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車用電子-無線藍牙應用新方向

發(fā)布時間:2010-9-21 20:24    發(fā)布者:eetech
關鍵詞: 車用電子 , 藍牙 , 無線
目前的無線藍牙傳輸技術,不但是中、高階手機的基本標準配備,搭載立體聲耳機也有越來越普及的趨勢。過去藍牙技術主要的應用領域,包括:語音與音樂相關的手機、PDA等手持式設備之外,也包括消費性產品,如:計算機、打印機、汽車、醫(yī)療等設備中,約有20%的產品具有內建無線藍牙技術。

根據(jù)藍牙技術聯(lián)盟(Special Interest Group;SIG)的市場統(tǒng)計資料表示,每天平均約有5種全新的藍牙產品取得認證。由此可見,無線藍牙技術已經逐漸深耕于各類型的產品中,至今搭配藍牙技術的設備已突破10億件左右。再加上無線藍牙的應用技術越趨成熟化,預估未來3年之內,內建有無線藍牙技術的產品,將有機會突破20億件,這其中又以汽車產品的應用為最大市場之一。

五花八門的藍牙應用 汽車工業(yè)成為新趨勢

「一邊駕駛汽車、一邊接聽手機電話」,這樣危險行為,在臺灣已被立法禁止,所造成的危險不容輕忽。而隨著駕駛安全、安全駕駛的問題持續(xù)被提出來之后,受到更多人的關注,這也使得車用無線藍牙技術,已經在市場中獲得強而有力的支持,一方面也造就了無線藍牙技術在汽車工業(yè)上的廣泛應用。

到目前為止,有關于藍牙的相關協(xié)議標準是經由藍牙技術聯(lián)盟所制定,長久以來在無線通訊市場中,所大力推廣的一項具有開放式、短距離、低功耗的藍牙無線通訊技術的解決方案。主要的射頻工作范圍為不需要授權的2.4GHzISM,包括:汽車工業(yè)、醫(yī)療工業(yè)、科技產品所使用的頻段范圍。主要技術是運用跳頻技術來降低干擾、減少訊號衰減的情形發(fā)生,另外,也可運用快速跳頻降低同頻干擾及遠距離傳輸時,所造成的噪聲干擾的影響;甚至還可以采用FM調制技術,一方面加強無線訊號的穩(wěn)定度,另一方面還可降低無線設備的復雜性。

基本上,藍牙無線通訊技術不僅具有連接層的特殊且重要的規(guī)范,另外還基于連接協(xié)議層上的諸多應用,制定出許多規(guī)范要求,例如:Handfree Profile、文件傳輸、網絡應用等。這當中以Handfree Profile在汽車工業(yè)上的應用為最大宗,能夠直接與車上AV影音多媒體、車載式衛(wèi)星導航等設備整合為一,使用者不再在另外搭載其它裝置附加設備。

無線藍牙傳輸技術是一項優(yōu)異,而且只要低功率的無線傳輸設備。不僅具有數(shù)據(jù)、語音的無線傳輸標準功能,可望能為汽車產業(yè)帶來許多好處。比方說,可以將無線藍牙傳輸技術應用在衛(wèi)星導航設備(GPS)上,便能使汽車具有顯示自動傳送方向效果,或者是將藍牙無線傳輸技術運用到汽車上的免持系統(tǒng)上。

雖然這些新的設計與應用,可能會產生幾個問題,比方說:藍牙無線傳輸優(yōu)劣的技術問題,或者是在狹小的車內空間,所可能造成的回音干擾與噪音抑制,也就是語音通訊質量的問題。對此,有什么因應之道?據(jù)了解,已有廠商開發(fā)出藍牙芯片組的解決方案,以及與回音消除的軟件系統(tǒng),并將該芯片與軟件技術導入在汽車上所使用的藍牙免持解決方案中。



圖說:藍牙無線通訊架構主要可分為底層硬件模塊、中間協(xié)議層及高端應用層等三個部分;底層的硬件模塊則是由鏈路管理層、基帶層與射頻等架構所組成;中間協(xié)議層包括:邏輯鏈路控制及L2CAP、SDP、RFCOMM,以及TCS;高端應用層則包括了許多的profile。(資料來源:CSR車用藍牙無線設備解決方案)

汽車與藍牙無線首重兼容性 認證的過程不可忽略

汽車上所使用的藍牙無線通訊系統(tǒng),目前還是以手持式設備為最大應用,而藍牙標準的SIG藍牙技術聯(lián)盟也在汽車與藍牙設備的操作性與適用性方面,制定出許多相關規(guī)范。不過,各品牌的手機廠商實際上所應用或操作方式,卻是各有各的不同,只能確保基本的操作不會有任何問題,而在藍牙的附加功能上,卻是無法給予最大的滿足,也就是說還有部份藍牙功能無法在汽車上展現(xiàn)出來。再加上目前還有許多手機廠商無法通過BQB的認證標準,不但產生更大的相互操作性困難,甚至導致了不同汽車廠牌與不同手機品牌,難以兼容的技術問題。



將無線藍牙傳輸技術應用到汽車電子中的設備、儀器上,此發(fā)展趨勢有顯著的增加。雖然車載用的無線藍牙技術還沒有一個明確的規(guī)范,不過,從汽車中心廠對于藍牙技術的青睞與重視程度,無線藍牙技術成為汽車標準配備也是遲早之事。但是,汽車工業(yè)對于可靠度與兼容性自有一套嚴格評審標準,這遠比家庭、辦公室的標準還要高出許多。再者,當一個新的無線技術導入汽車產業(yè)之后,使得原本單純藍牙技術,將會成為復雜度較高的無線系統(tǒng);因此,用來確保無線藍牙設備,用在汽車上不會產生任何干擾的檢測標準,將會日益重要。



汽車無線藍牙傳輸設備

由于汽車的內部空間較為狹小,且已經無法再行擴大;若使用免持式無線藍牙系統(tǒng)的手機設備,經由汽車上的揚聲器系統(tǒng)達到播放的效果,很容易就造成車內產生聲音反射的情況,甚至再傳回車載系統(tǒng)中麥克風設備,使得車載式無線藍 牙系統(tǒng)產生回音的現(xiàn)象。此時,若在車內使用免持式藍牙手機的收聽(收音)效果,會因此受到干擾而大打折扣。



圖說:車載式藍牙無線系統(tǒng)產生回音的可能情況,或者造成車用藍牙傳輸設備質量不佳的可能情況發(fā)生。(資料來源:CSR車用藍牙無線設備解決方案)

一般來說,在使用搭載無線藍牙設備的產品在車內所造成回音的現(xiàn)象,使用者在聽到回音的這一段時間之內,約會有0.5??1.0秒鐘的間隔時間,最主要是因為電波傳遞,以及產生聲音到反射回來的時間消耗。因此,要利用何種技術能進一步加強車載用無線藍牙系統(tǒng)的通訊及語音質量,便成為相當關鍵性的挑戰(zhàn)。這是因為藍牙傳輸?shù)馁|量問題,會因為每個使用者的體驗感覺不同而有所差異,再加上汽車內的使用環(huán)境不同,而使得無線藍牙技術在汽車上應用,更是充滿了挑戰(zhàn)。

以無線技術暨藍牙連接方案供應商CSR所推出的BlueCore3-Multimedia架構的車載式無線藍牙系統(tǒng)的解決方案為例,BlueCore3- Mutlimedia是以無線藍牙射頻控制為主要架構,并結合了開放式的平臺DSP-Kalimba DSP作為頻寬處理器的議定處理,并在進行 語音通訊時,將回音的部份消除。而這項解決方案,最主要的特點在于,如何將無線藍牙傳輸?shù)年P鍵技術整合在同一顆芯片組?這不但能夠減少系統(tǒng)開發(fā)的成本、基板尺寸,同時還能降低產品的技術門檻,達到符合無線藍牙設備快速上市的基本條件。



圖說:BlueCore3-Multimedia系統(tǒng)架構是由基頻控制器(MCU)藉由無線藍牙傳輸協(xié)議與Hand free Profile及Handset Profile所構成,并可針對噪音干擾及降低回音的數(shù)碼信號來進行處理,而增強型的技術將有助于背景噪音增大時可提高音量。(資料來源:CSR車用藍牙無線設備解決方案)

由于BlueCore3-Mulitmedia中的基頻控制器(MCU)是藉由無線藍牙傳輸協(xié)議與Hand free Profile及Handset Profile所構成,另一方面再經由無線藍牙的同步連結技術,將SCO鏈路所獲得的語音信息轉傳到Kalimba DSP,再利用Kalimba DSP中的軟件技術達到語音處理目的之后,最后再透過數(shù)模轉換電路的作用,讓聲音從揚聲器中擴散出來。另一方面,數(shù)模轉換電路經由車上所搭載的收音麥克風進行語音信息的收集,在Kalimba DSP處理器中進行轉換,最后在傳遞至基頻控制器中,再透過無線藍牙傳輸?shù)腟CO鏈路將聲音傳遞出去。

無線藍牙技術回音消除及噪聲抑制解決方案

基本上,CSR針對車載所設計的無線藍牙解決方案是由兩個部分所構成,包括:用在處理噪聲抑制演算技術─「OMS」,以及可用于車內雙工免持電話的消除回音「AEC」,這是目前市場上唯一將「噪聲抑制」與「消除回音」兩項技術整合為一的單芯片解決方案,其介紹如下:

OMS-噪聲抑制技術:這是一種利用語音與噪聲的原始特性,可協(xié)助降低噪聲干擾的發(fā)生,而將語音訊號放大的頻率演算技術。簡單而言,就是利用語音的構成技術,采用不同的選擇方式或直接將不必須要噪聲給排除,讓不必要的背景噪聲干擾降至最低。另外,該技術也運用語音仿真技術來接收訊號,經過后語音系統(tǒng)的加工處理后,再將背景所產生的噪音進行剝離技術,進而擷取到高質量的藍牙語音通訊訊號。根據(jù)研究資料顯示,目前的噪聲抑制技術對噪聲的抑制可達到12dB左右,未來將以降低20dB為主要目標。

AEC-消除回音技術:以目前市面上所使用的車載式免持電話(廣播)系統(tǒng)來說,有一項缺憾就是使用者會感受到遠端揚聲器很容易就會產生回音,為讓駕駛者或乘客能享受車上舒適的無線藍牙免持環(huán)境,則可以利用AEC消除回音的即時處理技術,對于汽車上的揚聲器耦合到麥克風所產生的回音非常具有效果,AEC的回波損耗誤差值(ERLE)約可達到50dB上下。同時還可以隨著環(huán)境的變化性,而進行調整動作。據(jù)了解,目前歐洲電信標準協(xié)會(European Telecommunications Standards Institute;ETSI)將著手制定AEC回音系統(tǒng)的有關標準認證。

在上段的部分已經提到,在車內搭載藍牙設備所產生的回音干擾,主要是因為揚聲器發(fā)出的聲音耦合到麥克風中是其主要因素。因此,麥克風與揚聲器的相對位置非常重要,一般來說揚聲器的位置離麥克風的距離是越遠越好,不過因為汽車內部空間過于狹小,這個距離始終無法再行突破,因此在安裝的時候,設計者必須要能充分考慮這項因素。所以,若將麥克風與揚聲器整合在一起的話,除了必須要將連接材質考慮進去之外,在連接部分空間所使用的填充物材料,也必須要有所考量。另外,麥克風與揚聲器盡量不要放在風口,麥克風的方向與揚聲器發(fā)聲方向相反,或者呈90度也可以獲得更加理想的效果。



圖說:具有無線藍牙功能的手機設備,未來將會支持車用衛(wèi)星導航及其它定位服務的自主型GPS (Autonomous GPS)或輔助型(Assisted GPS)的導航產品。(資料來源:Autohome)

結論:無線網絡技術持續(xù)發(fā)展之余,加上汽車工業(yè)也逐步朝向電子化來發(fā)展,使得大多數(shù)的工作者必須要與時間競賽,甚至在汽車上還必須能夠維持工作訊息的暢通。因此,如何在汽車內降低繁瑣的聯(lián)機過程與布線?實現(xiàn)快速方便的信息閱讀及語音通訊,無線藍牙傳輸技術已經是現(xiàn)今最受到矚目的標準技術之一。盡管目前車用藍牙無線傳輸技術,大都還只是停留在汽車上的電話系統(tǒng),不過,其它多樣化的應用則隨時都有可能會出現(xiàn),比方說,短距離的車輛檢測系統(tǒng)、車與車之間的系統(tǒng)傳輸技術,乃至于汽車安全檢測技術、通信傳輸?shù)缺姸喾⻊眨罱K的目標就是讓汽車能進一步貼近智能化。
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