【技术分享】蓝牙技术的前世今生

原创 ZLG致远电子 2023-08-07 11:36

蓝牙是一种支持设备短距离通信的低功耗、低成本无线电技术。它利用短程无线链路取代专用电缆，便于人们在室内或户外流动操作。那么这种技术为什么叫蓝牙？又历经了怎样的发展？本文将带你了解蓝牙技术的前世今生。

蓝牙的由来

“蓝牙”（Bluetooth）原是一位在10世纪统一丹麦的国王哈拉尔 (HaralBluetooth)，他将当时的瑞典、芬兰与丹麦统一起来。而将“蓝牙”与后来的无线通讯技术标准关联在一起的，是一位来自英特尔的工程师JimKardach。他在一次无线通讯行业会议上，提议将“Bluetooth”作为无线通讯技术标准的名称。用“Bluetooth”名字来命名这种新的技术标准，含有将四分五裂的局面统一起来的意思。

1998年，东芝、爱立信、IBM、Intel和诺基亚共同提出近距离无线数字通信的技术标准。蓝牙标准正式形成。

图1 蓝牙标志

蓝牙技术的变迁史

1. 第一代蓝牙

蓝牙1.0标准：1999年发布，传输速率约在723.1Kbit/s，通信距离约10米，蓝牙1.0存在很多问题，并未得到广泛的应用。
蓝牙1.1标准：2001年发布，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，易受到同频率之间产品干扰，影响通信质量。
蓝牙1.2标准：2003年发布，传输速率748~810Kb/s，增加了抗干扰跳频功能。

2. 第二代蓝牙

蓝牙2.0标准：2004年发布，新增的 EDR（Enhanced Data Rate）技术通过提高多任务处理和多种蓝牙设备同时运行的能力，同时开始支持双工模式。
蓝牙2.1标准：2007年发布，蓝牙技术联盟（Bluetooth SIG）正式批准了蓝牙2.1核心规范，即“蓝牙2.1+EDR”新增了Sniff Subrating省电功能，让蓝牙芯片的工作负载大幅降低。

3. 第三代蓝牙

蓝牙3.0标准：2009年发布，蓝牙技术联盟（Bluetooth SIG）正式颁布了新一代标准规范蓝牙3.0，数据传输率提高到了大约24Mbps。

4. 第四代蓝牙

蓝牙4.0标准：蓝牙4.0是迄今为止第一个蓝牙综合协议规范，将三种规格集成在一起。其中最重要的变化就是 BLE（Bluetooth Low Energy）低功耗功能。从蓝牙4.0协议开始，后面的版本都包含了经典蓝牙和低功耗蓝牙两种模式。
蓝牙4.1标准：2013年发布，提升了连接速度并且更加智能化，同时也提升了传输效率。
蓝牙4.2标准：2014年发布，增强了安全性，改善了数据传输速度，比上一代提高了2.5倍。

5. 第五代蓝牙

蓝牙5.0标准：在低功耗模式下具备更快更远的传输能力，传输速率是蓝牙4.2的两倍（速度上限为2Mbps），有效传输距离是蓝牙4.2的4倍（理论上达300米），数据包容量是蓝牙4.2的8倍。
蓝牙5.1标准：2019年1月发布，新增寻向功能（AOA/AOD），将蓝牙定位的精准度提升到厘米级。
蓝牙5.2标准：2019年12月发布，新增三项主要特性：增强版ATT协议、LE功率控制、LE同步信道，为蓝牙低功耗音频方案提供基础。

广州致远电子股份有限公司推出的ZLG52810系列是一款全新的高吞吐量的蓝牙模块，具有低功耗、小尺寸、低成本等特点。

图2 蓝牙发展历程

蓝牙技术分类

从蓝牙4.0协议开始，后续的版本都包含经典蓝牙和低功耗蓝牙两种版本。经典蓝牙和低功耗蓝牙是两种完全不同的技术，两者不能互相通信。

经典蓝牙（Bluetooth Classic）：即基本速率/增强数据速率蓝牙（简称：BR/EDR），采用自适应跳频方法，在79个通道上传输数据。
低功耗蓝牙（Bluetooth Low Energy）：低功耗蓝牙在蓝牙4.0协议中第一次提出，是为了实现极低功率运行而设计的。该技术采用跳频扩频方法，支持在40个信道上传输数据。

一般来说，经典蓝牙目前主要用于音频，例如无线电话连接、无线耳机和无线扬声器，用于数据量比较大的传输；低功耗蓝牙更常见于可穿戴设备、智能物联网设备、健身监测设备和电池供电的配件（如键盘）。

我们常常听到单模蓝牙和双模蓝牙的说法。其实，单模蓝牙指的就是低功耗蓝牙。而双模蓝牙则是同时支持低功耗蓝牙和经典蓝牙，最常见的就是手机或者笔记本电脑，这些产品既能连接经典蓝牙设备，也能连接低功耗蓝牙设备。