藍(lán)牙技術(shù)的前世今生

藍(lán)牙是一種支持設(shè)備短距離通信的低功耗、低成本無(wú)線電技術(shù)。它利用短程無(wú)線鏈路取代專用電纜，便于人們?cè)谑覂?nèi)或戶外流動(dòng)操作。那么這種技術(shù)為什么叫藍(lán)牙？又歷經(jīng)了怎樣的發(fā)展？本文將帶你了解藍(lán)牙技術(shù)的前世今生。

藍(lán)牙的由來(lái)

“藍(lán)牙”（Bluetooth）原是一位在10世紀(jì)統(tǒng)一丹麥的國(guó)王哈拉爾 (HaralBluetooth)，他將當(dāng)時(shí)的瑞典、芬蘭與丹麥統(tǒng)一起來(lái)。而將“藍(lán)牙”與后來(lái)的無(wú)線通訊技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)關(guān)聯(lián)在一起的，是一位來(lái)自英特爾的工程師JimKardach。他在一次無(wú)線通訊行業(yè)會(huì)議上，提議將“Bluetooth”作為無(wú)線通訊技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的名稱。用“Bluetooth”名字來(lái)命名這種新的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，含有將四分五裂的局面統(tǒng)一起來(lái)的意思。

1998年，東芝、愛(ài)立信、IBM、Intel和諾基亞共同提出近距離無(wú)線數(shù)字通信的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。藍(lán)牙標(biāo)準(zhǔn)正式形成。

圖1 藍(lán)牙標(biāo)志

藍(lán)牙技術(shù)的變遷史

1. 第一代藍(lán)牙

●  藍(lán)牙1.0標(biāo)準(zhǔn)：1999年發(fā)布，傳輸速率約在723.1Kbit/s，通信距離約10米，藍(lán)牙1.0存在很多問(wèn)題，并未得到廣泛的應(yīng)用。

●  藍(lán)牙1.1標(biāo)準(zhǔn)：2001年發(fā)布，正式列入IEEE 802.15.1標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)定義了物理層（PHY）和媒體訪問(wèn)控制（MAC）規(guī)范，用于設(shè)備間的無(wú)線連接，易受到同頻率之間產(chǎn)品干擾，影響通信質(zhì)量。

●  藍(lán)牙1.2標(biāo)準(zhǔn)：2003年發(fā)布，傳輸速率748~810Kb/s，增加了抗干擾跳頻功能。

2. 第二代藍(lán)牙

●  藍(lán)牙2.0標(biāo)準(zhǔn)：2004年發(fā)布，新增的 EDR（Enhanced Data Rate）技術(shù)通過(guò)提高多任務(wù)處理和多種藍(lán)牙設(shè)備同時(shí)運(yùn)行的能力，同時(shí)開(kāi)始支持雙工模式。

●  藍(lán)牙2.1標(biāo)準(zhǔn)：2007年發(fā)布，藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟（Bluetooth SIG）正式批準(zhǔn)了藍(lán)牙2.1核心規(guī)范，即“藍(lán)牙2.1+EDR”新增了Sniff Subrating省電功能，讓藍(lán)牙芯片的工作負(fù)載大幅降低。

3. 第三代藍(lán)牙

●  藍(lán)牙3.0標(biāo)準(zhǔn)：2009年發(fā)布，藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟（Bluetooth SIG）正式頒布了新一代標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范藍(lán)牙3.0，數(shù)據(jù)傳輸率提高到了大約24Mbps。

4. 第四代藍(lán)牙

●  藍(lán)牙4.0標(biāo)準(zhǔn)：藍(lán)牙4.0是迄今為止第一個(gè)藍(lán)牙綜合協(xié)議規(guī)范，將三種規(guī)格集成在一起。其中最重要的變化就是 BLE（Bluetooth Low Energy）低功耗功能。從藍(lán)牙4.0協(xié)議開(kāi)始，后面的版本都包含了經(jīng)典藍(lán)牙和低功耗藍(lán)牙兩種模式。

●  藍(lán)牙4.1標(biāo)準(zhǔn)：2013年發(fā)布，提升了連接速度并且更加智能化，同時(shí)也提升了傳輸效率。

●  藍(lán)牙4.2標(biāo)準(zhǔn)：2014年發(fā)布，增強(qiáng)了安全性，改善了數(shù)據(jù)傳輸速度，比上一代提高了2.5倍。

5. 第五代藍(lán)牙

●  藍(lán)牙5.0標(biāo)準(zhǔn)：在低功耗模式下具備更快更遠(yuǎn)的傳輸能力，傳輸速率是藍(lán)牙4.2的兩倍（速度上限為2Mbps），有效傳輸距離是藍(lán)牙4.2的4倍（理論上達(dá)300米），數(shù)據(jù)包容量是藍(lán)牙4.2的8倍。

●  藍(lán)牙5.1標(biāo)準(zhǔn)：2019年1月發(fā)布，新增尋向功能（AOA/AOD），將藍(lán)牙定位的精準(zhǔn)度提升到厘米級(jí)。

●  藍(lán)牙5.2標(biāo)準(zhǔn)：2019年12月發(fā)布，新增三項(xiàng)主要特性：增強(qiáng)版ATT協(xié)議、LE功率控制、LE同步信道，為藍(lán)牙低功耗音頻方案提供基礎(chǔ)。

圖2 藍(lán)牙發(fā)展歷程

藍(lán)牙技術(shù)分類

從藍(lán)牙4.0協(xié)議開(kāi)始，后續(xù)的版本都包含經(jīng)典藍(lán)牙和低功耗藍(lán)牙兩種版本。經(jīng)典藍(lán)牙和低功耗藍(lán)牙是兩種完全不同的技術(shù)，兩者不能互相通信。

●  經(jīng)典藍(lán)牙（Bluetooth Classic）：即基本速率/增強(qiáng)數(shù)據(jù)速率藍(lán)牙（簡(jiǎn)稱：BR/EDR），采用自適應(yīng)跳頻方法，在79個(gè)通道上傳輸數(shù)據(jù)。

●  低功耗藍(lán)牙（Bluetooth Low Energy）：低功耗藍(lán)牙在藍(lán)牙4.0協(xié)議中第一次提出，是為了實(shí)現(xiàn)極低功率運(yùn)行而設(shè)計(jì)的。該技術(shù)采用跳頻擴(kuò)頻方法，支持在40個(gè)信道上傳輸數(shù)據(jù)。

一般來(lái)說(shuō)，經(jīng)典藍(lán)牙目前主要用于音頻，例如無(wú)線電話連接、無(wú)線耳機(jī)和無(wú)線揚(yáng)聲器，用于數(shù)據(jù)量比較大的傳輸；低功耗藍(lán)牙更常見(jiàn)于可穿戴設(shè)備、智能物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備、健身監(jiān)測(cè)設(shè)備和電池供電的配件（如鍵盤）。

我們常常聽(tīng)到單模藍(lán)牙和雙模藍(lán)牙的說(shuō)法。其實(shí)，單模藍(lán)牙指的就是低功耗藍(lán)牙。而雙模藍(lán)牙則是同時(shí)支持低功耗藍(lán)牙和經(jīng)典藍(lán)牙，最常見(jiàn)的就是手機(jī)或者筆記本電腦，這些產(chǎn)品既能連接經(jīng)典藍(lán)牙設(shè)備，也能連接低功耗藍(lán)牙設(shè)備。

圖3 低功耗藍(lán)牙VS經(jīng)典藍(lán)牙