耗的，蓝牙的输出功率只有1毫瓦，成本也只几美元左右;而UWB是不使用载波传输的无线通讯技术，又由于UWB直接采用二进制的传输方式，可大大减少其零件组数，并且UWB的射频收发器架构简单，此外，芯片也可以使用CMOS结构，使得成本进一步降低，而当超宽带结合了蓝牙之后，功耗还可以大幅度降低。
3.2超宽带和蓝牙相结合的优势
在目前的标准下，在同一环境中使用2.45GHz的频段的WLAN(80Zllb)和蓝牙，尤其当二者相距较近常常会发生相互干扰使数据传输速度降低。蓝牙信道经常从不同的频隙跳到802..11b信号上，干扰802.11b信号，并阻止信号包的发送。当信号包被“破坏”后，发射系统因不能收到确认消息，就会重新发送，这就导致信息吞吐量的下降。要消除这样的干扰需要不断完善蓝牙协议标准。由于超宽带的脉冲非常短，频谱非常宽，能避免多路径传输的信号干扰问题，因此采用超宽带和蓝牙相结合的技术与其他无线通信技术间产生干扰的可能性大大降低。另外，蓝牙的数据传输率只有1Mb/s，远远不能满足将来的流媒体高速率的要求，而超宽带就能满足高容量的多媒体中流传输应用。其次，蓝牙提供短距离的对等通信，同其他技术比，蓝牙信号很容易被窃取，而超宽带的脉冲非常短，因此难以被侦测，同时其收发器之间由事先确认的辨认方法进行转换，接收端必须知道传送端的脉冲序列才能正确收到信号，因此具备高度的安全性。蓝牙在采用了超宽带的物理层后，将更加安全地传输。第四，超宽带最初是军方用在雷达的侦测系统上的，因为其具备精确的测距能力与定位功能，如果和蓝牙技术相结合，更能最大程度地提高连接性能和服务质量。
3.3展望
蓝牙特别兴趣团体(Bluetooth SIG)在2005年5月公布了其与UWB团体合作的意愿，以综合利用蓝牙和超宽带这两种无线技术的优点，开发能够使用UWB无线电的高速率 Bluetooth规格。虽然新架构尚未得到充分定义，但新架构将使蓝牙产品能够利用超宽带的高速数据率。这将满足需要高速数据传输的应用需求，并可以使便携产品能够支持高质量视频应用。
4 尚需解决的问题
由于蓝牙和超宽带的物理层并不相同，因此物理层互通是这项技术亟需解决的问题，这可以通过修改蓝牙的物理层标准得以解决。另一种解决的办法是在蓝牙和超宽带的物理层之上分别添加一层协议融合层，作为被选中的UWB MAC与蓝牙的逻辑连接控制及应用协议层之间接口的基础，以实现蓝牙和超宽带的物理层彼此互通。本文设想了一种解决办法，但还没有考虑协议融合层诸如安全等方面的问题，不过这些问题相信假以时日，都会得以解决。
5 结束语
人们对诸如移动设备的传输速度要求不断提高，期待移动设备中如图片、视频和音频等传输得更快，这样的要求决定了必需有一种能在移动终端之间更快更方便地传输大文件或数据流的无线传输方法。超宽带作为一种最新的无线电技术，与其他无线电技术相比，其主要优势就在于它的高速数据传输能力。本文通过比较蓝牙和超宽带技术数据通信的各自特点，提出了一种结合两者各自优势的新的无线数据传输方法，并分析了该方法的可行性。不过要修改蓝牙的物理层标准，融合这两项技术还需要时间，蓝牙与超宽带技术融合的新思想，以其绝对吸引人的特点正在被更多的人接受，相信在不久的将来，能成为无线传输数据的一种普遍采用的技术。
作者：夏 露 陆际光 来源：计算机时代 2007年11期
