蓝牙技术长盛不衰的“秘密”！

如今生活中我们已经基本离不开电子产品，而大多数电子产品，只要能够进行联网的设备，大多都会采用三种连接方式，蜂窝网络、Wi-Fi、蓝牙。而BLE作为蓝牙的低功耗技术，如今也广泛应用在了许多场景当中。
 
而这两年由于受到了疫情的影响，让人们的生活习惯也随着发生了一定的改变，对于蓝牙市场而言也造成了一定的影响。蓝牙技术联盟便在此前表示过，2020年蓝牙市场发展减缓，在汽车以及智能手机等特定市场的出货量有所下降，但在无线鼠标、键盘等居家办公用品，以及穿戴式健康监测装置领域，蓝牙产品的出货量是上升的。蓝牙联盟预计，在疫情结束后，蓝牙出货量将恢复增长。
 

蓝牙技术将重新进入蓝海市场

从1994年技术蓝牙被发明以来，旨在研究移动电话与其它配件间进行低功耗、低成本无线通信连接的方法，打造设备间无线通讯创造标准化协议，解决用户间互不兼容的移动电子设备通信问题，可以认为蓝牙陪伴着近代移动通讯市场的成长。
 
发展将近三十年的蓝牙市场已经较为成熟，但近两年受到疫情的影响，市场已经产生了一定的改变。谋思科技（Atmosic Technologies）首席执行官David Su 认为，尽管受新冠肺炎疫情影响，但无线耳机、无线鼠标、键盘、可穿戴健康监测设备等消费类设备的出货量仍保持上升趋势，Atmosic也认为这种趋势将持续下去。

图源：Atmosic

 
据根据研究机构ABI的最新统计，在全球范围内，包括传感器和数据传输在内的消费品和家居用品的市场份额已经超过10亿美元，这也是Atmosic的目标市场。
 
富芮坤微电子副总裁牛钊表示，尽管大多数企业都受到了一些挑战，但从整体市场来看，不论是富芮坤亦或是市场头部几家蓝牙原厂的销售业绩都有快速的提升。这里包括传统的TWS耳机市场，以及目前的可穿戴应用领域，如智能手表市场存量已经过亿，增速极快。
 
此外，还包括智能定位市场，也看到具有增长的势头，但相对而言并没有其他领域这么明显。一方面定位功能在过去便已经存在，如今不过是精度要求更高，另一方面市场还未出现迫切的需求，富芮坤正在密切跟踪当中。
 
成熟的市场想要发现新的增长，除了市场的改变以外还需要技术的革新。磐启微电子市场&研发总监杨岳明在接受电子发烧友采访时表示，以往固有市场的竞争已经趋于白热化，但是随着蓝牙技术迈入5.0时代，蓝牙技术又将进入一片蓝海市场。
 
磐启微电子关注长期关注蓝牙市场，投入了大量的人力物力对蓝牙技术进行研究，目前BLE5.1芯片即将量产。同时，磐启微电子也是国内首家开发出BLE-AOA高精度室内定位系统的公司。磐启微电子认为，蓝牙仍旧是未来物联网时代不可或缺的一部分，仍然就有很广阔的发展前景。
 

定位需求凸显，选BLE还是UWB？

随着智能设备的增多，室内定位也成为了下一个可以快速增长的市场，据Market&Markets的调查数据显示，未来几年，室内定位的全球市场将以42.0%的年复合成长率增长，市场规模预计从2017年的71亿1000万美元扩大到2022年的409亿9000万美元。而蓝牙技术整体进入5.1时代，让BLE具备了Mesh组网及定位功能。
 
而在各色各样的定位技术中，唯有BLE-AOA以及UWB能实现高精度的室内定位。牛钊表示，UWB功能在许多旗舰手机中便已经集成，而UWB的主要应用领域为两方面，一个是传输高数据量，另一个则是定位，这是从其自身带宽所决定的。

图源：富芮坤

 
但UWB在高速的数据传输领域中基本没有什么落地应用场景，因此大多应用场景只集中在室内定位场景当中。从原理来看，UWB由于高带宽的特性，因此可以在这个区间做出较好的定位功能。
 
当然，相比UWB，BLE的定位也具备一些优势。杨岳明介绍到，相比UWB，BLE-AOA兼容BLE5.1协议，具有广阔的生态空间；适合于包括手机在内的各种智能终端及物联网设备，功耗不到UWB系统的1/10；采样普通的蓝牙芯片或兼容蓝牙广播包的2.4GHz芯片便可搭建（或普通手机），BLE芯片成本不足UWB芯片的1/10；工作在全球通用的2.4GHz ISM免费频段，适应性强，国内蓝牙芯片供应商众多，相对于UWB芯片（DecaWave为主），完全自主可控。
 
不过牛钊表示，蓝牙的AOA功能也有落地困难的地方，它非常依赖于天线的硬件以及外围的空间建模，而这些需要方案商提供相应的解决方案。因此更容易落地的场景，或许是通过UWB与蓝牙AOA相互结合来实现。

 
让BLE功耗做到更低

功耗低是BLE的特点，而移动智能设备对功耗具有很高的要求，因此在很多场景下两者具备较高的契合度。但是想要实现低功耗，或许将不得不牺牲产品的性能，这就需要厂商在性能与功耗之间去寻找平衡。
 
杨岳明表示，性能与功耗的平衡需要看产品本身的应用定位，不同的方向对性能和功耗的要求都不一样，此外，还要详细分析应用场景具体需求，最后根据指标需求来设计产品，将功耗做低。
 
如磐启微电子BLE产品主要针对AoA/AoD室内定位、灯控、标签、键鼠等行业应用。性能，尤其是MCU性能要求相对不高，所以主要以牺牲MCU性能的方式来达到省动态功耗的目的。当然也还会采取其他办法以节约静态功耗。
 
Atmosic则在设计中采用了多维动态调整技术，以降低SoC的整体功耗。与传统的亚阈值技术不同，多维动态调整技术不仅仅关注电压，而是通盘考虑电流、电阻、电容、频率等各种参数，并根据SoC的状态进行优化，以实现低有功功率。Atmosic还设计了多种SoC功能块，以降低待机/休眠功耗。
 
富芮坤在进行BLE芯片设计时，主要考虑到未来智能家居的组网场景。蓝牙联盟发布了Mesh协议解决了组网的问题，但Mesh组网有一个缺点，即功耗较大，达到毫安级别，这主要由于Mesh处在广播模式下。

图源：富芮坤

 
而富芮坤的BLE芯片本身可以支持蓝牙多连接，在此基础上，设计了一套多连接组网，为用户带来较好的使用体验。这种组网有三大特点，一个是通过蓝牙键连接方式去连接节点，而非使用广播模式；二是大数据吞吐率，对大数据传输的支持较好；三是低功耗，过去BLE组网每个节点都处于数据收发状态，而富芮坤的方案可以让上面的根节点处于收发状态，而下面的普通节点只有接受的状态，这是用于一些智能门锁、传感器等应用场景，因此终端节点的平均电流仅为百微安左右，未来也会进一步的降低。

 
BLE抗干扰的几种解决方案

随着当前市场联网设备越来越多，导致信号传输环境更加复杂，这对于蓝牙传输的稳定性及可靠性都提出了不小的挑战。尤其在一些如机场、火车站、商场等人流密集的场景，环境中还充斥着功率强劲的Wi-Fi信号，而蓝牙与Wi-Fi均处于2.4GHz频段，互相之间可能产生强烈干扰，导致蓝牙断流情况的发生。
 
对此，杨岳明认为，干扰是不可避免的，这主要有同频干扰和临频干扰之分。在芯片层面上，对于同频干扰主要靠改善解调门限，这种改善一般都比较有限，对于邻频干扰主要靠改善滤波器的滤波性能。在协议和应用层面上，更多的也是靠这个，采取跳频、信道侦听、重传、加大功率等方式来提升用户体验。
 
牛钊表示，想要解决干扰问题，可以从几方面入手。一个是如TWS耳机可以增加发射功率，当耳机靠近手机时，增强信号解决断流问题，另一个则是采用跳频机制。还可以通过降低速率还解决断流问题，在智能家居及物联网应用当中，其传输数据量相对音频而言较低，因此可以降低速率提升抗干扰性以及提高传输的成功率。
 
David Su表示，蓝牙技术已经包含了自适应跳频功能，当WiFi和蓝牙在不同的设备中时，这种功能就能见效。除此之外，当蓝牙和WiFi在同一个设备中时，还有一个行业标准可在两种解决方案之间进行调和，即俗称的蓝牙WiFi共存功能。Atmosic既支持自适应跳频功能也支持蓝牙、WiFi共存功能。
 

BLE市场 唯快不破

蓝牙市场发展数十年，想要切入一个成熟市场，成本是其中关键的一环，而芯片开发成本及芯片应用方案整体成本也决定BLE厂商能否快速打开市场。此外，当前市场正处于半导体元供应紧缺的状态，企业又该如何去发展，也成为思考的重点。
 
杨岳明表示，由于目前BLE市场选择众多，在众多的BLE厂家中脱颖而出，最重要一条是快。确定好目标客户，目标产品形态，以最快的速度做出来，并有自己的特色，且价格可接受，这样是比较容易成功进入市场的。
 
牛钊认为，这需要根据市场及应用来考量芯片的成本是否达到预期，即是说成本不一定越低越好，重要的是做出符合某个应用或者市场特定场景的高性价比芯片。
 
针对BLE市场，David Su认为，BLE因传输距离远、功耗低等特点，将在物联网应用中越来越广泛地使用。Atmosic未来也将继续推动永久续航或无电池无线互联设备的发展，Atmosic拥有一个数十年低功率无线SoC设计经验的团队，目前专注于蓝牙市场，但以这个团队为基础，Atmosic将视未来市场发展情况，适时考虑其他连接技术。
 
而今年一个大的行情便是半导体供应紧缺，牛钊表示，许多国外友商产品交期已经达到了40周，因此客户最关心的是供货，在供应有保证的情况下，再来看芯片是否满足最低要求，然后再看产品价格。有意思的是，今年基本没有客户硬性要求低价，只需要满足供应及性能上的保障。
 
这对于企业而言是一个很好的机会，只需要企业能够快速的将产品开发完成，就能够获得一定的订单。磐启微方面也将保持以芯片研发为主的发展路线，同时在部分技术含量和研发门槛较高的领域，如BLE-AOA高精度室内定位领域，发布相关turnkey，加快客户的研发进度，加速产业落地。
 
当然，牛钊也表示，这对于企业而言也提出了更高的要求，与国外大厂芯片相比，国内厂商产品、性能、稳定交货的成功率都有很大的挑战。目前来看，国内企业还处于一个追赶的步伐，但如今的市场也是企业追赶的良机。

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