CN101110624A - 一种蓝牙中继装置及其中继实现方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种蓝牙中继装置及其中继实现方法，用于包括蓝牙终端和蓝牙网关的无线通信系统；其中装置包括：一处理器模块，设置有一存储器，用于运行中间层和上层蓝牙协议栈，实现蓝牙耳麦协议与无绳电话协议之间的转换；一蓝牙模块，连接所述处理器模块，设置有蓝牙无线射频和基带处理芯片及分别与所述蓝牙无线射频和基带处理芯片连接的功率放大器、低噪声放大器，用于运行低层蓝牙协议栈，与所述处理器模块通讯，进行蓝牙无线射频收发和基带处理。利用本发明实现现有蓝牙耳麦或者蓝牙手持终端在一定范围内与带蓝牙无绳电话协议的语音网关互通，从而充分利用固定网络资源，提高通话质量，降低通话费用。

Description

一种蓝牙中继装置及其中继实现方法
技术领域
本发明涉及一种基于蓝牙技术的无线射频中继和协议转换的装置，特别是涉及一种基于蓝牙技术的便携式无线语音和数据中继及转换的实现方法和装置。
背景技术
蓝牙技术作为一种短距离低成本无线通信技术正越来越受到人们广泛的关注，大量的手机、掌上电脑、笔记本电脑等都嵌入了蓝牙模块，蓝牙数据网关、蓝牙语音网关也应运而生。近年来蓝牙技术正从原先的耳麦、电话本传输等应用向无绳电话、立体声耳机等等应用扩展，这对蓝牙通信距离、带宽以及蓝牙协议支持等要求越来越高。目前，大量的PDA(Personal Digital Assistant，个人数位助理)、手机、笔记本电脑等设备中都嵌入了蓝牙技术，3G手持终端更是把蓝牙技术作为其标配之一。这些蓝牙设备中大都使用了小功率CLASS 2或者CLASS 3蓝牙模块，其发射功率一般不超过2.5mW，通信距离不超过10米。很多设备般都嵌入了耳麦、电话本传输等蓝牙协议。其主要目的是通过组建个人局域网(Personal Area Network，PAN)解决近距离的无线互联，以方便各设备之间的信息交互，替代有线传输线缆。
随着蓝牙应用的拓展，PAN已不能满足人们日益增长的需求。例如，当使用蓝牙移动终端和相对固定的蓝牙网关对接时，就面临着两个问题。一是通信距离。至少要能保证用户可以在一个普通家庭室内随意走动而不必担心通话或者数据传输受到影响；另一个问题是如何充分利用蓝牙网关资源。一般的蓝牙网关都会和公用交换电话网(Public Switch Telephone Network，PSTN)或者互联网(Internet)相连，支持无绳电话协议(Cordless Telephony Profile，CTP)或者TCP/IP(Transmission Control Protocol/Internet Protocol，传输控制协议/互联网络协议)等协议。如何把现有的蓝牙设备特别是蓝牙头戴式耳麦或者蓝牙手持终端设备与蓝牙语音或者数据网关相连，充分利用固定网络的带宽和公话资源，这也是蓝牙技术能否在未来的数字家庭应用中占有一席之地的重要因素之一。
解决通信距离问题不外乎两种方法。一种是增加蓝牙耳麦和蓝牙手持终端蓝牙模块的发射功率，按照蓝牙规范最高不超过100mW。但这并没有解决大量现有终端的问题，而且还可能会引起部分消费者的担忧，因为耳麦和手持终端使用是靠近脑部的。另一种方法是增加网关侧蓝牙模块的发射功率和接受灵敏度，发射功率最高可以达到100mW，接受灵敏度也可以提高超过-90dBm，但一般而言达到-95dBm很难，再提高意味成本的大幅度上升。
解决现有大量支持蓝牙耳麦协议(headset)的手持终端接入各种蓝牙网关的方法是在手持终端中嵌入CTP协议。这需要对终端的软件版本进行升级，而且由于headset协议和CTP协议对硬件资源的消耗不一样，甚至硬件也要改变，这比较难以实现。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种蓝牙中继装置及其中继实现方法，用于实现现有蓝牙耳麦或者蓝牙手持终端与蓝牙语音或数据网关之间的可靠通信。
为了实现上述目的，本发明提供了一种蓝牙中继装置，用于包括蓝牙终端和蓝牙网关的无线通信系统，其特征在于，包括：
一处理器模块，设置有一存储器，用于运行中间层和上层蓝牙协议栈，实现蓝牙耳麦协议与无绳电话协议之间的转换；
一蓝牙模块，连接所述处理器模块，设置有蓝牙无线射频和基带处理芯片及分别与所述蓝牙无线射频和基带处理芯片连接的功率放大器、低噪声放大器，用于运行低层蓝牙协议栈，与所述处理器模块通讯，进行蓝牙无线射频收发和基带处理。
所述的蓝牙中继装置，其中，所述处理器模块为ARM7处理器，所述存储器为闪存和静态随机存取存储器。
所述的蓝牙中继装置，其中，所述蓝牙无线射频和基带处理芯片在发送端与所述功率放大器之间还设置一不平衡变压器。
所述的蓝牙中继装置，其中，所述功率放大器与所述低噪声放大器设置于同一芯片上，并外接一收发转换开关，该收发转发开关又通过一滤波器连接至蓝牙天线。
所述的蓝牙中继装置，其中，所述蓝牙天线为线天线、面天线或贴片天线。
所述的蓝牙中继装置，其中，所述蓝牙模块通过4线通用异步接收/发送接口或2线通用串行总线接口与所述处理器模块的硬件接口连接。
所述的蓝牙中继装置，其中，所述中间层蓝牙协议栈包括逻辑链路控制和适配协议、串口仿真协议、服务发现协议；所述上层蓝牙协议栈包括蓝牙耳麦协议和无绳电话协议；所述低层蓝牙协议栈包括无线基带协议、链路管理协议。
所述的蓝牙中继装置，其中，所述蓝牙终端为蓝牙耳麦或蓝牙便携式终端。
为了实现上述目的，本发明还提供了一种利用所述装置实现蓝牙中继的方法，其特征在于，包括：
步骤91，建立所述蓝牙终端与所述蓝牙中继装置之间的第一蓝牙微微网；
步骤92，建立所述蓝牙中继装置与所述蓝牙网关之间的第二蓝牙微微网；
步骤93，当所述蓝牙终端呼叫所述蓝牙网关连接的固定电话时，执行主叫步骤；当所述蓝牙网关有外部电话呼入时，执行被叫步骤；
所述主叫步骤又包括：
步骤921，由所述蓝牙终端通过所述第一蓝牙微微网与所述蓝牙中继装置建立支持蓝牙耳麦协议栈的一数据链路和一语音链路；
步骤922，所述蓝牙中继装置接到呼叫请求信息，并将所述蓝牙耳麦协议转换成无绳电话协议，再通过所述第二蓝牙微微网与所述蓝牙网关建立支持无绳电话协议的一数据链路和一语音链路；及
步骤923，所述蓝牙网关接收呼叫请求后，接通所述固定电话，完成一次呼出；
所述被叫步骤又包括：
步骤931，所述蓝牙网关通过所述第二蓝牙微微网，与所述蓝牙中继装置建立支持无绳电话协议的一数据链路和一语音链路；
步骤932，所述蓝牙中继装置接收到呼叫信息，并将所述无绳电话协议转换成蓝牙耳麦协议，再通过所述第一蓝牙微微网，与所述蓝牙终端建立支持蓝牙耳麦协议栈的一数据链路和一语音链路；及
步骤933，所述蓝牙终端接听电话，完成一次被叫。
所述的实现蓝牙中继的方法，其中，所述蓝牙网关连接的固定电话为公用交换电话网电话或互联网电话。
本发明的有益技术效果在于：
利用本发明方法，可以利用现有的大量CLASS2和CLASS3或者CLASS1模式蓝牙手持终端和蓝牙耳麦，不做任何硬件和软件改动就可以在较远的距离内(室外空旷地带超过300米半径)直接接入蓝牙网关。这样，一台普通的蓝牙耳麦或者带蓝牙耳麦功能的手持终端就可以在一定范围内与带蓝牙无绳电话协议的语音网关互通，从而充分利用固定网络资源，提高通话质量，降低通话费用。
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
附图说明
图1为本发明装置的硬件架构示意图；
图2为本发明装置的组网方式示意图；
图3为本发明的应用场景示意图一；
图4为本发明的应用场景示意图二；
图5为本发明的蓝牙中继实现方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图对技术方案的实施作进一步的详细描述。
如图1所示，为本发明装置的硬件架构示意图。蓝牙中继装置10主要包括如下三个部分：
第一部分是处理器模块11，包括一个ARM7处理器111，其内置或扩展一定容量的存储器——闪存FLASH和SRAM(Static Random Access Memory，静态随机存取存储器)，同时提供4线UART(Universal Asynchronous ReceiverTransmitter，通用异步接收/发送)接口和少量通用输入输出(General PurposeInput/Output，GPIO)接口。ARM7处理器111小系统主要是为了运行蓝牙协议栈，包括：L2CAP(Logic Link Control and Adaptation Protocol，逻辑链路控制和适配协议)、RFCOMM(Reference COM Model，串口仿真协议)、SDP(ServiceDiscovery Protocol，服务发现协议)等中间层协议栈以及headset、CTP等上层应用协议栈；完成headset协议和CTP协议的相互转换，保证支持headset协议的蓝牙耳麦或蓝牙手持终端与支持CTP协议的蓝牙网关软件层面上的可靠互联互通。
第二部分是CLASS1蓝牙模块12，主要包括：蓝牙无线射频和基带处理二合一单芯片121加上PA和LNA二合一芯片122。蓝牙无线射频和基带处理二合一单芯片121又称为蓝牙芯片。其中PA(Power Amplifier)为功放/功率放大器，LNA(Lower Noise Amplifier)为低噪声放大器。蓝牙芯片121无线射频输出端TX连接PA14的输入端141，输入端RX则连接LNA15的输出端153，PA14的控制端142和LNA15的控制端152由蓝牙芯片121的GPIO实现。PA14的输出端143、LNA15的输入端151与一个收发转换开关(Tx_RxSwitch)123连接。
蓝牙芯片121中协议栈使用寄居式模型，无线基带协议、链路管理协议等低层协议栈在蓝牙芯片121内部实现。硬件上通过4线UART口或者2线USB口(Universal Serial Bus，通用串行总线)与处理器模块11相连，提供标准主机控制器接口(Host Controller Interface，HCI)，故，蓝牙芯片121的固件支持标准蓝牙HCI协议。蓝牙芯片121通过HCI固件与处理器模块11中运行的主机HCI层交换数据和命令。
PA和LNA二合一是为了节约PCB(Print Circuit Board，印刷电路板)空间，当大小合适，性能满足要求时也可以使用分立的PA和LNA。PA和LNA二合一芯片122外接收发转换开关123，再通过滤波器(Filter)124连接蓝牙天线125。蓝牙天线125可以是线天线、面天线或贴片天线。其中，收发转换开关123的控制端由蓝牙芯片121的GPIO实现。
不同生产商的蓝牙芯片与PA的连接方式不同，一些蓝牙芯片需要在发送端和PA之间增加不平衡变压器(Balun)，如CSR公司的Bluecore3系列芯片。其目的是将蓝牙芯片的2线平衡输出转换成为单端输出以匹配PA的单端输入。
CLASS1蓝牙模块12的无线射频发射功率最高可以达到20dBm，接受灵敏度达到-90dBm。
第一部分的ARM7处理器111与第二部分的蓝牙CLASS1模块12组成了本发明蓝牙中继装置10的主体。
第三部分是其它外围辅助器件13，主要包括：小巧便携式外壳、小型可充电锂电池、少量按键开关、指示灯等。
本发明的蓝牙中继装置10与蓝牙终端一样随身携带，蓝牙中继装置10的CLASS1蓝牙模块12与蓝牙终端中的CLASS2蓝牙模块或CLASS3蓝牙模块组成蓝牙微微网(Piconet)1，ARM7处理器111中嵌入蓝牙headset协议，可以与支持headset协议的蓝牙耳麦或蓝牙手持终端互通，同时，蓝牙中继装置10与蓝牙网关的CLASS1蓝牙模块组成蓝牙微微网2，支持蓝牙CTP协议。
headset协议与CTP协议的转换在ARM7处理器111中完成。这样，一台普通蓝牙耳麦或蓝牙手持终端通过本发明的蓝牙中继装置10不需要做任何改动就可以实现与CLASS1蓝牙语音网关的无缝连接和可靠通信，通信距离也得到了大幅拓展，起到蓝牙无线中继的作用。
如图2所示，为本发明装置的组网方式示意图。结合图1，该示意图主要描述了蓝牙中继装置10的具体组网方式。蓝牙中继器装置10与蓝牙终端20组成蓝牙微微网1，蓝牙终端20可以是一台或是多台蓝牙终端设备，蓝牙中继装置10作为主设备，蓝牙终端20作为从设备。同时，蓝牙中继装置10又是另一个蓝牙微微网2的成员，其中蓝牙网关30作为主设备，蓝牙中继装置10作为从设备。蓝牙微微网1、蓝牙微微网2两个微微网同时工作就组成了一个蓝牙分散网络/分布式网络(Scatternet)。
如图3所示，为本发明的应用场景示意图一。一个普通小功率的蓝牙耳麦20加上本发明的蓝牙中继装置10就通过蓝牙网关30接听PSTN上的电话，如果蓝牙耳麦20具有拨号功能，也可以直接通过蓝牙网关30连接PSTN。并且可以在相当范围内(一般家庭3居室，办公室50-100米)随意走动而不影响通话效果。
如图4所示，为本发明的应用场景示意图二。小功率带headset协议的蓝牙手持终端或者带蓝牙耳麦功能的双模手机20采用本发明的蓝牙中继装置10，一定范围内(一般家庭3居室，办公室50-100米)可以直接接入蓝牙网关30，作为无绳电话使用。
如图5所示是本发明的实现方法流程图。结合图1-4所示，本发明的蓝牙中继装置先后与蓝牙终端和蓝牙网关分别建立连接；按照主叫、被叫的不同，先后与蓝牙终端和蓝牙网关建立语音SCO(Synchronous Connection-Oriented，同步定向连接)和数据ACL(Asynchronous Connection-Less，异步无连接)通路/链路，完成通话和呼叫控制功能。若是主叫，则先与蓝牙终端建立链路，若是被叫，则先与蓝牙网关建立链路。该实现方法具体包括如下步骤：
步骤51，开始，设备上电；
步骤52，蓝牙终端根据名称搜索选定本发明装置，然后进行注册，鉴权，连接成功后，蓝牙终端与本发明装置组成蓝牙微微网1；
蓝牙耳麦或蓝牙手持终端与本发明装置距离比较近，一般在10米以内；
步骤53，本发明装置主动搜索蓝牙设备，找到附近的蓝牙网关，然后进行注册，鉴权，连接成功以后，本发明装置同时与蓝牙网关组成蓝牙微微网2；
附近的蓝牙网关指距离一般室外空旷地带300米，室内50-100米以内的蓝牙网关；
此时，本发明装置在蓝牙网络中充当了蓝牙微微网1、蓝牙微微网2两个微微网的中间角色，延长了蓝牙终端与蓝牙网关的通信距离，起到了无线射频中继的作用。如果此时蓝牙终端试图拨叫蓝牙网关连接的固定电话，可以是PSTN电话或者IP电话，则下接步骤531。如果此时蓝牙网关有外部电话呼入，则下接步骤541；
步骤531，蓝牙终端拨叫外线电话，则蓝牙终端通过蓝牙微微网1与本发明装置建立一条ACL链路和一条SCO链路，使用headset协议栈；
步骤532，本发明装置中的ARM7处理器接收到呼叫信息后，对headset协议进行翻译、转换成为CTP协议，然后通过蓝牙微微网2，ARM7处理器控制CLASS1蓝牙模块同时与蓝牙网关建立一条ACL链路和一条SCO链路；及
步骤533，蓝牙网关收到呼叫请求后，接通固定电话，完成一次呼出。
步骤541，蓝牙网关有外部电话呼入，则蓝牙网关通过蓝牙微微网2与本发明装置建立一条ACL链路和一条SCO链路，使用CTP协议栈；
步骤542，本发明装置中的ARM7处理器接收到呼叫信息后，对CTP协议进行翻译、转换成为headset协议，然后通过蓝牙微微网1，ARM7处理器控制CLASS1蓝牙模块同时与蓝牙耳麦或者蓝牙手持终端建立一条ACL链路和一条SCO链路；及
步骤543，蓝牙耳麦或者蓝牙手持终端接听电话，完成一次被叫。
本发明装置与蓝牙终端之间的蓝牙协议栈是headset，与蓝牙网关之间的协议栈是CTP。这样不仅解决了蓝牙终端与蓝牙网关之间的协议转换，蓝牙终端与蓝牙网关之间的通信距离也由原先的10米左右，拓展到室外空旷地带300米、室内50-100米的范围。
本发明描述了一种便携式蓝牙中继装置和实现方法，实现了现有蓝牙手持终端或者蓝牙耳麦和蓝牙语音网关之间的可靠通信。
当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种监牙中继装置，用于包括蓝牙终端和蓝牙网关的无线通信系统，其特征在于，包括：
一处理器模块，设置有一存储器，用于运行中间层和上层蓝牙协议栈，实现蓝牙耳麦协议与无绳电话协议之间的转换；
一蓝牙模块，连接所述处理器模块，设置有蓝牙无线射频和基带处理芯片及分别与所述蓝牙无线射频和基带处理芯片连接的功率放大器、低噪声放大器，用于运行低层蓝牙协议栈，与所述处理器模块通讯，进行蓝牙无线射频收发和基带处理。
2.根据权利要求1所述的蓝牙中继装置，其特征在于，所述处理器模块为ARM7处理器，所述存储器为闪存和静态随机存取存储器。
3.根据权利要求1所述的蓝牙中继装置，其特征在于，所述蓝牙无线射频和基带处理芯片在发送端与所述功率放大器之间还设置一不平衡变压器。
4.根据权利要求1、2或3所述的蓝牙中继装置，其特征在于，所述功率放大器与所述低噪声放大器设置于同一芯片上，并外接一收发转换开关，该收发转发开关又通过一滤波器连接至蓝牙天线。
5.根据权利要求4所述的蓝牙中继装置，其特征在于，所述蓝牙天线为线天线、面天线或贴片天线。
6.根据权利要求1、2或3所述的蓝牙中继装置，其特征在于，所述蓝牙模块通过4线通用异步接收/发送接口或2线通用串行总线接口与所述处理器模块的硬件接口连接。
7.根据权利要求1、2或3所述的蓝牙中继装置，其特征在于，所述中间层蓝牙协议栈包括逻辑链路控制和适配协议、串口仿真协议、服务发现协议；所述上层蓝牙协议栈包括蓝牙耳麦协议和无绳电话协议；所述低层蓝牙协议栈包括无线基带协议、链路管理协议。
8.根据权利要求1、2或3所述的蓝牙中继装置，其特征在于，所述蓝牙终端为蓝牙耳麦或蓝牙便携式终端。
9.一种利用权利要求1所述装置实现蓝牙中继的方法，其特征在于，包括：
步骤91，建立所述蓝牙终端与所述蓝牙中继装置之间的第一蓝牙微微网；
步骤92，建立所述蓝牙中继装置与所述蓝牙网关之间的第二蓝牙微微网；
步骤93，当所述蓝牙终端呼叫所述蓝牙网关连接的固定电话时，执行主叫步骤；当所述蓝牙网关有外部电话呼入时，执行被叫步骤；
所述主叫步骤又包括：
步骤921，由所述蓝牙终端通过所述第一蓝牙微微网与所述蓝牙中继装置建立支持蓝牙耳麦协议栈的一数据链路和一语音链路；
步骤922，所述蓝牙中继装置接到呼叫请求信息，并将所述蓝牙耳麦协议转换成无绳电话协议，再通过所述第二蓝牙微微网与所述蓝牙网关建立支持无绳电话协议的一数据链路和一语音链路；及
步骤923，所述蓝牙网关接收呼叫请求后，接通所述固定电话，完成一次呼出；
所述被叫步骤又包括：
步骤931，所述蓝牙网关通过所述第二蓝牙微微网，与所述蓝牙中继装置建立支持无绳电话协议的一数据链路和一语音链路；
步骤932，所述蓝牙中继装置接收到呼叫信息，并将所述无绳电话协议转换成蓝牙耳麦协议，再通过所述第一蓝牙微微网，与所述蓝牙终端建立支持蓝牙耳麦协议栈的一数据链路和一语音链路；及
步骤933，所述蓝牙终端接听电话，完成一次被叫。
10.根据权利要求9所述的实现蓝牙中继的方法，其特征在于，所述蓝牙网关连接的固定电话为公用交换电话网电话或互联网电话。
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