基于Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ和智能手機的無繩電話應用方案

摘要：從接入點結合Bluetooth智能手機出發(fā)，設計一種無繩電話應用方案。從功能上講相當于Bluetooth無繩電話。不過是以一種應用方式，并以智能手機為平臺建立。首先論述了智能手機和Bluetooth技術，然后在這基礎上提出了本應用方案；最后重點闡述了方案的關鍵技術。

關鍵詞：藍牙；智能手機；接入點；無繩電話

中圖法分類號：TP302．1文獻標識碼：A

文章編號：1001－3695(2007)01－0278－02

1智能手機

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

1．1智能手機硬件結構

智能手機硬件主要由三大部分組成，即通信子系統(tǒng)、應用子系統(tǒng)和電源管理子系統(tǒng)。這三部分各自有自己的職責。但從總體來講是以應用子系統(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。具體結構框圖如圖1所示。

圖1智能手機硬件結構框圖

1．2智能手機系統(tǒng)結構

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

圖2智能手機系統(tǒng)基本結構

1．3智能手機的應用

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

作為智能手機的主要應用如下：移動通話、發(fā)送及接收信息功能（包括短信、彩信）、個人事務管理（日程表、任務、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等應用。智能手機的應用還在不斷地發(fā)展。從當前發(fā)展趨勢看，新應用主要圍繞三個方面展開：①多域網(wǎng)絡接入能力；②多媒體計算機能力；③智能處理與控制能力。

2Bluetooth技術

2．1Bluetooth技術的概況

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)字通信的技術標準。 其目標是實現(xiàn)最高數(shù)據(jù)傳輸速度1Mbps， 以時分方式進行全雙工通信，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_放式標準，它將各種通信設備、計算機及其終端設備、各種數(shù)字數(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便可達到100m的傳輸距離。它采用2.4GHz ISM頻段和調頻、跳頻技術，使用權向糾錯編碼、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，具有很強的移植性，并且適用于多種場合，加上該技術功耗低、對人體危害小，而且應用簡單、容易實現(xiàn)，所以易于推廣。

2．2Bluetooth技術的市場及應用[4]

短距離無線Bluetooth技術已經(jīng)嵌入到了許多消費裝置中，從筆記本電腦、手機到汽車均可以看到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、筆記本電腦與PDA。2003年預計出貨的Bluetooth裝置數(shù)量將在1億臺至1．25億臺之間，META預計到2005年前，出貨量每年將增加75％。手機市場使用了80％以上的Bluetooth芯片。在2003年，大約有20％的手機在出貨時安裝了Bluetooth芯片，META預計在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新無繩電話應用方案

3．1方案概況

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

3．2固定電話用手機打

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

圖3固定電話用手機打或用手機接流程示意圖

3．3固定電話用手機接

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上，增加一個圖3中的接入點設備。當固定電話被呼叫時，信號也會通過接入點，然后利用接入點中內附的Bluetooth芯片對接入點周圍短距離范圍內進行檢測，如果發(fā)現(xiàn)周圍有Bluetooth的手機并且判斷合法，就把信號通過Bluetooth技術，轉接到手機。這樣就可以使用手機接聽固定電話了。否則，就按原來的方式接聽固定電話。

3．4關鍵技術

3．4．1接入點技術

整個接入點主要由網(wǎng)關控制模塊、電話線路接口模塊和Bluetooth收發(fā)模塊組成（圖4）。網(wǎng)關控制模塊是整個網(wǎng)關基礎平臺。操作系統(tǒng)運行于此硬件平臺之上，而所有應用軟件又運行于操作系統(tǒng)之上。電話線路接口模塊是網(wǎng)關和電話網(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、掛機、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智能手機與接入點通信技術

智能手機與接入點通信技術均是由智能手機的應用軟件[3]來完成。本應用軟件要實現(xiàn)的功能如下：

（1）當用戶撥打電話時，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設備是否在圖4中所示的接入點設備上登記。如果登記了，說明撥打可以從接入點設備，再經(jīng)過電話線路撥出，然后使Bluetooth與接入點上的Bluetooth相連接，并設置狀態(tài)為“0”；如果沒有登記，說明當前位置沒有能連接的接入點，所以狀態(tài)設置為“1”。用戶具體撥通電話后，具體走哪條線路，由以上所設的狀態(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)送到智能手機的Bluetooth設備上，再由Bluetooth傳給聽筒。

圖4接入點組成模塊框圖

（3）“0”狀態(tài)時， 在邏輯部分的發(fā)送過程如下：當用戶在講話時，語音經(jīng)麥克風進行聲音到電信號轉換后，送入電源集成電路，經(jīng)內部的音頻放大后，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設備。Bluetooth設備接收語音數(shù)據(jù)后，轉換為Bluetooth數(shù)據(jù)包，再經(jīng)過Bluetooth發(fā)送到接入點的Bluetooth設備。

4結束語

隨著智能手機技術的不斷發(fā)展，智能手機將不斷集成各相關應用，從而不斷地拓寬智能手機的功能。Bluetooth在手機產業(yè)鏈中的發(fā)展也在不斷拓寬。所以，運用智能手機結合Bluetooth設備進行短距離無線應用開發(fā)將是智能手機應用開發(fā)的一個重要方向。

參考文獻：

［1］金純. 藍牙技術[M]. 北京:電子工業(yè)出版社，2001.112.

［2］Bluetooth Specification v1.2[EB/OL]. http://www.bluetooth.org/spec/，20050905.

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

［4］李靜，奉繼輝，王婷，等. 藍牙應用開發(fā)指南——近程互連解決方案[M].北京:科學出版社，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，研究生導師，重慶金甌科技發(fā)展有限責任公司董事長，所長，重慶郵電學院客座教授，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)國內第一套藍牙開發(fā)平臺、藍牙網(wǎng)關、藍牙通用無線接口模塊、藍牙耳機等系列產品；主編國內第一部藍牙技術專著《藍牙技術》、《802.11b無線局域網(wǎng)》；參與國家“863”項目“基于藍牙技術的工業(yè)現(xiàn)場設備、監(jiān)控網(wǎng)絡及其關鍵技術研究”，主要研究方向為計算機軟件、廣播電視技術、無線局域網(wǎng)、藍牙。

注:本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文