蓝牙 - 技术演变史

蓝牙是移动、音频和其他生态系统中的一项关键技术。以下介绍了蓝牙技术的变迁之旅。

几乎可以肯定的是，如今蓝牙技术是你移动体验的一个常规部分。它涵盖了无线耳机和扬声器的音频、游戏控制器和键盘的配对、互联网连接的共享，甚至偶尔在空中传输文件，等等。这是一个每年都会变得更加有用的功能，考虑到它在20多年前创建时的使用范围相对有限，这一点非常了不起。

蓝牙标准最初是由爱立信的Jaap Haartsen博士在1994年构思的。它是以一位著名的维京人和国王命名的，他在10世纪统一了丹麦和挪威。当时，它旨在通过使用2.4-2.485GHz之间的短程超高频无线电波来取代RS-232电信电缆，这是一个在1960年设计的更为古老的标准。尽管这占据了与Wi-Fi非常相似的频率，但蓝牙一直被设计成一个更短的范围和更低的功率的替代品。

蓝牙早在1994年就被发明了，但第一款蓝牙手机直到2001年才上架销售。

1988年，蓝牙特别兴趣小组（SIG）成立，该小组至今仍在发布和推广该标准及其后续的修订。蓝牙技术小组最初只包括爱立信、IBM、英特尔、诺基亚和东芝，但在第一年年底就达到了4000名成员。现在，该集团包含了超过30,000家具有不同影响力的成员公司。

第一个消费领域蓝牙产品于1999年推出。这是一款免提移动耳机，为该技术在COMDEX上赢得了 "最佳技术展示奖"。蓝牙1.0规范也在这一年正式推出，推动了2000年第一批有蓝牙功能的电子器件出现，包括芯片组、加密狗、鼠标、无线PC卡和手机。第一款蓝牙手机是索尼爱立信T36，但真正在2001年上架的是修订后的T39型号。它为客户提供了一个101 x 54的黑白液晶显示屏，三频GSM连接，WAP互联网，以及足以存储1000个联系人的内存。是一个精心设计的产品。

早期标准

一出场，蓝牙1.0就被配备了多种用途。RS-232标准被广泛用作计算机的串行端口，满足互联网调制解调器、打印机、鼠标、数据存储和许多其他外围设备的需要。作为被建议的替代品，蓝牙被设计成一个灵活的基于数据包的协议，具有广泛的配置文件选择，以适应这些应用和更多其他功能。RS-232对于物理连接来说也相当耗电，所以蓝牙被设计为需要更少的功耗。

第一个版本也不是没有问题。由于强制性的地址广播，匿名性是一个问题。连接问题也很多。1.0规格提供的峰值数据速度只有721 kbps，连接不能超过10米。一旦你考虑到现实世界的性能、更远距离的连接质量和相当大的数据包的包头，应用的实际数据速率就会明显变慢。该标准最初为无线语音和耳机、拨号网络、传真和文件传输提供配置文件。

现代消费者的使用情况

从早期到现在，蓝牙的使用情况已经大大扩展。它是移动和控制台游戏控制器的基石，是现代智能家居设备、健身追踪器和对工业应用越来越有用的网状网络的关键组件。这只是其中的几个例子。今天，支持的配置范围比以往任何时候都要广泛，而且名单还在不断扩大。

蓝牙在现代产品中最常见的用途可能是音频，但最初的标准从没为接近全带宽的音乐而设计。721Kbps对于一个好的语音压缩编解码器来说是足够的，即使你考虑数据包头的开销和距离越来越远的实际速度下降，但这样有限的带宽不可能满足今天接近Hi-Res的音频，甚至当时的CD质量。

蓝牙最初的构想是考虑到无线语音通话，而不是高质量的流媒体音乐。

A2DP配置文件的引入强制要求在蓝牙音频中使用SBC音频编解码器。然而，该标准有着音质不靠谱的名声。第三方蓝牙音频编解码器的介入，如高通的aptX和索尼的LDAC，填补了音频质量的空白。使用更高的比特率和更好的压缩方法来提高音频质量。

蓝牙技术联盟最终在2020年公布了捆绑在蓝牙5.2中的LC3编解码器和LE音频协议，改善了核心规范的音频质量。LE音频对助听器、广播音频和高清语音通话也有影响。尽管对LC3音频质量和采用情况还没有定论，我们也在等待产品进一步在市场中渗透。

蓝牙标准各个版本的对比

自1999年以来，蓝牙规范经历了多次修订，以改善标准的数据速度和连接质量、功能集合，并帮助适应所有这些新的用例和市场。最近，蓝牙技术联盟一直专注于音频、网状网络、低功耗配置文件和物联网的长距离通信。总之，该标准比以往任何时候都更快、更安全，功能也更多。

即便如此，蓝牙的核心功能从未被彻底改造过，以尽可能保持平台的向后兼容。相反，每一次迭代都会在现有功能的基础上增加新的功能，有些是可选的。

规范中最值得注意的可选功能包括自2.0版的高达3Mbps的增强数据速率(EDR Enhanced Data Rate)，3.0版的通过蓝牙配使用Wi-Fi的高速传输，以及自4.0版以来引入的低功耗。蓝牙5.0引入了可屏蔽插槽(Slot Available Masking)功能，通过调度数据传输来减少和4G LTE之间的干扰。下表显示了这些主要功能的引入时间，以及典型用例中的速度和通信范围是如何随时间演变的。

	Data Transfer Speed	Typical Max Range	Key New Features
Bluetooth 1.0 (1999)	0.7 Mbps	~10m (33 ft)
Bluetooth 2.0 (2004)	1 Mbps core 3 Mbps with EDR	~30m (100 ft)	Enhanced Data Rate (EDR) Secure Simple Pairing (BT 2.1)
Bluetooth 3.0 (2009)	3 Mbps with EDR (24 Mbps over HS 802.11 link)	~30m (100 ft)	High Speed (HS) L2CAP Enhanced Modes Enhanced Power Control
Bluetooth 4.0 (2013)	3 Mbps with EDR 1 Mbps Low Energy	~60m (200 ft)	Low Energy (BLE) Core Specification Addenda 1-4 (BT 4.1) IoT features (BT 4.2)
Bluetooth 5 (2017)	3 Mbps with EDR 2 Mbps Low Energy	~240m (800 ft)	Slot Available Masking (SAM) LE Long Range Core Specification Addenda 6 (BT 5.1) LE Audio (BT 5.2)

虽然这些变化很重要，但仅这些标准并不是一目了然地了解蓝牙的现代能力和类别的最佳方式。自4.0版本以来，该标准不是以单一的路径发展，而是分成了低功耗和经典部分。低功耗是为间歇式通信量身定做的，如健身追踪器和物联网产品所使用的。经典版继续为需要持续连接的产品提供更高的数据速率，如你的耳机。

最新的蓝牙5修订版继续沿着这条道路前进，将其对经典和低功耗的改进分开。这次更新把重点放在提高距离和数据传输速率上，在使用低功耗和远距离通信选项时。还有同样广泛的无线电功率选择，提供从非常短到超过100米的范围，而且这些并不锁定在任何特定的标准上。下表较好地说明了今天蓝牙标准的制定情况。

	Low Energy(LE)	Classic Basic Rate & EDR
Channels	40 channels with 2 MHz spacing	79 channels with 1 MHz spacing
Data Rate	BLE 5: 2 Mbps BLE 4.2: 1 Mbps BLE 5 Long Range (S=2): 500 Mbps BLE 5 Long Range (S=8): 125 Mbps	EDR (8DPSK): 3 Mbps EDR (π/4 DQPSK): 2 Mbps Basic Data Rate: 1 Mbps
Power & Radio Profiles	Class 1: 100 mW (+20 dBm) Class 1.5: 10 mW (+10 dbm) Class 2: 2.5 mW (+4 dBm) Class 3: 1 mW (0 dBm)	Class 1: 100 mW (+20 dBm) Class 2: 2.5 mW (+4 dBm) Class 3: 1 mW (0 dBm)
Power Consumption	~0.01x to 0.5x of Classic	Based on radio class.
Network Topologies	Point-to-Point (including piconet) Broadcast Mesh	Point-to-Point (including piconet)

蓝牙仍然是一项核心技术

蓝牙已经从老式RS-232电缆的无线替代品发展成为一个成熟的、意义深远的独立标准。它迎合了从文件共享和设备配对，到无线音乐和工业应用的一切需求。

今天，该标准也许正面临着最大的分叉，其双重重点是保留向后的兼容性，同时也为越来越低能耗的物联网设备和广泛的通信网状网络提供动力。这绝对不是最初的规范所设想的。同时，像NFC和UWB这样的技术已经侵占了蓝牙的一些传统用例。

尽管有其局限性，这种特殊的无线标准的灵活性一直是其最大的资产。与专有和破损的标准相比，一项涵盖如此多的使用情况的技术是非常宝贵的。蓝牙不仅在智能手机中，而且在无数的技术市场中都将保持一个关键的驱动因素。对于近30年前开发到现在的东西来说，做的还不错。

参考；

A little history of Bluetooth: Everything you need to know

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