Cómo Funcionan los Teléfonos Celulares
Bluetooth en los Teléfonos Celulares


Como todos sabemos, Bluetooth es la norma que define un estándar global de comunicación inalámbrica, que posibilita la transmisión de voz y datos entre diferentes equipos mediante un enlace por radiofrecuencia. Los teléfonos celulares modernos de alta gama poseen la posibilidad de operar con esta tecnología, teniendo alcances que oscilan entre los 50m y los 100m. Mediante Bluetooth es posible el intercambio de archivos utilizando muy poca energía, lo que la hace una tecnología ideal para las comunicaciones actuales. En esta nota veremos, básicamente, cómo es el bloque que maneja la tecnología Bluetooth en los teléfonos celulares, basándonos en la familia A920 de Motorola.

Desarrollo


Bluetooth es una tecnología inalámbrica que opera en banda de 2.4GHz, donde no se necesita licencia.
En general, podemos decir que es una tecnología diseñada para la implementación de redes de cobertura reducida, normalmente de unos 10 metros, aunque se alcanzan distancias de hasta 100 metros con dispositivos especiales. Las redes se suelen construir en modo “ad-hoc” utilizando dispositivos heterogéneos como teléfonos móviles, dispositivos manuales (“handhelds”) y computadoras portátiles. A diferencia de otras tecnologías inalámbricas como Wi-Fi, Bluetooth ofrece perfiles de servicio más detallados; por ejemplo un perfil para actuar como un servidor de ficheros basado en FTP, para la difusión de ficheros (“file pushing”), para el transporte de voz, para la emulación de línea serie y muchos más.
En la figura 1 se puede apreciar el diagrama en bloques de la sección bluetooth de un teléfono Motorola de la serie A920. El circuito integrado U5600 es un BCM2033 que tiene un transreceptor de radio integrado que ha sido optimizado para el empleo en 2.4GHz, para aplicaciones de comunicación en Bluetooth (sistemas inalámbricos de alto rendimiento). Este integrado fue diseñado para proveer comunicaciones robustas con bajo costo para usos que funcionan en 2.4GHz a escala mundial en bandas ISM. Es totalmente compatible con las especificaciones para Bluetooth versión V1.1 y “excede” las exigencias para proporcionar la mayor calidad de comunicación.
Como aclaración, digamos que ISM (Industrial, Scientific and Medical) son bandas reservadas internacionalmente para uso no comercial de radiofrecuencia en áreas industrial, científica y médica.
En la actualidad estas bandas han sido popularizadas por su uso en comunicaciones WLAN (por ejemplo Wi-Fi) o WPAN (por ejemplo. Bluetooth).
Las bandas ISM fueron definidas por la ITU (Unión Internacional de Telecomunicaciones).
El uso de estas bandas de frecuencia está abierto a todo el mundo sin necesidad de licencia, respetando las regulaciones que limitan los niveles de potencia transmitida. Este hecho fuerza a que este tipo de comunicaciones tengan cierta tolerancia frente a errores y que utilicen mecanismos de protección contra interferencias, como técnicas de ensanchado de espectro. Por este motivo, las redes que funcionan en esta banda se les denomina redes de espectro ensanchado.
El receptor tiene un alto grado de linealidad, un margen dinámico ampliado, y un alto filtrado sobre el canal de operación para asegurar una operación confiable en 2.4GHz sin ruidos en la banda ISM. El BCM2033 es un circuito integrado que contiene un sistema de transmisión completo para operación en Bluetooth. Los datos de banda de base son modulados en GFSK y trasladados a la banda de 2.4GHz mediante un mezclador interno, para poder operar en la banda ISM.
Una modulación GFSK (Gaussian Frequency Shift Keying) es usada, en donde un “1” binario representa una desviación de frecuencia positiva, y un “0” binario representa una desviación de frecuencia negativa. La desviación máxima de frecuencia está entre 140kHz y 175kHz.
El Amplificador de Poder de salida (PA) proporciona una señal de salida nominal de 0dBm y tiene un control de potencia para proporcionar 24dB de control de ganancia en pasos de 8dB. El Oscilador Local (LO) genera frecuencias en saltos rápidos (1600 saltos por segundo) a través de los 79 canales disponibles para esta técnica.
La unidad PU (UPU) realiza el control entre un “controlador de enlace” (LC: Link Control) que es un procesador digital de señales y la interfase HCI (Host Controller Interfase). La interfase HCI proporciona una “interfase de comandos” (valga la redundancia) para la controladora de banda base y para el gestor de enlace y permite acceder al estado de hardware y a los registros de control.
Esta interfase proporciona una “capa” de acceso homogénea para todos los dispositivos Bluetooth de banda base.
El microprocesador es un sistema “mejorado” del conocido microcontrolador 8051.
La B.B.C. maneja los buffers, la segmentación, y el envío de datos para todas las conexiones. Esto también protege los datos que pasan por ello, el control de flujo de datos programan las transacciones SCO/ACL TX/RX en una “ranura” Bluetooth, óptimamente segmentan y embalan datos en paquetes de banda de base, manejan indicadores de estado de conexión, y componen y descifran paquetes HCI.
La Unidad Periférica de Transporte (PTU) maneja la Interfase del Dispositivo.
El PTU soporta tres tipos de dispositivos: USB, UART, y PCM. EL PMU proporciona los rasgos de dirección de poder que pueden ser invocados por el software por registros de dirección de poder, o por "el manejo de paquete " en banda de base.
En la figura 2 se puede apreciar el circuito asociado al sistema Bluetooth en un sistema celular Motorola de la serie A920.

Más Sobre Bluetooth

Se dice que el nombre Bluetooth fue tomado de un Rey Danés del siglo X, llamado Harald Blátand (Bluetooth), que se hizo famoso por sus habilidades comunicativas, y por haber logrado, mediante el diálogo y la persuasión, la cristianización de su “sociedad” vikinga.
La tecnología Bluetooth tiene como objetivo aumentar la efectividad de las comunicaciones entre dispositivos que se encuentran a cortas distancias, ya sea en el área de trabajo como en los espacios públicos.
En 1998, un grupo de industrias líderes en computadoras y telecomunicaciones tales como IBM, Intel, Ericsson y Nokia, desarrollaron un dispositivo de bajo costo que servía para comunicar diversos dispositivos basado en un estándar estricto para que su uso se popularizara rápidamente. Las empresas investigadoras formaron un grupo de intereses especiales (Special Interests Group - SIG) que asegurara que el nuevo estandard sería la base para el desarrollo de dispositivos a nivel mundial. El SIG fue rápidamente ganando miembros, como las compañías 3Com, Axis Comunication, Compaq, Dell, Lucent Technologies UK Limited, Motorola, Qualcomm, Xircom, entre otras.
La tecnología Bluetooth define un canal de comunicaciones con una velocidad máxima de 720kbyte por segundo con un rango óptimo de 10m (luego se implementó a 100m).
El rango de frecuencia de trabajo está entre 2.4 a 2.48Ghz con un amplio espectro y saltos de frecuencia con posibilidad de transmitir en sistema full duplex con un máximo de 1600 saltos por segundo. Los saltos de frecuencia se dan entre un total de 79 frecuencias con intervalos de 1MHz, lo que permite brindar seguridad y robustez al sistema. La potencia de salida para transmitir a una distancia máxima de 10m es de 1mW, mientras que la versión de largo alcance para 100 metros requiere una potencia del orden de los 100mW.
El bajo consumo y bajo costo, se logró mediante el desarrollo de todo el sistema en un solo chip utilizando circuitos CMOS. El chip tiene 9x9mm y consume menos del 90% energía que un teléfono celular común, lo cual implica un rendimiento excelente.
El protocolo de banda base para este sistema combina circuitos de swicheo (conmutación) y paquetes. Para asegurar que los paquetes no lleguen fuera de orden, los canales (slots) pueden ser reservados por paquetes sincrónicos, utilizando un salto diferente de señal para cada paquete. Por otro lado, el switching de circuitos puede ser sincrónico o asincrónico. Cada canal soporta tres canales de datos o de voz sincrónicos o un canal de voz sincrónico y un canal de datos asincrónico. Cada canal de voz puede soportar una tasa de transferencia de 64Kb/s en cada sentido, la cual es adecuada para la transmisión de voz. Un canal asíncrono puede transmitir como máximo 720Kb/s en una dirección y 56Kb/s en la dirección opuesta, sin embargo, para una conexión asincrónica es posible soportar 432,6Kb/s en ambas direcciones si el enlace es simétrico.
El hardware de un dispositivo Bluetooth está compuesto por dos partes: un sistema de radio encargado de modular y transmitir la señal y un controlador digital. El controlador digital está compuesto por una CPU, un procesador de señales digitales (DSP - Digital Signal Processor) llamado Link Controller (o controlador de Enlace) y de las interfaces con el dispositivo anfitrión.
El LC o Link Controller se encarga del procesamiento de señales en banda base y del manejo de los protocolos ARQ y FEC. Además, se encarga de las funciones de transferencia (tanto sincrónicas como asincrónicas), de la codificación de Audio y encripción de datos.
El CPU del dispositivo remoto se encarga de atender las instrucciones relacionadas con el sistema Bluetooth del dispositivo anfitrión para simplificar su operación. Para ello, sobre la unidad central de proceso o CPU, corre un software denominado “Link Manager” que tiene la función de comunicarse con otros dispositivos por medio del protocolo LMP.

 
De la Redacción de la Revista Saber Electrónica
 
FIGURA 1
 
 
FIGURA 2
 
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