基于Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ和智能手機(jī)的無繩電話應(yīng)用方案

摘要：從接入點(diǎn)結(jié)合Bluetooth智能手機(jī)出發(fā)，設(shè)計一種無繩電話應(yīng)用方案。從功能上講相當(dāng)于Bluetooth無繩電話。不過是以一種應(yīng)用方式，并以智能手機(jī)為平臺建立。首先論述了智能手機(jī)和Bluetooth技術(shù)，然后在這基礎(chǔ)上提出了本應(yīng)用方案；最后重點(diǎn)闡述了方案的關(guān)鍵技術(shù)。

關(guān)鍵詞：藍(lán)牙；智能手機(jī)；接入點(diǎn)；無繩電話

中圖法分類號：TP302．1文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1001－3695(2007)01－0278－02

1智能手機(jī)

智能手機(jī)是具有開放操作系統(tǒng)，并能支持第三方軟件安裝及應(yīng)用的手機(jī)。這里的開放操作系統(tǒng)主要有Palm OS，Windows Mobile，Symbian 及Linux。

1．1智能手機(jī)硬件結(jié)構(gòu)

智能手機(jī)硬件主要由三大部分組成，即通信子系統(tǒng)、應(yīng)用子系統(tǒng)和電源管理子系統(tǒng)。這三部分各自有自己的職責(zé)。但從總體來講是以應(yīng)用子系統(tǒng)為核心，其他子系統(tǒng)及外圍電路只是其組成部分。當(dāng)然，通信子系統(tǒng)主要管理語音與數(shù)據(jù)通信。電源管理子系統(tǒng)保證可靠而又盡可能合理地給整個系統(tǒng)供電。具體結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

圖1智能手機(jī)硬件結(jié)構(gòu)框圖

1．2智能手機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

智能手機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（圖2）主要分以下幾個層次：最底層為硬件（主要包括處理器、內(nèi)存等其他設(shè)備如Bluetooth），有了硬件層后可以建立軟件平臺；為了能支持第三方應(yīng)用，應(yīng)該建立一個開放的操作系統(tǒng)，其次還要有相應(yīng)的硬件驅(qū)動，即設(shè)備驅(qū)動程序；當(dāng)操作系統(tǒng)建立后，為了使操作系統(tǒng)更加便于使用，還應(yīng)該提供相應(yīng)的GUI（如高端設(shè)備Qt/Embedded、低端設(shè)備MiniGUI等），JVM和Brew便于第三方進(jìn)行應(yīng)用開發(fā)的手機(jī)應(yīng)用軟件開發(fā)環(huán)境，文件系統(tǒng)庫是相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫文件，便于數(shù)據(jù)管理；最上的兩層主要與應(yīng)用有關(guān)，桌面主控程序主要對系統(tǒng)中的各種應(yīng)用進(jìn)行合理的控制，這里的應(yīng)用主要有互聯(lián)網(wǎng)、Office、多媒體PIM等。

圖2智能手機(jī)系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)

1．3智能手機(jī)的應(yīng)用

隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，手機(jī)已不再僅僅為了移動通話服務(wù)。手機(jī)的應(yīng)用已有了空前的發(fā)展。而且隨著這種趨勢的發(fā)展，手機(jī)將會合并MP3，PDA等手持移動信息設(shè)備。隨著應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，手機(jī)的性能也需要不斷提高，如這里所說的智能手機(jī)。

作為智能手機(jī)的主要應(yīng)用如下：移動通話、發(fā)送及接收信息功能（包括短信、彩信）、個人事務(wù)管理（日程表、任務(wù)、記事本、畫板、鬧鐘、時間、語音記事等）、上網(wǎng)、娛樂、收發(fā)電子郵件、計算器、閱讀器、媒體播放器、Bluetooth無線連接、播放TV等應(yīng)用。智能手機(jī)的應(yīng)用還在不斷地發(fā)展。從當(dāng)前發(fā)展趨勢看，新應(yīng)用主要圍繞三個方面展開：①多域網(wǎng)絡(luò)接入能力；②多媒體計算機(jī)能力；③智能處理與控制能力。

2Bluetooth技術(shù)

2．1Bluetooth技術(shù)的概況

Bluetooth[1]是由東芝、愛立信、IBM、Intel和諾基亞于1998年5月共同提出的近距離無線數(shù)字通信的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。 其目標(biāo)是實現(xiàn)最高數(shù)據(jù)傳輸速度1Mbps， 以時分方式進(jìn)行全雙工通信，其基帶協(xié)議是電路交換與分組交換的組合。

Bluetooth是無線數(shù)據(jù)和語音傳輸?shù)拈_放式標(biāo)準(zhǔn)，它將各種通信設(shè)備、計算機(jī)及其終端設(shè)備、各種數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)系統(tǒng)，甚至家用電器采用無線方式連接起來。其傳輸距離為10cm～10m，如果增加功率或是加上某些外設(shè)便可達(dá)到100m的傳輸距離。它采用2.4GHz ISM頻段和調(diào)頻、跳頻技術(shù)，使用權(quán)向糾錯編碼、ARQ、TDD和基帶協(xié)議。TDMA每時隙為0.625μs，基帶符合速率為1Mbps。Bluetooth支持64kbps實時語音傳輸和數(shù)據(jù)傳輸，語音編碼為CVSD，發(fā)射功率分別為1mW，2.5mW和100mW，并使用全球統(tǒng)一的48bits的設(shè)備識別碼。由于Bluetooth采用無線接口來代替有線電纜連接，具有很強(qiáng)的移植性，并且適用于多種場合，加上該技術(shù)功耗低、對人體危害小，而且應(yīng)用簡單、容易實現(xiàn)，所以易于推廣。

2．2Bluetooth技術(shù)的市場及應(yīng)用[4]

短距離無線Bluetooth技術(shù)已經(jīng)嵌入到了許多消費(fèi)裝置中，從筆記本電腦、手機(jī)到汽車均可以看到Bluetooth的蹤影。同時Bluetooth在操作系統(tǒng)方面也得到了強(qiáng)有力的支持，2002年第三季度微軟宣布在Windows XP支持Bluetooth。而在此之前已經(jīng)有Pocket PC、Windows CE.NET、蘋果電腦的Mac OS X操作系統(tǒng)、Palm與多數(shù)手機(jī)操作系統(tǒng)增加了對Bluetooth的支持。

Bluetooth入侵企業(yè)的首要渠道會來自手機(jī)、筆記本電腦與PDA。2003年預(yù)計出貨的Bluetooth裝置數(shù)量將在1億臺至1．25億臺之間，META預(yù)計到2005年前，出貨量每年將增加75％。手機(jī)市場使用了80％以上的Bluetooth芯片。在2003年，大約有20％的手機(jī)在出貨時安裝了Bluetooth芯片，META預(yù)計在2006年前這一數(shù)字將上升到50％。個人電腦專用Bluetooth與筆記本電腦Bluetooth芯片是20-04年的重頭戲，這是由于使用者希望通過無線進(jìn)行移動裝置同步化的緣故。Bluetooth的崛起，也會引發(fā)移動電子郵件的需求。

3新無繩電話應(yīng)用方案

3．1方案概況

新無繩電話應(yīng)用方案[2]是由Bluetooth技術(shù)與智能手機(jī)技術(shù)相結(jié)合。通過利用Bluetooth的短距離無線通信技術(shù)與智能手機(jī)的開放性特點(diǎn)（即支持第三方軟件安裝及應(yīng)用）而構(gòu)建。本方案主要包括兩個方面，即固定電話用手機(jī)打和固定電話用手機(jī)接。這兩個方面的具體過程如圖3所示。

3．2固定電話用手機(jī)打

本部分主要闡述使用手機(jī)打電話的新過程，以前用手機(jī)打電話，只會涉及圖3中標(biāo)有“1”的那條路線（圖3中，凡是用虛線連接的表示虛擬的，即只表示段到段的連接，具體線路是由移動電話網(wǎng)絡(luò)或Bluetooth短距離無線通信技術(shù)決定；實線代表有物理連接），即手機(jī)撥號后，就會在空中尋找與手機(jī)本身對應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)（可以是GSM或CDMA，即圖3中所提到的G/C網(wǎng)，具體是哪個由手機(jī)本身定）。而本過程就在原有的基礎(chǔ)上增加了圖3中標(biāo)有“0”的那條路線。而且這個部分（即“0”部分）還要先于“1”部分。具體的就是當(dāng)用手機(jī)撥號后，手機(jī)通過內(nèi)附的Bluetooth芯片先檢測其附近（即Bluetooth技術(shù)規(guī)定的范圍內(nèi)，一般為10cm~10m，最多100m。）是否有接入點(diǎn)（它與固定電話物理連接）。如果存在并且判斷合法（即本智能手機(jī)可以使用本接入點(diǎn)），就使用圖3中標(biāo)有“0”的那條路線，而接入點(diǎn)和固定電話是由物理連接的，所以本次通話相當(dāng)于是用固定電話打的，只是表面上用的是手機(jī)而已。否則，就還是使用圖3中標(biāo)有“1”的那條路線。一般一個接入點(diǎn)可同時支持N個（最多七個）圖3中所示的智能手機(jī)。

圖3固定電話用手機(jī)打或用手機(jī)接流程示意圖

3．3固定電話用手機(jī)接

本部分主要闡述固定電話接聽的新過程。以前在接聽固定電話時，可以直接用固定電話或者無繩電話。而本過程就在原來的基礎(chǔ)上，增加一個圖3中的接入點(diǎn)設(shè)備。當(dāng)固定電話被呼叫時，信號也會通過接入點(diǎn)，然后利用接入點(diǎn)中內(nèi)附的Bluetooth芯片對接入點(diǎn)周圍短距離范圍內(nèi)進(jìn)行檢測，如果發(fā)現(xiàn)周圍有Bluetooth的手機(jī)并且判斷合法，就把信號通過Bluetooth技術(shù)，轉(zhuǎn)接到手機(jī)。這樣就可以使用手機(jī)接聽固定電話了。否則，就按原來的方式接聽固定電話。

3．4關(guān)鍵技術(shù)

3．4．1接入點(diǎn)技術(shù)

整個接入點(diǎn)主要由網(wǎng)關(guān)控制模塊、電話線路接口模塊和Bluetooth收發(fā)模塊組成（圖4）。網(wǎng)關(guān)控制模塊是整個網(wǎng)關(guān)基礎(chǔ)平臺。操作系統(tǒng)運(yùn)行于此硬件平臺之上，而所有應(yīng)用軟件又運(yùn)行于操作系統(tǒng)之上。電話線路接口模塊是網(wǎng)關(guān)和電話網(wǎng)的接口，由線路切換繼電器、電話線接口芯片、DTMF（DualTone MultiFrequency）接收電路、DTMF發(fā)送電路、FSK解調(diào)和振鈴接收電路組成。Bluetooth收發(fā)模塊包括Bluetooth射頻電路、基帶處理電路和PCM編解碼電路，通過處理器的UART與網(wǎng)關(guān)控制模塊相連。語音信號通過PCM編解碼器與電話接口芯片連接。處理器把Bluetooth模塊接收到的數(shù)據(jù)通過協(xié)議棧解釋成為摘機(jī)、掛機(jī)、撥號、來電顯示等命令，并通過數(shù)據(jù)線控制電話語音接收與撥叫電路的各種操作。

3．4．2智能手機(jī)與接入點(diǎn)通信技術(shù)

智能手機(jī)與接入點(diǎn)通信技術(shù)均是由智能手機(jī)的應(yīng)用軟件[3]來完成。本應(yīng)用軟件要實現(xiàn)的功能如下：

（1）當(dāng)用戶撥打電話時，系統(tǒng)就觸發(fā)了一個中斷，這個中斷主要是使系統(tǒng)先去檢測其Bluetooth設(shè)備是否在圖4中所示的接入點(diǎn)設(shè)備上登記。如果登記了，說明撥打可以從接入點(diǎn)設(shè)備，再經(jīng)過電話線路撥出，然后使Bluetooth與接入點(diǎn)上的Bluetooth相連接，并設(shè)置狀態(tài)為“0”；如果沒有登記，說明當(dāng)前位置沒有能連接的接入點(diǎn)，所以狀態(tài)設(shè)置為“1”。用戶具體撥通電話后，具體走哪條線路，由以上所設(shè)的狀態(tài)值來執(zhí)行。

（2）“0”狀態(tài)時，在邏輯部分的接收過程，首先由電話線路傳來數(shù)據(jù)，然后傳到接入點(diǎn)的PCM編解碼器，在由PCM編解碼器傳給Bluetooth模塊（圖4）。Bluetooth模塊形成Bluetooth包后，發(fā)送到智能手機(jī)的Bluetooth設(shè)備上，再由Bluetooth傳給聽筒。

圖4接入點(diǎn)組成模塊框圖

（3）“0”狀態(tài)時， 在邏輯部分的發(fā)送過程如下：當(dāng)用戶在講話時，語音經(jīng)麥克風(fēng)進(jìn)行聲音到電信號轉(zhuǎn)換后，送入電源集成電路，經(jīng)內(nèi)部的音頻放大后，從電源集成電路輸出放大的模擬音頻信號。該信號在送到PCM編解碼器并在其內(nèi)部完成PCM編碼。從其輸出PCM信號送到語音編碼器，在語音編碼器內(nèi)經(jīng)語音數(shù)據(jù)線和地址線將話音數(shù)據(jù)送到中央處理器，語音數(shù)據(jù)流在中央處理器完成信道編碼后，經(jīng)中央處理器送到Bluetooth設(shè)備。Bluetooth設(shè)備接收語音數(shù)據(jù)后，轉(zhuǎn)換為Bluetooth數(shù)據(jù)包，再經(jīng)過Bluetooth發(fā)送到接入點(diǎn)的Bluetooth設(shè)備。

4結(jié)束語

隨著智能手機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，智能手機(jī)將不斷集成各相關(guān)應(yīng)用，從而不斷地拓寬智能手機(jī)的功能。Bluetooth在手機(jī)產(chǎn)業(yè)鏈中的發(fā)展也在不斷拓寬。所以，運(yùn)用智能手機(jī)結(jié)合Bluetooth設(shè)備進(jìn)行短距離無線應(yīng)用開發(fā)將是智能手機(jī)應(yīng)用開發(fā)的一個重要方向。

參考文獻(xiàn)：

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［3］傅曦，齊宇，徐駿. Windows Mobile手機(jī)應(yīng)用開發(fā)[M]. 北京:人民郵電出版社，2005.34.

［4］李靜，奉繼輝，王婷，等. 藍(lán)牙應(yīng)用開發(fā)指南——近程互連解決方案[M].北京:科學(xué)出版社，2003.142.

作者簡介：

過曉華（1979），男，江蘇無錫人，碩士研究生，主要研究方向為嵌入式系統(tǒng)；

金純（1966），男，重慶人，教授，研究生導(dǎo)師，重慶金甌科技發(fā)展有限責(zé)任公司董事長，所長，重慶郵電學(xué)院客座教授，美國Illinois University 博士，歸國前美國微軟資深軟件工程師與項目主管，參與Oracle，SQL Server，Hotmail等大型項目并因在Hotmail項目中表現(xiàn)杰出獲比爾·蓋茨親授獎牌；歸國后主持開發(fā)國內(nèi)第一套藍(lán)牙開發(fā)平臺、藍(lán)牙網(wǎng)關(guān)、藍(lán)牙通用無線接口模塊、藍(lán)牙耳機(jī)等系列產(chǎn)品；主編國內(nèi)第一部藍(lán)牙技術(shù)專著《藍(lán)牙技術(shù)》、《802.11b無線局域網(wǎng)》；參與國家“863”項目“基于藍(lán)牙技術(shù)的工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備、監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)及其關(guān)鍵技術(shù)研究”，主要研究方向為計算機(jī)軟件、廣播電視技術(shù)、無線局域網(wǎng)、藍(lán)牙。

注:本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請以PDF格式閱讀原文