蓝牙电话系统的容量问题与解决 金纯 罗祖秋 万宝红    摘要： 蓝牙电话系统是基于蓝牙技术和公共交换电话网络 PSTN 的一种移动通信系统。本文首先介绍了蓝牙电话系统的结构和特点。然后，在此基础上讨论了它的系统容量问题，并提出了解决方案。   关键词 : 蓝牙电话系统 公共交换电话网络 PSTN 系统容量
	该论文发表于《电讯技术》2006第46卷第1期，刊号：ISSN 1001-893X,CN 51-1267/TN

Abstract: Bluetooth telephone system is a mobile communication system based on bluetooth technology and PSTN. In this paper, we briefly introduce the features and architecture of this system at first, then, discuss the system capacity problem. Finally, we present a solution of this problem.

Keyword: Bluethooth telephone system, PSTN, system capacity

引言

    蓝牙电话系统通过利用蓝牙技术使手机接入到现有的固定电话网络进行通信。 它使得手机用户通过固定电话网络实现信号连接，因而让广大的手机用户同时成为固定电话网的用户。对手机用户来说，在解决移动电话网信号问题的同时，又可以降低手机用户的通信费用；对于固定电话运营商来说，则意味着巨大的话费收益。 同时，蓝牙技术提供在2.4GHz的ISM频带上设立的79个带宽为1M的信道，语音采用CVSD（Continuous Variable Slope Delta Modulation）编码方式，其抗干扰能力更强，即使误码率达到4％时也能提供可以接受的通话质量。而且其最高传输速率可达1Mbps，实际数据有效速率为723Kbps。因而从这个层面来说，它同我国现有的小灵通系统相比，具有更高的带宽和数据传输速率。

1 蓝牙电话系统

1.1 系统结构

蓝牙电话系统的网络结构如图 1 所示：

图 1 网络结构

    当蓝牙GSM双模手机在进入蓝牙PSTN语音接入点的信号覆盖范围后，即自动通过接入点在PSTN网络上登记，这样用户的话务就被转移到PSTN网络，使用时只需缴纳固定电话费；蓝牙PSTN语音接入点具有小型交换机的功能，可同时为多个蓝牙手机提供类似的服务。

1.2 系统特点

    从技术上看，可以以基站的形式大量铺设蓝牙PSTN接入点。在单位范围内，一个小灵通基站相当于数十个蓝牙PSTN接入点，使得在单位范围内，蓝牙PSTN接入点的铺设的密度增大，从而形成一个微蜂窝网络。 它又分为中小功率微蜂窝和大功率微蜂窝，小功率微蜂窝多用于覆盖盲区。而采用重叠覆盖技术的500mw大功率微蜂窝基站，使得蓝牙传输距离短的不利情况得到了改善，小区范围扩大，同道干扰减小，切换减少，移动速度更快。由于采用了微蜂窝技术，使得接入点更多，空分复用更高，带宽更宽，因而很好地解决了网络中的拥塞问题。

    从商业的角度来看，采用蓝牙接入方式，成本更低。如果大量使用，一个蓝牙基站的价格大约是小灵通基站的百分之一至千分之一左右，专用蓝牙手机的价格大约是普通手机的十分之一左右。因而可以大量普及和使用，用户会因此而得到更多的方便和实惠，网络运营商可以提高其收益。

    从提供的业务来看，蓝牙电话系统除了提供最基本的语音服务以外，还可以提供大量的增值业务。它包括短消息、盲区呼、双振铃、区域限制服务、彩铃等等。

2 系统容量

2.1 目前的问题

    蓝牙技术可以提供点到点的连接或点到多点的连接。在一个蓝牙微微网中，一个蓝牙主设备最多支持3条同步面向连接（SCO）链路，而一个从设备可以支持3条来自于同一主设备的SCO链路或来自不同主设备的2条SCO链路。

    目前，蓝牙PSTN接入点所能支持的用户数与蓝牙PSTN接入点中的蓝牙模块数目是相关联的，也就是说，如果蓝牙PSTN接入点中只有一个蓝牙模块，则在它所能覆盖的范围内就只能接入一路语音信号。因而如果我们为了增加在一个蓝牙PSTN接入点下面的用户数，则就必须增加接入点处的模块数目。但是，在同一接入点采用多蓝牙模块带来的问题是：由于蓝牙模块工作在同一频段，它们之间肯定会引起干扰，模块数目越多，则干扰越大。因而，绝对地增加接入点中的蓝牙模块数目并不是解决问题的最有效方法。

2.2 问题的解决

    由于在同一接入点中不能过多地增加蓝牙模块的数目，因而，在我们的设计中，我们考虑在一个蓝牙模块的基础上来增加接入的用户数。我们分别从硬件和软件方面对我们现有的蓝牙PSTN接入点进行了改进，最终从一个蓝牙模块只能接收一路语音信号增加到三路语音信号，取得了较好的效果。

2.2.1 硬件的设计

    蓝牙PSTN语音接入点的硬件系统的框图如图 2 所示。整个接入点主要由接入点控制模块、电话线路接口模块和蓝牙收发模块组成。

    接入点控制模块是整个接入点软件的运行平台，在我们的设计中，我们选用了三星公司的SC2410处理器，它集成了蓝牙CTP应用协议栈、内部电话应用协议栈以及管理程序，并且有外扩的RAM和ROM，用于处理汉字字库和其它的一些功能。

    电话线路接口模块是接入点和PSTN的接口。它包括电话线路接口芯片、DTMF收发电路和FSK收发电路所组成。电话线路接口芯片选用菲利普公司的TEA1062，它是一个两线——四线语音分离器，把双工信号分离成两个单工信号。同时，它把电话线上送来的模拟信号放大后发送到蓝牙收到模块的PCM编码器；也把PCM编解码器送来的语音信号放大后，放到电话线上传输。另外，它还提供消侧音、自动增益控制功能。接入点还需具备转发来电显示功能，我们用HT9170D和HT9032C分别接收DTMF及FSK来电显示信息。接入点向PSTN交换机拨号和普通电话一样，采用DTMF信号，同时也可以用DTMF信号向PSTN交换机发送一些信令信息。DTMF的发送用HT9200A芯片。

    蓝牙收发模块主要包括蓝牙模块、CPLD和PCM编解码器，它通过UART/USB和接入点控制模块相连。

    蓝牙模块主要实现蓝牙HCI层以下的协议，并且提供符合蓝牙规范的空中接口。在本设计中，我们采用CSR的BlueCore02芯片。其PCM接口如图2所示，它共有四个语音通道，但目前它只支持三个语音通道。

图 2 BlueCore02 芯片的PCM接口

其中图a）是芯片作为主设备，图b）是芯片作为从设备。这里我们只讨论芯片作为主设备的情况。

    如果在蓝牙收发模块中，没有添加CPLD器件，则BlueCore02将把PCM语音信号直接输出到PCM编解码器。如果BlueCore02输出了三路通道的语音信号，当同步信号到来时，PCM编解码器只能识别出紧跟在同步信号后的第一通道的语音信号（图3中前8bits数据）。

图 3 PCM帧同步图

    当蓝牙收发模块中添加上PCLD器件后，它就在PCM编解码器之前，对输入的语音信号进行分离。当同步信号到来时，首先识别出紧跟在同步信号后的第一通道的语音信号，接着，使同步信号后移，识别出第二通道的语音信号，再接着后移，就可以把第三通道的语音信号给识别出来。CPLD后接三个PCM编解码器，经过PCM编解码解码，形成模拟信号，就可把这三路语音信号通过电话接口芯片发送到电话线上。这样，我们就从硬件上实现了三路语音信号的通信。

2.2.2 软件的实现

    除了从硬件方面实现之外，我们编写软件主要实现以下几点：

•  实现蓝牙规范的CTP（Cordless Telephone Profile）应用协议，使蓝牙手机能通过蓝牙PSTN接入点，作为固定电话进入固定电话网。

•  实现蓝牙规范的内部电话系统(Intercom Profile)应用协议栈，使得蓝牙PSTN无线接入点能够与网络中的各个蓝牙手机进行内部电话通信。

•  结合蓝牙的数据传输功能与网络电话的网络功能，使得计算机可以通过蓝牙的PSTN无线接入点无线上网。

•  充分考虑产品的通用性与兼容性，该蓝牙PSTN无线接入点不仅能够与各种符合蓝牙技术标准的蓝牙手机、蓝牙适配器互通，还能够与现有产品－蓝牙耳机实现互通。

•  。。。。。

3 结束语

    用户容量问题是我们在设计整个蓝牙电话系统中不得不考虑的问题，原先设计的蓝牙PSTN接入点只能接入一路语音信号，通过来蓝牙收发模块中添加上CPLD和在软件上进行一些改动，最终我们设计出能够接入三路语音信号的蓝牙PSTN语音接入点。

    这样一来，我们的蓝牙PSTN语音接入点就可作为一个小型电话交换机使用，对于一个较小的公司而言，有三路外线使用可以基本满足他们的需要，而公司内部通信，则可通过蓝牙的内部电话系统应用协议实现。

    当然，这只是我们目前的设计，今后我们的工作是通过在PSTN接入点中添加蓝牙模块，使一个蓝牙PSTN接入点能够接入更多的话务。

参考文献：

Bluetooth Specifications,Bluetooth SIG

金纯，许光辰，孙睿。蓝牙技术。北京：电子工业出版社， 2001

郭梯云，邬国扬，李建东。移动通信。西安：西安电子科技大学出版社， 2000

作者简介：

    金纯：留重庆美博士，邮电学院教授，硕士生导师。曾任美国微软资深软件工程师与项目主管，参与过 Oracle 、 SQL Server 、 Hotmail等大型项目并因在Hotmail项目中表现杰出获比尔·盖茨亲授奖牌，主持开发了国内第一套蓝牙开发平台、蓝牙网关、蓝牙通用无线接口模块、蓝牙耳机等系列产品，参与863项目：基于“蓝牙”技术的工业现场设备、监控网络及其关键技术研究，现有专著包括《蓝牙技术》、《802.11b无线局域网》、《无线网络安全》，现为重庆蓝牙无线技术研究所所长。

    万宝红：毕业于重庆大学，现为重庆蓝牙技术研究所发展有限责任公司高级工程师。

    罗祖秋：重庆邮电学院硕士研究