藍牙技術這些年

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• 藍牙技術的起源
• 藍牙標準的演進推動終端應用變化
• 藍牙新標準將再次對終端應用進行改革
• 結語

摘要：2016年，藍牙標準伴隨著物聯網應用的爆發也進行了繼續演進，在此期間，SIG發布了藍牙5.0版本，相比藍牙4.0版本，5.0在傳輸速度提升了兩倍，傳輸距離增加了四倍，數據傳輸量提升八倍，同時可以與 Wi-Fi 共存，不互相干擾。而採用了LE Audio藍牙標準的TWS耳機，可以在低能耗下做到在更長的距離上傳輸更好的聲音。

二戰期間，本應該憑借美貌吃飯的好萊塢女演員 Hedy Lamarr，卻偏要憑實力與鋼琴家 George Antheil 聯手，研究跳頻擴頻（FHSS）技術。據相關資料記載，這項技術於1942 年8月被申請為專利。在此後近半個世紀的歲月中，這項技術一直未被重視，直到 20 世紀 80 年代，FHSS技術才被軍方用於戰場上的無線通訊系統。而後，FHSS技術下沉到大眾市場，也影響到了藍牙、WiFi等無線技術的發展。

時移世易，當初以FHSS為基礎的藍牙技術也發生了巨大的變化——其標準從藍牙1.0升級到了藍牙5.0再到LE Audio，在這場技術變遷的過程當中，藍牙到底改變了什麼？

藍牙技術的起源

藍牙技術最早可以追溯至1994年，當初，愛立信投身於藍牙技術的研究是將其當做是RS-232數據線的替代方案。RS-232是常用的串行通信接口標準之一，它是由美國電子工業協會(EIA)聯合貝爾系統公司、調制解調器廠家及計算機終端生產廠家於1970年共同制定。RS-232總線規定了25條線，包含了兩個信號通道，即第一通道（稱為主通道）和第二通道（稱為副通道）。RS-232採用的是點對點連接，通常一個串口只能連接一個外設。而採用藍牙技術則可以連接多個設備，從而克服了數據同步的難題。因此，藍牙技術被視為是移動電話和其他配件間進行低功耗、低成本無線通信連接的方法。

1997年，愛立信公司借此概念接觸了移動設備製造商，討論其項目合作發展並獲得支持。1998年，愛立信、諾基亞、東芝、IBM和英特爾公司等五家企業成立了藍牙技術聯盟的前身——「特別興趣小組」（Special Interest Group，SIG），其目標是開發一個成本低、效益高、可以在短距離範圍內隨意無線連接的藍牙技術標準。在這當中，關於藍牙的命名也發生了一件趣事。當時SIG的合同框架已經接近完成，但關於這項短據無線連接技術卻還沒有確定正式的名稱，其備選名稱PAN因偏向流行語，在當時的互聯網搜尋引擎中已經擁有很高的流量，因此，商標搜尋沒通過。英特爾的Jim Kardach建議使用藍牙作為臨時代號。後來有人引用Kardach的話說：「哈拉爾德國王藍牙，以團結斯堪的納維亞半島而出名，正如我們打算通過短距離無線鏈路將PC和蜂窩產業結合在一起一樣。」

0.7版是藍牙的首個標準版本，其支持Baseband與LMP通訊協定兩部分。 而後，SIG成立，又先後發布了藍牙0.8版，0.9版、1.0 Draft版、1.0a版以及1.0B版。1999年下半年，微軟、摩托羅拉、三星、朗訊與藍牙特別小組的五家公司共同發起成立了藍牙技術推廣組織，從而在全球範圍內掀起了一股藍牙熱潮。

藍牙標準的演進推動終端應用變化

在這股藍牙的熱潮之下，藍牙標準也伴隨著技術終端應用的需求發生了改變。

1999年所推出的藍牙1.0版本，因為技術上存在著數據泄露的問題，所以，藍牙並未立即受到廣泛的應用。此外，當時對應藍牙功能的電子設備種類少，藍牙裝置也十分昂貴，也是藍牙未被大規模採用的原因之一。直到2001年，藍牙1.1才做為首個正式商用的版本開始面向市場。該版藍牙標準也被正式列入IEEE標準，也被稱為IEEE 802.15.1。同年，SIG成員公司超過2000家。

過了幾年之後，藍牙成為了電子產品的必備功能，其售價也因技術的成熟而大幅下降。為了擴寬藍牙的應用層面和傳輸速度，SIG於2003和2004年先後推出了1.2（該版本為了解決容易受干擾的問題，加上了抗干擾跳頻功能）、2.0版，並附加了很多新功能。據維基百科資料顯示，2.0版本中增加了例如EDR（Enhanced Data Rate，配合2.0的技術標準，將最大傳輸速度提高到3Mbps）、A2DP（Advanced Audio Distribution Profile，一個控音軌分配技術，主要應用於立體聲耳機）、AVRCP（A/V Remote Control Profile）等。Bluetooth 2.0將傳輸率提升至2Mbps、3Mbps，遠大於1.x版的1Mbps（實際約723.2kbps）。藍牙2.0版開始支持雙工模式——即一面作語音通訊，同時也可以傳輸數據。也是從這個版本開始，藍牙才被市場所認可。隨後，在2007年中，SIG針對存在的問題進行了改進，並發布了藍牙2.1版。此時，藍牙技術的出現，讓手機做到了可互相傳輸音視頻以及圖片等功能。但當時手機之間通過藍牙連接的方式比較繁瑣，配對雙方都顯示一個6位的數字，由用戶來核對數字是否一致，並輸入Yes/No，兩端Yes表示一致即可配對。這種當時雖然繁瑣，但卻可以防止中間人攻擊。

2009年，藍牙3.0也開始面向市場，採用了全新的交替射頻技術，並取消了UMB應用。在本年4月，藍牙技術聯盟頒布了藍牙核心規範3.0版（3.0+HS），是一種全新的交替射頻技術。藍牙3.0+HS提高了數據傳輸速率，集成802.11PAL最高速度可達24Mbps，是藍牙2.0速度的8倍。此外，引入了增強電源控制，實際空閒功耗明顯降低。這一特性還添加了閉環功率控制，意味著RSSI過濾可於收到回復的同時展開。此外，該版本中還增加了「直接開到最大功率（go straight to maximum power）」的請求，旨在應對耳機的鏈路損耗，傳統藍牙耳機也逐漸流入市場。

2010年，三位一體藍牙4.0的發布再次變革了藍牙技術。在該版本發布之時，SIG還提出了「低功耗藍牙」、「傳統藍牙」和「高速藍牙」三種模式。其中，高速藍牙主攻數據交換與傳輸；傳統藍牙則以信息溝通、設備連接為重點；藍牙低功耗顧名思義，以不需占用太多帶寬的設備連接為主。前身其實是NOKIA開發的Wibree技術，本是作為一項專為移動設備開發的極低功耗的移動無線通信技術，在被SIG接納並規範化之後重命名為Bluetooth Low Energy（後簡稱低功耗藍牙）。這三種協議規範還能夠互相組合搭配、從而做到更廣泛的應用模式，此外，Bluetooth 4.0還把藍牙的傳輸距離提升到100米以上（低功耗模式條件下）。至此，通過藍牙4.0的發布，也為接下來物聯網的發展奠定了基礎。

而後，2013年底，藍牙技術聯盟推出了藍牙4.1規範，其目的是為了讓 Bluetooth Smart技術最終成為物聯網發展的核心動力。該版本提升了對LTE和批量數據交換率共存的支持，以及通過允許設備同時支持多重角色幫助開發者做到創新。通過藍牙4.1版本，使得支持該標準的耳機、手表、鍵鼠，可以不用通過 PC、平板、手機等數據樞紐，做到自主收發數據。例如智能手表和計步器可以繞過智慧型手機，直接做到對話。2014年，SIG又更新了藍牙標準，推出了藍牙4.2，不但速度提升2.5倍，隱私性更高，還可以通過IPv6連接網路。這一技術允許多個藍牙設備通過一個終端接入互聯網或者局域網，這樣，大部分智能家居產品可以拋棄相對複雜的 WiFi 連接，改用藍牙傳輸，讓個人傳感器和家庭間的互聯更加便捷快速。

2016年，藍牙標準伴隨著物聯網應用的爆發也進行了繼續演進，在此期間，SIG發布了藍牙5.0版本，相比藍牙4.0版本，5.0在傳輸速度提升了兩倍，傳輸距離增加了四倍，數據傳輸量提升八倍，同時可以與 Wi-Fi 共存，不互相干擾。2019年，SIG又推出了藍牙5.1，新增尋向功能，將藍牙定位的精準度提升到公分級，功耗更低、傳輸更快、距離更遠、定位更精準。伴隨著藍牙5.1標準的推出，也讓業界看到了將藍牙技術應用於室內定位的前景，這也是目前藍牙技術的未來發展前景之一。

此外，伴隨著萬物互聯時代的來臨，藍牙技術也進行了吸收和擴展。除藍牙1、2、3、4、5系列標準以外，藍牙技術聯盟於2017年7月正式宣布，藍牙技術開始全面支持Mesh網狀網路，據悉，藍牙Mesh將兼容藍牙 4 和 5 系列的協議。全新的Mesh功能提供設備間多對多傳輸，並特別提高構建大範圍網路覆蓋的通信能力，適用於樓宇自動化、無線傳感器網路等需要讓數以萬計個設備在可靠、安全的環境下傳輸的物聯網解決方案。伴隨著藍牙Mesh的推出，智能家居得到了極大的發展，該領域也被視為是藍牙未來發展的又一方向。在2018年的國際消費電子展上，阿里巴巴與聯發科宣布攜手推動藍牙Mesh技術，簽署合作協議，打造了首款支持藍牙Mesh技術的Smartmesh無線連接方案。

藍牙新標準將再次對終端應用進行改革

2020年1月，藍牙技術聯盟在拉斯維加斯舉辦的CES2020上發布了其新一代藍牙音頻技術標準——低功耗音頻LE Audio。該方案伴隨著TWS耳機的爆發而被受關注，因此，有業內人士認為，LE Audio藍牙標準將再次對終端應用產生重大影響。

眾所周知，此前傳統藍牙耳機沒有得到廣泛的使用，是因為其音質和續航時間並不令人滿意。而採用了LE Audio藍牙標準的TWS耳機，可以在低能耗下做到在更長的距離上傳輸更好的聲音。據SIG官方網站介紹，在提升音質方面，LE Audio藍牙標準中包括一個新的高質量，低功耗音頻編解碼器，即低複雜度通信編解碼器（LC3）。LC3即使在低數據速率下也能提供高質量，它將為開發人員帶來巨大的靈活性，使他們能夠在關鍵產品屬性（例如音頻質量和功耗）之間進行更好的設計折衷。據相關報導顯示，LC3的質量提高了三倍，傳輸音頻時的能耗卻降低了三倍。

據相關報導顯示，SIG將於今年推出LE Audio的獨立功能，SIG期望晶片製造商能夠在明年至18個月的時間內發布支持LE Audio的新設計。這是因為LE Audio需要手機端先支持LE Audio標準後，TWS耳機才更有意義。因此，在這種情況下，TWS耳機還距離其真正的爆發時期還有一段距離。

同時，SIG在其官網中還介紹道，LE Audio將不僅為TWS耳機帶來發展機會，這項標準也將推動其他音頻產品的發展。例如，LE Audio將推動藍牙助聽器的開發，從而為越來越多的聽力損失者帶來藍牙音頻的所有好處。LE Audio還將添加廣播音頻，使音頻源設備可以將一個或多個音頻流廣播到無限數量的音頻接收器設備。廣播音頻為創新提供了重要的新機遇，其中包括啟用新的藍牙用例「音頻共享」。藍牙音頻共享可以是個人的或基於位置的。通過個人音頻共享，人們將能夠與周圍的其他人共享藍牙音頻體驗；例如，與家人和朋友共享智慧型手機中的音樂。通過基於位置的音頻共享，機場，酒吧，體育館，電影院和會議中心等公共場所現在可以共享藍牙音頻，從而增強訪問者的體驗。

結語

通過上述資料顯示，藍牙從最初的音頻傳輸、圖文傳輸、視頻傳輸，演變成為了物聯網傳輸的主角。尤其是在去年當中，藍牙技術的發展也帶動了TWS耳機市場變革。從藍牙技術的變遷中看，它的發展對下遊終端產品影響巨大。伴隨著近幾年來，終端產品的多樣化趨勢，也為藍牙的發展帶來了新的機會。

同時，藍牙作為無線通信中的一員，藍牙技術還需要與WiFi等其他無線傳輸技術進行競爭，藍牙技術如何在這場競爭中保持優勢，是值得業界所關注的。

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