盘点蓝牙技术的前世今生:从1.0到5.4,蓝牙为何还没被Wi-Fi取代?

手机与摄影 2023-06-27
3834 字丨阅读本文需 9 分钟

如果要说影响我们日常生活最大的两种无线通信技术,那毫无疑问便是WIFI以及蓝牙。近些年来,随着移动设备和智能家居的广泛普及,蓝牙技术也成为了人们生活中不可或缺的一部分。

而蓝牙这个比WIFI更早进入我们生活的存在,却显得有些无声无息。并不是它不重要,相反不论是我们使用的穿戴设备还是各类物联网设备,它都起着至关重要的连接作用。

蓝牙从1.0发展至今到5.3版本,经历了24年的更新迭代,手机、平板、笔记本电脑、无线耳机、车机等等产品上都能见到它的身影。

但是,你知道吗?蓝牙技术并不是新生事物,它的发展历程也十分的漫长。本文将为大家介绍蓝牙技术的前世今生。

1、蓝牙的起源与诞生-「艺术家」与国王的奇妙渊源

看到这个标题,大家伙是不是都会在脑海中有个大大的疑问,为什么一项现代科学技术,怎么会跟国王与艺术家有所关联?

有些时候我们常说,最不可置信的往往有可能就是事实。

先来说说蓝牙产生的核心技术基础。蓝牙的历史实际上要追溯到第二次世界大战。蓝牙的核心是短距离无线电通讯,它的基础来自于跳频扩频(FHSS)技术,由好莱坞女演员Hedy Lamarr和钢琴家George Antheil在1942年8月申请的专利上提出。

他们从钢琴的按键数量上得到启发,通过使用88种不同载波频率的无线电控制鱼雷,由于传输频率是不断跳变的,因此具有一定的保密能力和抗干扰能力。

但是介于当时的时代,也许是对于艺术家研究技术不信任的原因并未受重用(事实上Hedy Lamarr一开始学的就是通信技术),直到20世纪80年代才用于战场上的无线通讯系统。

回到蓝牙技术本身,基于跳频扩频(FHSS)技术,不少通讯商想出了不少的技术方案。蓝牙也正是基于爱立信1994年提出的方案,旨在研究移动电话和其他配件间进行低功耗、低成本无线通信连接的方法。

同时希望为设备间的通讯创造一组统一规则(标准化协议),以解决用户之间移动电子设备互不兼容的问题。

1996年,英特尔、爱立信和诺基亚三家行业领导者开会,计划将这种短距离无线电技术标准化,以支持不同产品和行业之间的连接和协作。

正如很多技术一样,在多行业品牌一起公举大事之前都需要一个统一名称才行。这时候英特尔发挥出了它们一贯以来的取名天赋,该公司代表Jim Kardach提出以公元10世纪丹麦的国王哈洛德·布美塔特(Harald Blåtand)名字作为临时代号。

因为他在欧洲历史上统一了今天的挪威、瑞典和丹麦广大北欧地区,这也正好与“蓝牙”组织寻求统一标准的理念不谋而合。当然面对着爱立信以及诺基亚两大本地通信公司,这里面似乎也有一定讨好的意味在其中。

不过为何国王的名字与现代的蓝牙有关联?其实也简单,丹麦语的Blåtand翻译成英语就是Bluetooth,另一个传说版本就是他喜欢吃蓝莓,然后把牙齿染蓝了的缘故。

后续的蓝牙logo,也正是以弗萨克文的符文组合,将哈洛德国王名字的首字母H和B拼在一起,成为了今天大家熟知的蓝色徽标。

那既然名字有了一个眉头,那接下来就是该逐步进入正轨的时候了。

1998年5月20日,爱立信联合IBM、英特尔、诺基亚及东芝公司等5家著名厂商成立“特别兴趣小组”(Special Interest Group,SIG),即蓝牙技术联盟的前身,同年还推出 0.7 规格,支持 Baseband 与 LMP(Link Manager Protocol)通讯协定两部分。

2、第一代蓝牙:市场逐渐进入无线时代

1999年发布蓝牙1.0版本,确定使用 2.4GHz 频段,传输速率748~810kbit/s。

这个时期,爱立信公司展示了全球第一个蓝牙产品,蓝牙耳机HBH-10。

2001年发布蓝牙1.1版本,正式列入 IEEE 802.15.1 标准,该标准定义了物理层(PHY)和媒体访问控制(MAC)规范,用于设备间的无线连接,传输率为 748~810kbit/s;

可以进行主副设备的区分,支持 Stereo音效的传输要求。

同年世界上第一款可销售的经典蓝牙手机面世——爱立信发布的T39。IBM也在该年推出了集成蓝牙的笔记本电脑IBM ThinkPad A30;

2003年蓝牙1.2版本发布,新增屏蔽设备的硬件地址(BD_ADDR)功能,保护用户免受身份嗅探攻击和跟踪。

采用了AFH自适应跳频技术(Adaptive Frequency Hopping)增强了抗干扰能力,通过新增的Faster Connection 快速连接功能,让设备之间能更快速的连接设置。

同时对音质上也有了一定加强,新增eSCO(Extended Synchronous Connection-Oriented links)延伸同步连结导向信道技术,增强了语音处理,改善了语音连接的品质(可以提高蓝牙耳机的音质)。

有了新技术的加入,同年在蓝牙播放器上也有了新的突破,比如第一款蓝牙MP3——爱国者月光宝盒P08推出。

3、第二代蓝牙:EDR,助力高速传输

2004年蓝牙2.0发布,新增EDR(Enhanced Data Rate)技术,过提高多任务处理和多种蓝牙设备同时运行的能力,使得蓝牙设备的传输率可达3Mbps。

突破单工模式的工作模式,支持双工模式。可以一边进行语音通讯,一边传输文档/高像素图片。同时,EDR 技术通过减少工作负债循环来降低功耗,带宽的增加,也让蓝牙 2.0 增加了连接设备的数量。

这个时期的产品代表,来源于Bluetake公司(现已不存)推出的型号为BT420的蓝牙立体声耳机,带有3.5mm转蓝牙的发送器,真是一个时代的回忆。

2007年发布蓝牙2.1版本,新增了 Sniff Subrating 省电功能,将设备间的信号发送间隔从0.1s延长至0.5s,让蓝牙芯片的负载降低;

新增SSP简易安全配对功能、支持NFC近场通信,传输速率约在 1.8Mbit/s~2.1Mbit/s。

有了出头的BT420的蓝牙立体声耳机,索尼爱立信也在这个时期直接赶上,发布了 Sony Ericsson P910i PDA 手机。

2008年可谓是运用蓝牙进行听高品质音乐的一个标志性时间点,这个时候蓝牙A2DP协议开始普及。

A2DP全名是Advanced Audio Distribution Profile,是蓝牙传输的一种协议。该技术的出现,让蓝牙能够传送更高品质的音频数据,最高可达44.1kHz的清晰度;

同时也让蓝牙耳机发生了由单声道到立体声的转变,这也让用蓝牙耳机听歌变成了可能。而后期我们时常能在耳机参数列表里看到的LDAC、HAW、ATPX HD传输编码,都是遵循着A2DP协议。

4、第三代蓝牙:高速时代的正式来临

2009年蓝牙3.0发布,这一年的蓝牙可谓是进步迅猛。

新增了可选技术 High Speed,使蓝牙调用 802.11 WiFi 用于实现高速数据传输,传输率高达 24Mbps,可轻松实现录像机至高清电视、PC 至 PMP、UMPC 至打印机之间的资料传输,有效传输距离达到10m。

本次版本的更新,其核心来自于AMP(Generic Alternate MAC/PHY),这是一种全新的交替射频技术,允许蓝牙协议栈针对任一任务动态地选择正确射频。

功耗较之上一个版本又有降低,引入了 EPC 增强电源控制技术,再辅以 802.11,实际空闲功耗明显降低。

这个时候的典型产品,应该说是更接近于家用的连通,也就是我们目前都还在常用的蓝牙适配器,直到现在也是可以使用适配器让PS4/5拥有直接连接其他蓝牙耳机/音响设备的功能。

5、第四代蓝牙:低功耗时代

2010年蓝牙4.0发布,正式将三种规格集成一体,最重要的变化就在于 BLE(Bluetooth Low Energy)低功耗功能,提出了低功耗蓝牙、传统蓝牙和高速蓝牙三种模式。

「高速蓝牙」主攻数据交换与传输;「传统蓝牙」则以信息沟通、设备连接为重点;「低功耗蓝牙」 以不需占用太多带宽的设备连接为主,功耗较老版本降低了 90%。

不仅如此,传输距离也有了大幅度的提升,有效传输距离可达60米,最大范围可超过100米。

随着功耗越低,对于手机这类集成较大的产品来说无疑是个好消息,能够大幅度提升手机续航,这个版本最先搭载的就要属我们最熟悉不过的苹果 iPhone 4S 。

智能手机的发展,同时期也推动了一系列相关音频设备的进步,特别是在产品形态上有了更时尚的进化标准——2012年,耳塞式立体声蓝牙耳机出现。2014年真无线耳机Bragi The Dash 开始众筹,2015年TWS真无线耳塞安桥W800BT亮相上市。

2013年V4.1发布,提供LTE的并存支持,可与LTE等最新一代蜂窝技术无缝协作,增加了对路由、网关等协议的支持,满足物联网的应用需求。

2014年4.2版本发布,支持6LoWPAN,6LoWPAN是一种基于IPv6的低速无线个域网标准。蓝牙4.2设备可以直接通过IPv6和6LoWPAN 接入互联网。

6、第四代蓝牙:物联网时代

2016年,有了此前的互联网以及物联网的基础,5.0版本的蓝牙也正式大范围的接入智能家居领域。

相对于上一个版本,5.0支持最高48Mbps传输速度,传输距离增加到300m,在低功耗模式下提供高达2Mbps的传输速度。

加入室内定位辅助功能,结合Wi-Fi可以实现精度小于1米的室内定位。同时Mesh的加入,能够将蓝牙设备作为信号中继站,将数据覆盖到非常大的物理区域,建立「一对一」或「一对多」的微型网络关系。

2019年蓝牙5.1发布,加入了测向功能和厘米级的定位服务,这项功能的加入使得室内的定位会变得更加精准,并且在小物体的位置上也能准确定位避免物品遗失。

2020年蓝牙5.2发布,主要的特性是增强版ATT协议、 LE功耗控制和信号同步,连接更快,更稳定,抗干扰性更好。

其中与我们相关紧密的,还得是LE Audio。不仅支持连接状态及广播状态下的立体声,还将通过一系列的规格调整增强蓝牙音频性能,包括缩小延迟,通过LC3编解码增强音质等,这对于无线耳机的发展来说无疑是好的。

2021年蓝牙5.3版本发布,主要提升在传输效率、安全性、稳定性三个方面:解决5.2版本无法传输低速率数据,加密控制增强,周期性广播增强。

2023年公布了蓝牙5.4版本,主要更新了广播数据加密、广播编码选择、带响应的周期性广播、以及LE GATT 安全级别特征。

进一步增强了蓝牙无线通信技术的安全性、有助于提升蓝牙Mesh网络及基于GATT的各类蓝牙应用的用户体验、并将在新特性的基础上开发全新蓝牙应用规范。

至此,蓝牙从一开始的1.0到如今的5.4版本,在25年的时间里不断更新与提升,从音频传输、图文传输、视频传输,再到以低功耗为主打的物联网数据传输,让我们能够更简便且高效的提高工作与生活效率。

7、为什么Wi-Fi没有替代蓝牙技术呢?

答案很简单,Wi-Fi的一个重要问题就是功耗过高,不适合可穿戴、健身等需要低功耗传输的设备。但对于家用领域,比如无线音箱、视频同步传输等领域,Wi-Fi显然更具优势。类似智能手环这样的设备,使用蓝牙是最为稳妥的方案。

显然,经历了20年的发展,蓝牙技术已经拥有了很多拥趸,同时技术方面又在不断进步。厂商们对蓝牙技术还是呈乐观态度,蓝牙的低成本、高性能、简单及普遍性都是成为厂商亲睐的部分。

同时,蓝牙还有一个值得关注的领域,那就是设备网络,这主要是基于mesh的网络技术推进的,可以在很多智能照明、智能楼宇等工业场景中得到广泛应用,据悉,蓝牙技术联盟还计划在不久的将来推出mesh操作增强功能,让mesh更好地应用到多个领域。

目前,蓝牙技术已经广泛应用于智能手表、智能家居、音频设备等领域。例如蓝牙耳机、蓝牙音箱、蓝牙手环、蓝牙智能门锁等。蓝牙技术的快速发展,使得蓝牙设备的功能及其使用范围更加多样化。同时,蓝牙技术也引领了智能家居,提升了人们生活的便利性和舒适度。

总的来看,蓝牙技术经过几次大的升级和改良后,现在已经成为一种普及且稳定的无线连接技术。在未来,随着物联网的发展以及人们对于智能家居的需求不断增加,蓝牙技术还将继续发挥着重要的作用,为人们的生活带来更多的便捷和想象空间。

文章来源: 电脑顾问助手,绿联影音攻略,中关村在线

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