车用电子－无线蓝牙应用新方向
发布时间：2010-9-21 20:24
发布者：eetech
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目前的无线蓝牙传输技术，不但是中、高阶手机的基本标准配备，搭载立体声耳机也有越来越普及的趋势。过去蓝牙技术主要的应用领域，包括：语音与音乐相关的手机、PDA等手持式设备之外，也包括消费性产品，如：计算机、打印机、汽车、医疗等设备中，约有20％的产品具有内建无线蓝牙技术。 根据蓝牙技术联盟（Special Interest Group；SIG）的市场统计资料表示，每天平均约有5种全新的蓝牙产品取得认证。由此可见，无线蓝牙技术已经逐渐深耕于各类型的产品中，至今搭配蓝牙技术的设备已突破10亿件左右。再加上无线蓝牙的应用技术越趋成熟化，预估未来3年之内，内建有无线蓝牙技术的产品，将有机会突破20亿件，这其中又以汽车产品的应用为最大市场之一。 五花八门的蓝牙应用 汽车工业成为新趋势 「一边驾驶汽车、一边接听手机电话」，这样危险行为，在台湾已被立法禁止，所造成的危险不容轻忽。而随著驾驶安全、安全驾驶的问题持续被提出来之后，受到更多人的关注，这也使得车用无线蓝牙技术，已经在市场中获得强而有力的支持，一方面也造就了无线蓝牙技术在汽车工业上的广泛应用。 到目前为止，有关于蓝牙的相关协议标准是经由蓝牙技术联盟所制定，长久以来在无线通讯市场中，所大力推广的一项具有开放式、短距离、低功耗的蓝牙无线通讯技术的解决方案。主要的射频工作范围为不需要授权的2.4GHzISM，包括：汽车工业、医疗工业、科技产品所使用的频段范围。主要技术是运用跳频技术来降低干扰、减少讯号衰减的情形发生，另外，也可运用快速跳频降低同频干扰及远距离传输时，所造成的噪声干扰的影响；甚至还可以采用FM调制技术，一方面加强无线讯号的稳定度，另一方面还可降低无线设备的复杂性。 基本上，蓝牙无线通讯技术不仅具有连接层的特殊且重要的规范，另外还基于连接协议层上的诸多应用，制定出许多规范要求，例如：Handfree Profile、文件传输、网络应用等。这当中以Handfree Profile在汽车工业上的应用为最大宗，能够直接与车上AV影音多媒体、车载式卫星导航等设备整合为一，使用者不再在另外搭载其它装置附加设备。 无线蓝牙传输技术是一项优异，而且只要低功率的无线传输设备。不仅具有数据、语音的无线传输标准功能，可望能为汽车产业带来许多好处。比方说，可以将无线蓝牙传输技术应用在卫星导航设备（GPS）上，便能使汽车具有显示自动传送方向效果，或者是将蓝牙无线传输技术运用到汽车上的免持系统上。 虽然这些新的设计与应用，可能会产生几个问题，比方说：蓝牙无线传输优劣的技术问题，或者是在狭小的车内空间，所可能造成的回音干扰与噪音抑制，也就是语音通讯质量的问题。对此，有什么因应之道？据了解，已有厂商开发出蓝牙芯片组的解决方案，以及与回音消除的软件系统，并将该芯片与软件技术导入在汽车上所使用的蓝牙免持解决方案中。  图说：蓝牙无线通讯架构主要可分为底层硬件模块、中间协议层及高端应用层等三个部分；底层的硬件模块则是由链路管理层、基带层与射频等架构所组成；中间协议层包括：逻辑链路控制及L2CAP、SDP、RFCOMM，以及TCS；高端应用层则包括了许多的profile。（资料来源：CSR车用蓝牙无线设备解决方案） 汽车与蓝牙无线首重兼容性 认证的过程不可忽略 汽车上所使用的蓝牙无线通讯系统，目前还是以手持式设备为最大应用，而蓝牙标准的SIG蓝牙技术联盟也在汽车与蓝牙设备的操作性与适用性方面，制定出许多相关规范。不过，各品牌的手机厂商实际上所应用或操作方式，却是各有各的不同，只能确保基本的操作不会有任何问题，而在蓝牙的附加功能上，却是无法给予最大的满足，也就是说还有部份蓝牙功能无法在汽车上展现出来。再加上目前还有许多手机厂商无法通过BQB的认证标准，不但产生更大的相互操作性困难，甚至导致了不同汽车厂牌与不同手机品牌，难以兼容的技术问题。  将无线蓝牙传输技术应用到汽车电子中的设备、仪器上，此发展趋势有显著的增加。虽然车载用的无线蓝牙技术还没有一个明确的规范，不过，从汽车中心厂对于蓝牙技术的青睐与重视程度，无线蓝牙技术成为汽车标准配备也是迟早之事。但是，汽车工业对于可靠度与兼容性自有一套严格评审标准，这远比家庭、办公室的标准还要高出许多。再者，当一个新的无线技术导入汽车产业之后，使得原本单纯蓝牙技术，将会成为复杂度较高的无线系统；因此，用来确保无线蓝牙设备，用在汽车上不会产生任何干扰的检测标准，将会日益重要。  汽车无线蓝牙传输设备 由于汽车的内部空间较为狭小，且已经无法再行扩大；若使用免持式无线蓝牙系统的手机设备，经由汽车上的扬声器系统达到播放的效果，很容易就造成车内产生声音反射的情况，甚至再传回车载系统中麦克风设备，使得车载式无线蓝 牙系统产生回音的现象。此时，若在车内使用免持式蓝牙手机的收听（收音）效果，会因此受到干扰而大打折扣。  图说：车载式蓝牙无线系统产生回音的可能情况，或者造成车用蓝牙传输设备质量不佳的可能情况发生。（资料来源：CSR车用蓝牙无线设备解决方案） 一般来说，在使用搭载无线蓝牙设备的产品在车内所造成回音的现象，使用者在听到回音的这一段时间之内，约会有0.5??1.0秒钟的间隔时间，最主要是因为电波传递，以及产生声音到反射回来的时间消耗。因此，要利用何种技术能进一步加强车载用无线蓝牙系统的通讯及语音质量，便成为相当关键性的挑战。这是因为蓝牙传输的质量问题，会因为每个使用者的体验感觉不同而有所差异，再加上汽车内的使用环境不同，而使得无线蓝牙技术在汽车上应用，更是充满了挑战。 以无线技术暨蓝牙连接方案供应商CSR所推出的BlueCore3-Multimedia架构的车载式无线蓝牙系统的解决方案为例，BlueCore3- Mutlimedia是以无线蓝牙射频控制为主要架构，并结合了开放式的平台DSP－Kalimba DSP作为频宽处理器的议定处理，并在进行 语音通讯时，将回音的部份消除。而这项解决方案，最主要的特点在于，如何将无线蓝牙传输的关键技术整合在同一颗芯片组？这不但能够减少系统开发的成本、基板尺寸，同时还能降低产品的技术门槛，达到符合无线蓝牙设备快速上市的基本条件。  图说：BlueCore3-Multimedia系统架构是由基频控制器（MCU）藉由无线蓝牙传输协议与Hand free Profile及Handset Profile所构成，并可针对噪音干扰及降低回音的数码信号来进行处理，而增强型的技术将有助于背景噪音增大时可提高音量。（资料来源：CSR车用蓝牙无线设备解决方案） 由于BlueCore3-Mulitmedia中的基频控制器（MCU）是藉由无线蓝牙传输协议与Hand free Profile及Handset Profile所构成，另一方面再经由无线蓝牙的同步连结技术，将SCO链路所获得的语音信息转传到Kalimba DSP，再利用Kalimba DSP中的软件技术达到语音处理目的之后，最后再透过数模转换电路的作用，让声音从扬声器中扩散出来。另一方面，数模转换电路经由车上所搭载的收音麦克风进行语音信息的收集，在Kalimba DSP处理器中进行转换，最后在传递至基频控制器中，再透过无线蓝牙传输的SCO链路将声音传递出去。 无线蓝牙技术回音消除及噪声抑制解决方案 基本上，CSR针对车载所设计的无线蓝牙解决方案是由两个部分所构成，包括：用在处理噪声抑制演算技术─「OMS」，以及可用于车内双工免持电话的消除回音「AEC」，这是目前市场上唯一将「噪声抑制」与「消除回音」两项技术整合为一的单芯片解决方案，其介绍如下： OMS－噪声抑制技术：这是一种利用语音与噪声的原始特性，可协助降低噪声干扰的发生，而将语音讯号放大的频率演算技术。简单而言，就是利用语音的构成技术，采用不同的选择方式或直接将不必须要噪声给排除，让不必要的背景噪声干扰降至最低。另外，该技术也运用语音仿真技术来接收讯号，经过后语音系统的加工处理后，再将背景所产生的噪音进行剥离技术，进而撷取到高质量的蓝牙语音通讯讯号。根据研究资料显示，目前的噪声抑制技术对噪声的抑制可达到12dB左右，未来将以降低20dB为主要目标。 AEC－消除回音技术：以目前市面上所使用的车载式免持电话（广播）系统来说，有一项缺憾就是使用者会感受到远端扬声器很容易就会产生回音，为让驾驶者或乘客能享受车上舒适的无线蓝牙免持环境，则可以利用AEC消除回音的即时处理技术，对于汽车上的扬声器耦合到麦克风所产生的回音非常具有效果，AEC的回波损耗误差值（ERLE）约可达到50dB上下。同时还可以随著环境的变化性，而进行调整动作。据了解，目前欧洲电信标准协会（European Telecommunications Standards Institute；ETSI）将着手制定AEC回音系统的有关标准认证。 在上段的部分已经提到，在车内搭载蓝牙设备所产生的回音干扰，主要是因为扬声器发出的声音耦合到麦克风中是其主要因素。因此，麦克风与扬声器的相对位置非常重要，一般来说扬声器的位置离麦克风的距离是越远越好，不过因为汽车内部空间过于狭小，这个距离始终无法再行突破，因此在安装的时候，设计者必须要能充分考虑这项因素。所以，若将麦克风与扬声器整合在一起的话，除了必须要将连接材质考虑进去之外，在连接部分空间所使用的填充物材料，也必须要有所考量。另外，麦克风与扬声器尽量不要放在风口，麦克风的方向与扬声器发声方向相反，或者呈90度也可以获得更加理想的效果。  图说：具有无线蓝牙功能的手机设备，未来将会支持车用卫星导航及其它定位服务的自主型GPS （Autonomous GPS）或辅助型（Assisted GPS）的导航产品。（资料来源：Autohome） 结论：无线网络技术持续发展之余，加上汽车工业也逐步朝向电子化来发展，使得大多数的工作者必须要与时间竞赛，甚至在汽车上还必须能够维持工作讯息的畅通。因此，如何在汽车内降低繁琐的联机过程与布线？实现快速方便的信息阅读及语音通讯，无线蓝牙传输技术已经是现今最受到瞩目的标准技术之一。尽管目前车用蓝牙无线传输技术，大都还只是停留在汽车上的电话系统，不过，其它多样化的应用则随时都有可能会出现，比方说，短距离的车辆检测系统、车与车之间的系统传输技术，乃至于汽车安全检测技术、通信传输等众多服务，最终的目标就是让汽车能进一步贴近智能化。 |
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