蓝牙的5个迭代与发展趋势

随着智能设备蓬勃发展，设备之间的通讯互联成为另一种「沟通」日常。在「智能化」与「无线化」趋势下，让各种设备在或长或短的距离之间交换资料以形成个人区域网路（PAN）的无线通讯技术标准扮演吃重角色，其中，智能生活最常接触的无线网路运用之一就是蓝牙（Bluetooth）。

蓝牙的5个迭代与发展趋势

传统蓝牙的传输速度约1-3Mbps，传输距离约10公尺或100公尺；高速蓝牙（Bluetooth HS）的传输速度最高可达24Mbps，为传统蓝牙的8倍；低功耗蓝牙BLE（Bluetooth Low Energy，或称Bluetooth Smart）的传输距离约30公尺，传输速度为1Mbps。不同蓝牙版本的主要区别在于数据传输速率。

翻开蓝牙发展史，1999年公布的第一代蓝牙1.0版传输率约为748-810kb/s，容易受同频率之间类似通信产品的干扰，通讯品质易受影响，而且不同品牌间无法兼容，使用上较为不便，连结过程还可能泄漏资料，安全性有待强化。改进后的蓝牙1.2配对速度变得更快，具有自适应跳频功能，可阻止蓝牙干扰其他无线技术。

第二代蓝牙加入非跳跃窄频通道（Non-hopping narrowband channel）技术，可以将蓝牙讯号和资料传送至多个设备。以蓝牙2.1版来说，不仅安全性提升，也扩展了查询响应（EIR）及配对功能。2.1版加入Sniff Subtracting功能，可以设定2个设备之间互相确认讯号的发送间隔以节省功耗。第三代蓝牙3.0版的高速模式允许以高达802.11Mbps的速度传输数据，新增可选技术High Speed，可以调用Wi-Fi进行高速传输，传输率达24Mbps，是蓝牙2.0的8倍，而且功耗更低。

随着手机、游戏、笔电、汽车等传统应用逐步朝物联网、医疗、穿戴式设备等领域扩展，对于蓝牙的低功耗要求也越来越高。第四代4.0版本强化了蓝牙在数据传输上的低功耗性能，最重要的特性是省电，还加入低成本、跨厂商操作性、3毫秒低延迟、AES-128加密等特色，汇集三种规格：传统蓝牙技术、高速技术与低耗能技术，功耗较旧版本降低约90%，传输距离大幅提升至50公尺甚至100公尺。第四代蓝牙可以广泛应用于计步器、智能仪表、传感器（物联网）、心律监视器等产品，横跨医疗保健、运动、家庭娱乐、安全等领域，而且同时支持双模式和单模式。

2016年发布的第五代蓝牙5.0频宽具有2Mbps的「高速」模式，以及125kbs或500kbps的「长距离」模式，发射及接收设备之间的有效工作距离可达300公尺，而且电池寿命更长，可以支援室内定位及导航等功能，若结合Wi-Fi可实现精度小于1公尺的室内定位。

蓝牙5.0可以增加更多数据传输功能以及更复杂的连接系统（如Beacon或位置服务），因此，透过蓝牙设备发送的数据或讯息无须配对即可发送至目标设备。Sony Xperia XZ Premium是率先使用蓝牙第五代技术的手机。

第四及第五代蓝牙版本都属于低功耗，而蓝牙技术从4.2到5.0都在持续改善物联网的连接性与体验性，至于传输距离，第五代的300公尺较第四代的50-100公尺增加了约6倍，最大传输速度则升级到48Mbps。低功耗蓝牙（LE）除了适合应用于环境物联网，也适合无线滑鼠等电脑周边、医疗设备、运动健身设备、工业监测感测器、家庭自动化、远程控制、公共交通、定位等应用。

进一步解析第五代蓝牙版本，2019年公布的蓝牙5.1是第一个支持Mesh结构的版本，同时增加定位功能，采用蓝牙5.1版本的设备不仅可以识别附近设备，还可以透过到达角（AoA）和出发角（AoD）取得设备方向，方便使用者透过蓝牙找到耳机，同时可以快速连接设备，降低耗能。2020年公布的蓝牙5.2已加入LE Audio技术，以Bluetooth Low Energy运行，采用新开发的LC3（Low Complexity Communication Codec）编码，耳机可以连接多个音讯，或者多组耳机分享同一音讯。

至于2021年公布的蓝牙5.3版本引进LE Coded PHY，传输距离更远，数据速率则提高至2Mbps，传输距离为5.0的4倍，工作距离达300公尺，穿墙能力更优秀，而且新增低速率模式、周期性广播增强功能，由于传输的数据包不同，有助降低传输过程中的信号损耗，更适合与物联网（如智能灯泡、智能手表或手环）连结。此外，蓝牙5.3可以确定加密密钥的大小，以便与另一台设备连接，但如果周遭的设备无法提供安全保证，设备将无法连接。

2020年公布的LE Audio技术标准透过LC3编解码技术达到低功耗、音讯更佳的效果，而且纳入音讯共享功能，更针对听障者使用的助听器等设备增加更好连接使用的特性，同时支援Auracast广播音讯。使用者可以透过Auracast广播音讯在公共环境中取消电视静音。比方酒吧中有多台静音电视萤幕同时播放各种体育赛事，使用者可以透过智能手机的Auracast应用程式选择自己喜欢的电视，透过Auracast相容耳塞收听，或者切换到另一台电视音讯，切换过程不会出现延迟。支援Auracast的耳塞和一部配备Auracast应用程式的智能手机，可以在使用环境中扫描、加入和收听Auracast广播。

蓝牙设备出货量稳定上升低功耗与低延迟为核心

蓝牙技术联盟（Bluetooth SIG）发布的《2023年蓝牙市场趋势报告》指出，蓝牙设备出货量稳定上升，预计2027年将达76亿件，年复合成长率达9%。蓝牙技术联盟也公布了LE Audio及Bluetooth LE技术的未来趋势：更大传输频宽、支援5GHz或6GHz频段，以及位置资讯更精准。

此外，SIG已与Sony、Bose、OPPO、Qualcomm、NXP、Ericsson等多家业者合作，共同为游戏应用打造Gaming Audio Profile 1.0（GAP 1.0）技术标准，声音输出更快，直播过程延迟时间更短，大幅提高使用者体验。英特尔（Intel）已经拥有蓝牙LE音讯相容产品，并针对Auracast广播音讯进行概念验证（POC） 。

事实上，蓝牙5.2版已经迎来三大技术更新，第一项技术更新是EATT（Enhanced Attribute Protocol）增强属性协议，蓝牙讯号可以更密集的传输，而且还进一步降低整体延迟、强化讯号加密性，以及提高传输讯号的安全性；第二项技术更新是LE同步传输通道（LE Isochronous Channels），透过蓝牙低功率音讯（LE Audio）讯号传输与时间同步，可以确保一对多音讯传输时，每个接收设备之间的音乐同步；第三项技术更新是低功耗蓝牙功率控制（LE Power Control），能透过动态调整的方式，提高设备的省电性以及连线的稳定度。

蓝牙广播音讯功能（Auracast）是一种一对多的蓝牙连线，类似传统的无线电广播。相容的蓝牙设备可以随时收听或取消收听广播，无需进行配对。由于蓝牙5.2已将LE Audio功能纳入核心低功耗规范，因此，蓝牙5.2开始就具备支援LE Audio规范的蓝牙广播音讯功能。使用者可以透过蓝牙广播音讯功能建立私人连线，比方将笔电或手机音讯共享到多个蓝牙耳机，这样的连线受密码保护，一如透过手机建立Wi-Fi热点的应用。

综上所述，不难看出蓝牙经过五个迭代后，相关技术正朝以下趋势迈进：

 

短距离无线通讯三强比拼

除了蓝牙，短距离无线传输还包含Wi-Fi、ZigBee、近场通讯（NFC）、RFID、超宽频（UWB）等技术。以无线通讯三强Wi-Fi、蓝牙和ZigBee来说，各有优缺点及适合的应用场域。

Wi-Fi

Wi-Fi的802.11于1997年标准化，当时只能运行2.4GHz，速度只有2Mb/s。时至今日，Wi-Fi新标准走入第七代（基于IEEE P802.11be修正草案中定义的功能），具有超高的数据传输量（EHT），适用于三个频段（2.4GHz、5GHz、 6GHz）。Wi-Fi 7是在Wi-Fi 6和Wi-Fi 6E的基础上扩展，能实现更快的速度、大幅改善回应能力及可靠性，以及满足高度一致性和精确性的要求。

Wi-Fi 7最大的特色是可以透过多重接取（MIA）和多重连结（MLA）技术，在同一频道上同时传送多个数据流，同时在不同频道上建立多个连结，进而提高频谱利用率与网路容量，提供容量是Wi-Fi 6的5倍之多。

与Wi-Fi 6相比，Wi-Fi 7的数据传输量提高至46 Gbps，速度快4.8×倍，即使处于最差延迟状况，仍能提升100倍效能，AR/VR则提高15倍。此外，Wi-Fi 7透过增强型服务品质（eQoS）及增强型通道存取（ECA）技术，可以根据不同应用需求，动态调整数据包的优先等级和传送时间，以减少延迟和抖动。以搭载Wi-Fi 7的笔电来说，潜在最大资料速率近5.8 Gbps，可以轻松执行高品质8K影片串流，下载15GB档案的时间仅约25秒，甚至虚拟实境（VR）、扩增实境（AR）、游戏、远端办公及学习环境，以及云端运算、物联网设备、购物时的无线支付和自助结帐、监测健康状况和医疗数据等智能应用。TP-Link、MSI、Intel等业者已经推出Wi-Fi 7相关产品及解决方案。

不过，Wi-Fi 7也面临挑战及限制，如硬体成本和功耗相对较高、频谱资源可能受若干国家或地区的法规限制、安全性和隐私保护性可能面临新的威胁与挑战。

蓝牙

具有模块体积小/便于集成、功耗低、传输快、建立连接的时间短、稳定性佳、安全度高、成本低等优势，缺点是数据传输大小易受限、设备连接数较少。与Wi-Fi相较，蓝牙的低功耗、低成本与高安全性是其优势，可设定加密保护，声音的应用领域及配套发展也较成熟，而且新增隐私权功能有助强化安全性，但缺点是有效传输距离较短。

ZigBee

Zigbee是IEEE 802.15.4协议的简称，主要适用于自动控制和远程控制领域，可嵌入各类设备，优势是低功耗、低成本、组网能力强，而且协议简单。与Wi-Fi和蓝牙相较，ZigBee是更为省电的无线通讯技术，硬体设备成本也是三者中相对低廉的，由于支援先进加密标准AES（Advanced Encryption Standard），保密性与安全性也相当高。

ZigBee采用多重路径跳点通讯（multi-hop），侧重于设备间的感应和控制，传递讯息量较小，因此相对省电，在设备自动化的应用上比Wi-Fi和蓝牙更为成熟。不过，ZigBee的有效传输距离不远，多适用于小型区域（如办公场所、住家、自动化工厂等）。

由于实际可应用速率可能介于100-250kb/s，数据传输速率相对较低，而且可能有延迟性，较常应用于智能家居系统、灯光照明系统、无限定位系统等传输速率不需要很快的应用领域。

至于联盟验证方面，只有蓝牙技术受明确智财权约束，而Wi-Fi及Zigbee则否，因此，符合Wi-Fi、ZigBee技术的产品不一定需要申请联盟认证。

蓝牙和ZigBee定位在2.4GHz低功率射频产品，Zigbee侧重工控与自动化领域，蓝牙侧重智能生活、3C、音频串流、智能穿戴设备，而Wi-Fi横跨的功率从2.4GHz到5GHz，应用范围涵盖可连网的各类设备。目前三强鼎立的态势明显，未来各技术与联盟之间是否可能会出现更多相容与应用，值得期待。

审核编辑：黄飞