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,這項技術于1942 年8月被申請爲專利。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技術才被軍方用于戰場上的無線通訊系統。而後,FHSS技術下沉到大衆市場,也影響到了藍牙、WiFi等無線技術的發展。
時移世易,當初以FHSS爲基礎的藍牙技術也發生了巨大的變化——其標准從藍牙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,藍牙到底改變了什麽?
藍牙技術的起源
藍牙技術最早可以追溯至1994年,當初,愛立信投身于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准之一,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産廠家于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(稱爲主通道)和第二通道(稱爲副通道)。RS-232采用的是點對點連接,通常一個串口只能連接一個外設。而采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,藍牙技術被視爲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制造商,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准。在這當中,關于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,但關于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,在當時的互聯網搜索引擎中已經擁有很高的流量,因此,商標搜索沒通過。英特爾的Jim Kardach建議使用藍牙作爲臨時代號。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和蜂窩産業結合在一起一樣。”
0.7版是藍牙的首個標准版本,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。
藍牙標准的演進推動終端應用變化
在這股藍牙的熱潮之下,藍牙標准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,因爲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采用的原因之一。直到2001年,藍牙1.1才做爲首個正式商用的版本開始面向市場。該版藍牙標准也被正式列入IEEE標准,也被稱爲IEEE 802.15.1。同年,SIG成員公司超過2000家。
過了幾年之後,藍牙成爲了電子産品的必備功能,其售價也因技術的成熟而大幅下降。爲了擴寬藍牙的應用層面和傳輸速度,SIG于2003和2004年先後推出了1.2(該版本爲了解決容易受幹擾的問題,加上了抗幹擾跳頻功能)、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的技術標准,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,主要應用于立體聲耳機)、AVRCP(A/V Remote Control Profile)等。Bluetooth 2.0將傳輸率提升至2Mbps、3Mbps,遠大于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,讓手機實現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,采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,實際空閑功耗明顯降低。這一特性還添加了閉環功率控制,意味著RSSI過濾可于收到回複的同時展開。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、設備連接爲重點;藍牙低功耗顧名思義,以不需占用太多帶寬的設備連接爲主。前身其實是NOKIA開發的Wibree技術,本是作爲一項專爲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爲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、從而實現更廣泛的應用模式,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,也爲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,其目的是爲了讓 Bluetooth Smart技術最終成爲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實現創新。通過藍牙4.1版本,使得支持該標准的耳機、手表、鍵鼠,可以不用通過 PC、平板、手機等數據樞紐,實現自主收發數據。例如智能手表和計步器可以繞過智能手機,直接實現對話。2014年,SIG又更新了藍牙標准,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連接網絡。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,大部分智能家居産品可以抛棄相對複雜的 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,藍牙標准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,不互相幹擾。2019年,SIG又推出了藍牙5.1,新增尋向功能,將藍牙定位的精准度提升到厘米級,功耗更低、傳輸更快、距離更遠、定位更精准。伴隨著藍牙5.1標准的推出,也讓業界看到了將藍牙技術應用于室內定位的前景,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系列標准以外,藍牙技術聯盟于2017年7月正式宣布,藍牙技術開始全面支持Mesh網狀網絡,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絡覆蓋的通信能力,適用于樓宇自動化、無線傳感器網絡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,該領域也被視爲是藍牙未來發展的又一方向。在2018年的國際消費電子展上,阿裏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。
藍牙新標准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准——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,有業內人士認爲,LE Audio藍牙標准將再次對終端應用産生重大影響。
衆所周知,此前傳統藍牙耳機沒有得到廣泛的使用,是因爲其音質和續航時間並不令人滿意。而采用了LE Audio藍牙標准的TWS耳機,可以在低能耗下實現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藍牙標准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,它將爲開發人員帶來巨大的靈活性,使他們能夠在關鍵産品屬性(例如音頻質量和功耗)之間進行更好的設計折衷。據相關報道顯示,LC3的質量提高了三倍,傳輸音頻時的能耗卻降低了三倍。
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,演變成爲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産品影響巨大。伴隨著近幾年來,終端産品的多樣化趨勢,也爲藍牙的發展帶來了新的機會。
同時,藍牙作爲無線通信中的一員,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。