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2001年藍芽發展趨勢
 

【作者: 誠君】   2000年12月01日 星期五

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Ericsson、Nokia、Intel、Toshiba和IBM於1998年成立名為Bluetooth SIG(Special Interest Group),推動短距離無線通訊技術。它能讓不同的產品間能夠在短距離情況下,不需使用有線的傳輸設備,進行產品裝置間的資料溝通傳遞。之後,更有Lucent、3Com、Motorola、Microsoft等四家公司加入成為SIG成員,一起參與制定標準。Bluetooth SIG會員來自各種領域,有半導體業者、電信業者、電腦系統和周邊業者、消費性電子業者、網路業者和汽車業者等,我國也有多家廠商加入。



為了讓藍芽能在全球都能隨意使用,在頻段訂定上使用2.4GHz(2.402~2.480GHz)頻帶,也就是所謂的ISM(Industrial Scientific and Medical)頻段(無需向管理單位提出使用申請),發展出有效傳輸距離約10~100公尺,混合語音與數據且價格低廉的無線通訊技術;簡言之,其主要特性為:低成本,低耗電,自由使用的頻帶,數個裝置連接、數位與語音的混和傳輸。其可以用在手機、個人數位助理(PDA)或掌上型電腦(HPC)、桌上型電腦、筆記型地腦、數位相機、家用無線電話、耳機或汽車上。



藍芽1.0技術和2.0發展現況


藍芽的運作,簡言之,以手機為例,當一含有藍芽的手機在多個含藍芽裝置的環境中,想使用藍芽裝置的服務,使用者啟動藍芽服務(稱為Master)時,藍芽開始搜尋(inquiry)週遭其他的藍芽裝置(稱為Slave),此時若使用者選用印表機、掌上型電腦或與另一手機作語音傳輸,而將這些裝置鏈結,形成一群體,稱為Piconet。之後,另外一個Piconet內的藍芽裝置與前述Piconet中的印表機鏈結,則稱之為Scatternet。



藍芽想創造一個短距離的、無線的、可群體溝通的,兼容語音與數據的傳輸環境。以無線傳輸距離來說,分成10公尺的類別3(Class 3)與100公尺的類別1(Class 1);分別運用在低耗電和低成本的可攜式產品上與中繼傳輸的產品上(如,無線電話的基座)。目前藍芽模組與主機或設備間的標準介面有USB,UART和PCMICA等。



在鏈結方面分成SCO(Synchronous Connection-Oriented)和ACL(Asynchronous Connection Link)兩種,前者僅提供給語音傳輸,後者則適用於語音與數據(data)傳輸。雖然ACL可以與多個裝置進行語音與數據的傳送,但SCO語音鏈結只能以點對點方式溝通,且不因傳輸資料的品質(QoS)或錯誤與否再行傳送;但ACL數據資料可能因為資料的錯誤要求重傳。



藍芽的語音部分視裝置是否使用到語音傳輸的功能可加以取捨,例如數位相機、印表機或滑鼠等產品,可以將Voice codec方塊移除。RF模組包含接收端和傳送端部分的LNA、IF filter、AD/DA、Gaussian Modulater、PLL、VCO、合成器和PA等等;主要功能為接收/傳送訊號,射基頻的降升、解調變/調變等。基頻、微處理器和記憶體主要是執行Bluetooth的規格與訊號的管控,未來將崁入Flash、SRAM在基頻IC中:微處理器部分,大都使用16位元精簡指令集的處理器:如Hitachi、CSR...業者自行開發或使用ARM、MIPS等CPU Core;藍芽亦提供UART、USB和PCMCIA等三種介面與主機設備溝通。隨著SoC的趨勢,Bluetooth單一晶片已是眾所矚目,雖然CSR已宣稱擁有單一晶片的解決方案,不過,預計要到2001年Bluetooth單一晶片才能真正上市。



藍芽產品即將在今年年底和明年初量產上市。不過,藍芽是否成功仍取決於不同廠牌設備的互連性,因為,藍芽1.0規範中有些部份是很容易被不同的工程師解讀成不同的內涵。藍芽SIG為了確保互連性,並吸取Ethernet、IrDA、USB 1394過去的經驗。在藍芽1.0版擬定之初,就用三道關卡嚴格把關。這三道關卡就是:



1.主規格定義出藍芽機基本架構



2.實作導引(application profile)可以確保不同的應用產品有共同遵守的標準



3.互連測試及認證,這是為維護合格的藍芽產品之品質。



IMT-2000第三代行動電話服務即將在2001年開始在日本推出,藍芽將與它整合而普及。Ericsson的第二代藍芽模組(尺寸減半)也將在明年推出。IEEE802委員會計劃在2001年3月將藍芽的L2CAP、LMP、基頻、射頻標準化成為IEEE802.15.1。而藍芽SIG預期將在2001年確定藍芽2.0和3.0版的規範。



藍芽1.0版本是在1999年7月推出的,1.0B版是在1999年12月推出,它修改了一些前版不清楚的部分。不過,1.0B版本並沒有詳細敘述PICONET的實作方法,結果各家製造廠都發展出他們各自的方法。藍芽1.1版已在今年9月推出,隨著1.1版本的完成,藍芽IC之間(實體層間)的互連性將可望大幅提高,PICONET的實作方法也會有所規範,而各家製造廠也將推出1.1版本的成熟產品。2001年中,藍芽1.1版產品將是主流。



藍芽2.0版本將提供更快的傳輸率,從目前的1Mbit/s(有效值僅721kbit/s)增加到2至12Mbit/s左右。此外,支援新的實作導引將是2.0版的特色。目前藍芽SIG有九個工作小組正在規劃針對不同的市場制定應用規範。其中,有為降低藍芽與其它無線通訊標準(例如:IEEE802.11b)之間的干擾而成立的WLAN共存(Coexistence)小組。



這些小組希望在今年底完成所有規範,但是以目前的進度來評估,除高速RF規範需要比其它規範更長的確認時間之外,其餘最快要到明年下半年才會完成。因此,首批上市的藍芽產品不是採用1.1版本,就是1.0版本。藍芽3.0版本應會與IEEE802.15.3(20M bit/s)同時完成。屆時,藍芽的頻段可能由2.4GHz改為5GHz。



市場前景


從Bluetooth SIG的會員類別不難看出,其應用在通訊產業、消費行電子、電腦週邊、網路、汽車產業等。初期由於價格因素,行動工作者或使用高檔產品的消費者會使用含藍芽的產品。In-Stat估計2005年有13.7億台的產品含藍芽裝置,其中通訊和資訊產品近九成五的佔有率,主要的產品區隔為行動電話、桌上型電腦、耳機和筆記型電腦。



2001年到2005年含藍芽產品呈現快速的成長,主要產品為通訊產品及資訊產品,In-Stat預估2001年三千一百萬藍芽產品,其中通訊產品有二千一百萬台,資訊產品有七百萬台,2005年十三億七千五百萬藍芽產品,通訊產品有十一億台,資訊產品只有一億七千萬台的產量。主要應用產品以行動電話通訊為主,初期,行動電話、筆記型電腦、桌上型電腦等產品以PC Card (PCMCIA)或Adapter和外掛藍芽模組(dongle)的方式達到通訊目的,因此PC Card及Adapter在2001年達1/3市場,之後行動電話內建藍芽技術愈臻成熟,2005年藍芽用在行動電話近3/4市場。



價格方面,In-stat預計2004年將有單價5美元的藍芽單晶片出現;另一個解決方案為使用主機的微處理器和記憶體,並以軟體執行藍芽的標準和通訊協定,整個藍芽模組只有RF部分而已,這方面預計在2002年出現,屆時5美元的目標渴望提早實現。整個市場量,估計到2005年有7億個藍芽模組的需求。



藍芽產品若以應用功能來預估運銷產量,正好可以區分成參個階段:



(1) 2001上半年,點對點的應用。例如:藍芽行動電話-PC、藍芽行動電話-PDA、PC-區域網路存取點(LAP)。



(2) 2002下半年,多點連接應用。例如:PC-行動電話-印表機-PDA-區域網路存取點-數位相機-電子錶......等。



(3) 2004年以後,個人區域(PAN)。例如:沿著行人道走,使用者就可以擷取公開的資訊。同時,附近的人也可以擷取我們的資訊。3Com稱之為個人連接泡泡,泡泡(bubble)是象徵臨時建立的網站(ad hoc)。因為,泡泡不會永久存在的。



業者的策略聯盟


眼看著Bluetooth SIG會員數已經突破2000家,向2020家邁進;提出解決方案的業者亦呈現倍數的成長。僅提供RF或Baseband方案的業者,相對於提出藍芽系統模組的業者是越來越少,因為完整的系統解決方案仍受市場青睞。



從眾多的業者可以看出,具有RF技術能力者,較容易有Bluetooth模組產品。其中CSR推出以BGA型式封裝的八美元(百萬顆的量)低價藍芽模組,下一代產品將崁入Flash;另外,為了上市時間和成本考量,易立信與朗訊進行合作,易立信將使用於第一代的藍芽產品上--Bluetooth PCMCIA和T36/R520行動電話上。



在PDA市場上具有領導地位的Palm,最近決定在他們的產品中使用Silicon Wave的RF,這使得PDA在傳輸上更便捷,也加速引爆藍芽在PDA市場的效應。此外,由Broadcom收購的Innovent Systems公司,將使用8051微控制器的架構發展基頻技術,並預定2000年提供16~18美元的整合RF與基頻單一晶片產品,不過,因為價格高和技術及品質很難掌握,所以並不被看好。因為產品上市時間與專業的分工,業者間的策略聯盟層出不窮。



從以上業者特性看來,可以分為幾點特色討論:



1.系統業者(如Ericsson等)積極進入:從以上策略聯盟角度可看,系統業者希望能早一點搶進市場,積極與半導體業者結盟。一方面產品可早些打入市場,二方面可確保貨源,三方面可提供產品載具給設計業者驗證的機會。



2.半導體製造業者上下游結盟:設計、製造、封裝業,此時互相結盟,驗證製程是否可行,產品封裝可否通過測試。一方面設計公司有穩定的代工廠提供產品,二方面代工廠也可驗證製程技術和客源的拓展,三方面封裝業也推出先進的技術和客戶的掌握;這風潮正席捲整個半導體界。



由於搶上市時間,擁有射頻(或基頻)晶片的業者向基頻(或射頻)業者授權或合作,提出藍芽模組,如:Hitachi和Silicon Wave、STMicroelectronics向Ericsson授權Bluetooth Core。或者製程技術的合作,如:Philsar和IBM/CommQuest的SiGe製程。



3.設計服務業者從中獲利:IP的設計服務業迅速蔓延到藍芽。EDA的主要供應商Cadence開發自己的Bluetooth Core並提供設計服務。Parthus Technogies提供藍芽的RF、基頻和軟體的技術授權。



目前藍芽晶片分類


歸納目前業者提供的藍芽晶片或模組有:



1).使用ARM Core的Bluetooth業者



1.Ericsson & Phipips



2.Nokia



3.Xircom(Ericsson module)



4.3COM



5.LUCENT Technologies



6.Mitel Semiconductor



7.Conexant/Philsar



8.Alcatel Microelectronics



9.Atmel



10.Innovent System/Broadcom(8051,也可用ARM)



11.TI



2).使用其他Core的業者



1.CSR:自行開發16-RISC



2.Innovent System/Broadcom:8051



3.Hitachi:H8



4.National:CR16



5.Digianswer:Analog Device programmable DSP



6.Troy XCD:68000 MPU



由於成本的考量,以CMOS製程較易且成本較低,因此BiCMOS和SiGe製程將會使用在RF部分。其中部分業者,如Cambridge Silicon Radio,Innovent Systems,Alcatel Microelectronics推出CMOS產品;Silicon Wave採用(SOI)BiCMOS技術開發他們的產品。



然而,CMOS需較大的耗電量,依封裝不同可區分為:



1.Module:33mm x 17mm(Ericsson),25-30mm2 MCM,FC-BGA



2.Radio Module:CSP,Flip Chip,10 x 16mm,10 x 12mm or less



3.Baseband:BGA,TQFP,FPBGA



2.0版本可能仍然無法解決互通性問題


產業標準的建立,不是容易的事,尤其是利益分配不均時,更是如此。像USB與IEEE1394的競爭,液晶監視器數位介面標準的建立,就歷經了一波三折,其實最主要原因還是商業利益的衝突。



藍芽似乎比較沒有這方面的困擾,無論是西歐,美國與日本,都很支持此項技術,因此藍芽1.0版本,才能在1999年正式公布,但是隨著廠商加入的數目愈來愈多,為了讓大家都能享受到商業利益,因此2.0版本的推出(Bluetooth 2.0將包括LAN assess、Internet access、電子商務、VOIP、多媒體格式的支援、與加快傳輸速度等),將會更有助於藍芽推展。



但是問題也來了,如果藍芽包含的功能愈來愈多,各部分標準化的建立將更形不易,而且產品之間互通性的問題將需要更多時日解決,延遲商品化的時間將是必然的現象,如此將使得其他無線通訊技術有機可乘,甚至原本就支持不同規格廠商更是玩兩面手法,針對不同無線通訊技術提出不同產品以減少風險。



初期以高價位筆記型電腦為目標市場


現今藍芽最可能先出現於市場上的,是以高價的筆記型電腦為目標市場。Toshiba、HP、IBM、Compaq與Sony雖然積極推出則是含有Bluetooth個人區域網路的筆記型電腦,但是卻有幾個問題必須面對。



首先,筆記型電腦必須透過有藍芽的行動電話或LAP(未來筆記型電腦內建Cellular晶片,使其不需再透過行動電話上網),再連接至含有接取功能的基地站,才能連接上網路,因此帶有藍芽功能筆記型電腦的推出,只是藍芽發展的初期階段,未來仍需要建立一個屬於藍芽的環境,如此才能帶動相關產品起飛。



第二,現今推出的藍芽產品都是所謂的藍芽PC Card,根據IBM預計於10月推出的藍芽PC Card,可知其售價將達$189美元,面對售價只有200至500美元左右的掌上型裝置,以及約100美元左右的行動電話來說,實在太過昂貴。



第三,藍芽的傳送器(Transmitter)將會減少可攜式電池的壽命,相對於筆記型電腦與掌上型裝置來說,藍芽用電時間將更形遜色。另外廠商仍舊要苦惱未來藍芽2.0版本推出時,版本整合的問題,所謂「牽一髮而動全身」,這對於廠商來說,不確定因素實在太多。



較保守的估計,藍芽起飛的時間點,將延至2002年初。如果藍芽一直延後,對於藍芽真是大大的不利,畢竟只要時間不確定因素一直存在,將會使得其他無線通訊傳輸技術建立更完整的環境,亦使得可攜式產品的廠商會採用其他技術。



802.11b WLAN是主要競爭對手


9月底戴爾(DELL)宣佈推出具有無線傳輸功能的Latitude筆記型電腦,但是他們不是採用藍芽的技術,而是802.11b無線區域網路的技術。由於藍芽與802.11b的操作環境都是在2.4-GHz頻率進行傳輸,因此兩者不能在一公尺之內同時存在,否則將形成所謂的干擾。戴爾此舉也宣示了不能再等待藍芽的緩步推出,甚至未來的不確定性,這是繼蘋果於1999年7月選擇使用802.11b於iBook筆記型電腦之後,第三個筆記型電腦大廠推出802.11b的筆記型電腦(表一)。




《表一 Bluetooth與802.11b的比較》



另外,IBM的ThinkPad I系列亦提供802.11b無線區域網路能力,此系列相容於IBM之前宣佈的高速率無線區域網路接取點(High Rate Wireless LAN Access Point)。不過,根據Wireless LAN Alliance表示,現今推出的802.11b的產品,價格也太高,約在90至100美元之間。



但是為什麼這些PC大廠,先願意使用802.11b的技術呢?由於筆記型電腦近幾年來,亦走入資訊產品低價化的行列,因此PC大廠一直想尋求其他能夠產生附加價值技術於筆記型電腦上,無線通訊的出現,無疑是替PC大廠尋找倒一個重要的機會。



現階段802.11b一切都已經就緒,為掌握商機先行卡位,因此PC大廠先行推出802.11b的產品。更何況藍芽模組不知道何時才會真正準備就緒,等到藍芽環境與技術更明確化,相信戴爾、蘋果亦會推出含有藍芽的產品。



之前,易利信表示第一個模組將於2000年第一季開始推出,但是延至最近才會出來,加上初期不同廠商所製造產品間互通性的問題仍舊需要測試,工程可能將耗掉數個月之久。根據IEEE 1394的經驗發現,IEEE 1394到目前為止仍舊有互通性的問題,可見得不確定因素亦讓廠商持先期搶佔WLAN市場,未來再靜觀其變的態度。



台灣廠商的機會及因應策略


國內在無線通訊產業雖然起步較晚,但是近年來在資訊產品的耕耘和製造上優勢,極應在藍芽旋風下抓住機會。我國在桌上型電腦、主機板與筆記型電腦都有極高的全球佔有率(2000年第一季國內筆記型電腦的出貨量佔全球54%),以產品的佔有率加上藍芽無線傳輸功能,除可提高產品附加價值外,亦可利用這機會跨入無線通訊領域。



隨著後PC時代的來臨,個人用和可攜式的產品更普及,國內業者因應潮流,推出IA聯盟,國內業者也想找出核心競爭優勢發展出利基的產品,上述的多項藍芽應用產品幾乎含括了IA產品。



國內三大晶片組設計公司,去年紛紛都有擴展領域的併購動作,以及多達127家IP設計公司創造17.5%的半導體產值;手機大廠Nokia、Motorola、Erisccin、Philips等大廠紛紛來台尋求代工,國內除了明碁、大霸、致福等通訊業者加入代工行列外,廣達、華宇、仁寶等筆記型電腦業者也投入代工手機的陣容。



目前藍芽模組未以單晶片(SoC)的型態出現或普及化,特別是射頻與基頻的整合皆為多晶片模組(Multi-Chip Module,MCM)的封裝型式,而且,國內半導體業者晶圓代工、凸塊(Bumping)技術和模組封裝成熟,比較之下也為國內業者帶來機會。



以此分析,我們輕易地發現:以系統產品代工的方式切入市場,進而以自有品牌將產品推出市場,將是國內業者必走的路。在這些環節中令我們感到隱憂的是-上游的射頻技術人才缺乏;國內也有一些業者想加入開發RF IC,但是,技術門檻非常高,短期內難有成效。



另一可能的瓶頸是全世界目前擁有藍芽RF技術的廠商皆為SiGe BiCOMS,國內在BiCOMS的製程技術尚需建立。這些產業鏈中不足的地方正是我國由資訊重鎮躍升至通訊大國的關鍵。



此外,以現今藍芽的市場狀況,到底802.11b與藍芽之間,要如何取捨呢?由於台灣都是以中小企業為主,不大可能玩得起「兩手策略」,因此我們所能冒的風險的確很低。假如藍芽模組技術一直延遲量產,那麼持續等待就是愚昧。雖然802.11b似乎在產品的發展上,比藍芽提早一步,但是藍芽技術成為未來無線通訊規格主流的事實是不可能改變的。



「跟著大廠走準沒錯」,微軟和Intel最近多次公開宣示推動藍芽的決心,因此多參與國際藍芽研討會或與大廠密切聯繫,以獲取第一手資訊,像Comdex Fall 2000,以及12月初於San Jose即將舉行的Bluetooth Developers Conference,由於藍芽的潛力無限,只要是大型展覽或研討會,就會吸引大部分的廠商參與,因此這是很重要與大廠交換訊息與意見的機會。現今國際市場上,有些較有技術的小公司,國內廠商可以與其策略聯盟,獲取到關鍵性技術。



結語


藍芽無疑地會成為主流的無線通訊技術,這是藍芽最大的優勢,不過,在此過渡期,其他技術依舊有很大的揮灑空間。從來沒有一個技術像藍芽一樣一推出就受到美國、西歐與日本等廠商的全力支持,這比液晶監視器的數位介面,USB與IEEE 1394,CDMA 2000與WCDMA的競爭來得順利,只是這隻麻雀,何時才能變鳳凰呢?可能要等到2001年底,藍芽2.0版本推出之後才能見端倪。



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