1. 市场驱动技术

第一大市场，移动和电脑

• 手机
• 平板电脑

• 个人电脑

  第二大市场，音频娱乐

• TWS耳机，占市场主导地位

• 头戴式耳机

• 无线耳麦

  第三大市场，汽车

• 智能车钥匙

  第四大市场，物联网

• 智慧医疗，医疗服务提供商需要更科学地管理用药、诊断伤情、接收病情新信息。

• 可穿戴设备
• 新零售

• 智慧城市，楼宇自动化，商场自动化

  2. 未来的新技术发展

  

  音频传输

• 无线耳机，无线扬声器

  • 蓝牙基础速率/增强资料速率(BR / EDR)的点对点拓扑已针对音频传输进行了优化，使其成为无线音频的标准载体。蓝牙耳机曾是无线音频市场中的始祖级设备，如今已成为手机的必备配件。蓝牙车载信息娱乐系统可与驾驶员的智能手机配合使用，让驾驶员能够专注于最重要的道路行驶。按照预测，相关设备的年出货量将会达到8.8亿，预计至2022年，音频传输和数据传输解决方案年出货量将增长2倍。
• 拓扑：点对点

• 蓝牙基础速度（BR）/蓝牙增强速度（EDR）

  数据传输

• 智能穿戴，运动装置，医疗设备

  • :蓝牙赋力可穿戴设备，健身追踪器和智能手表，监测步数、锻炼、活动和睡眠。从血压监测仪到便携式超声波和X光成像系统，蓝牙技术可帮助人跟踪并改善整体健康状况)

• 拓扑：点对点

  位置服务

• 智慧城市，室内定位。地标信息，导航，物品跟踪/防丢

  • 低功耗蓝牙的广播拓扑尤其适用于实现室内定位和基于位置的服务，基于蓝牙Beacon的室内导航解决方案已迅速成为一种能够应对GPS无法解决的室内覆盖的标准方法，智慧城市如今已开始探索地标Beacon如何提高市民的生活质量并提升游客体验，其解决方案正在办公楼、机场、会展中心、甚至世界各地的城市街道中得以部署，帮助楼宇业主和城市规划者更好地了解空间的使用方式)
• 拓扑：广播

• 低功耗蓝牙

  设备层网络

• 控制系统，监控系统，自动化系统（楼与自动化

  • 蓝牙mesh的推出加速了设备网络解决方案的发展。“照明控制系统”与“无线传感器网络”是推动设备网络应用增长的两大用例，并迅速成为许多控制系统的首选无线通信平台。低功耗蓝牙的mesh拓扑针对大型设备网络的创建进行了优化，“蓝牙无线传感器网络(WSN)”能够监测光照、温度、湿度和占用情况，帮助提高员工生产力、降低楼宇运营成本、更好地满足生产设备对于环境条件和维护的要求，预计至2022年，蓝牙设备网络产品年出货量将增长5倍，达到5.2亿。)
• 拓扑：mesh

  3. 蓝牙发展历史

  最早诞生 1942 年 8 月申请的专利上提出

• 核心：短距离无线电通讯
• 跳频扩频（FHSS）技术
  • 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。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)

• 追溯到第二次世界大战

  蓝牙 0.7 1998年

  • 增强功能: Baseband、 LMP

    蓝牙 0.8 1999年1月

  • 增强功能: HCL、L2CAP、RFCOMM

    蓝牙 0.9 1999年4月

  • 增强功能: OBEX与IrDA的互通性

    蓝牙1.0 Draft 1999年7月

  • 增强功能: SDP、TCS

    蓝牙 1.0 1999年

  • 在两个设备“链接”（Handshaking）的过程中，蓝牙硬件的地址（BD_ADDR）会被发送出去，在协议的层面上不能做到匿名，造成泄漏数据的危险

  • 没有加密，并未立即受到广泛的应用，而且昂贵

    蓝牙 1.1 2001年

  • IEEE 802.15.1 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 0.7Mbps

  • 因为是早期设计，容易受到同频率之间产品干扰，影响通讯质量。

    蓝牙 1.2 2003年

  • 针对 1.0 版本暴露出的安全性问题，完善了匿名方式，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，同时向下兼容 1.1 版

    蓝牙 2.0 2004年

  • 是 1.2 版本的改良版，传输率约在1.8M/s~2.1M/s, 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，使得蓝牙设备的传输率可达 3Mbps

  • 支持双工模式：可以一边进行语音通讯，一边传输文档/高质素图片。

  • 支持立体声传输 Stereo

    蓝牙 2.1 2007年

  • 增了 Sniff Subrating 省电功能，将设备间相互确认的讯号发送时间间隔从旧版的 0.1 秒延长到 0.5 秒左右，从而让蓝牙芯片的工作负载大幅降低。

    蓝牙 3.0 2009 年

  • 新增了可选技术 HS（High Speed），High Speed 可以使蓝牙调用 802.11 WiFi 用于实现高速数据传输，传输率高达 24Mbps，是蓝牙 2.0 的 8 倍

    • 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

  • 核心是 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，功耗方面，蓝牙 3.0 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。 此外，新的规范还加入 UCD 单向广播无连接数据技术，提高了蓝牙设备的相应能力

    蓝牙 4.0 2010 年

  • 可通过一粒纽扣电池供电以维持续工作数年之久。很明显，BLE使得蓝牙设备在钟表、远程控制、医疗保健及运动感应器等市场具有极光明的应用场景。)

  • 第一个蓝牙综合协议规范，将三种规格集成在一起，最重要的变化就是 BLE（Bluetooth Low Energy）低功耗功能
    • 功耗蓝牙、传统蓝牙和高速蓝牙三种模式
  • 增强功能:低功耗物理层和链路层、AES加密、Attribute Protocol (ATT)、Generic Attribute Profile (GATT) 、Security Manager(SM)

  • 理论最高传输速度依然为24Mbps(即3MB/s),有效覆盖范围扩大到100米(之前的版本为10米)

    蓝牙 4.1 2013 年

  • 在传输速度和传输范围上变化很小，但在软件方面有着明显的改进。此次更新目的是为了让 Bluetooth Smart 技术最终成为物联网（Internet of Things）发展的核心动力

    • 与LTE无线电信号之间，如果同时传输数据，那么蓝牙4.1可以自动协调两者的传输信息，理论上可以减少其它信号对蓝牙4.1的干扰。改进是提升了连接速度，并且更加智能化，比如减少了设备之间重新连接的时间，意味着用户如果走出了蓝牙4.1的信号范围并且断开连接的时间不算很长，当用户再次回到信号范围中之后设备将自动连接，反应时间要比蓝牙4.0更短。最后一个改进之处是提高传输效率，如果用户连接的设备非常多，比如连接了多部可穿戴设备，彼此之间的信息都能即时发送到接收设备上。

      蓝牙 4.2 2014 年

  • 蓝牙 4.2 的传输速度更加快速，比上代提高了 2.5 倍，因为蓝牙智能（Bluetooth Smart）数据包的容量提高，其可容纳的数据量相当于此前的10倍左右。

    • 增强功能: FIPS加密、安全连接、物联网
    • 改善了数据传输速度和隐私保护程度，还接入了该设备将可直接通过IPv6和6LoWPAN接入互联网
    • 蓝牙信号想要连接或者追踪用户设备必须经过用户许可
    • 蓝牙4.2的部分功能将可通过软件升级的方式获得，但并非所有功能都可获取。蓝牙技术联盟称【隐私功能】或可通过固件升级的方式获得，但要视制造商的安装启用而定。【速度提升】和【数据包】扩大的功能则将要求硬件升级才能做到。

      蓝牙 5.0 2016 年

  • 蓝牙 5.0 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 的四倍（理论上可达 300 米），数据包容量是蓝牙 4.2 的八倍

    1. 通信速度上的翻倍，从现行的传输速率1Mbit/s变身为2Mbit/s。
    2. 蓝牙5.0的另外一个重要改进是，它的有效距离是上一版本的4倍，因此在理论上，当你拿着手机站在距离蓝牙音箱300米的地方，它还是会继续放着你爱的歌。
    3. 蓝牙连接的稳定性有提高。例如与运动耳机等设备的连接稳定性将增强，信号中断几率有所减少。
    4. 更精准的室内定位。蓝牙5.0可以添加更多的导航功能，再结合Wi-Fi可以实现精度小于1米的室内定位。
    5. 在功耗不变的前提下实现性能提高。
    6. 兼容之前的蓝牙标准。就是说，现在的蓝牙4.2等旧版本将可以与配备蓝牙5的设备连接。
    7. 当然由于新技术基于新硬件，所以旧版本是不能通过刷固件升级到蓝牙5。
    8. 不过对于蓝牙耳机而言，其音质不会提高。因为蓝牙5对音频信号的压缩并没有优化，但后续可能会在这方面做出改善。
    9. 类似烽火台传信的网状网络(mesh networking)已经加入。网状网络是基于蓝牙设备而独立研发的一项技术:蓝牙设备能相互作为对方的转发器，如同长城烽火台那样“薪火相传”，一站站把信号传递得更远，提升信号传送距离。可兼容蓝牙4和5系列协议。
  • 支持室内定位导航功能，结合 WiFi 可以实现精度小于 1 米的室内定位。 针对 IoT 物联网进行底层优化，力求以更低的功耗和更高的性能为智能家居服务。

    4. 经典蓝牙（BT)

    蓝牙协议：泛指4.0以下

    一般用于【数据量比较大】的传输

• 如：语音、音乐等较高数据量的传输

  2004年，LBT2.1，块在2009年推出，速率提高到约24Mbps，传输速率是经典蓝牙的八倍

  三个级别的功耗

• class1、100m距离

• class2、10m距离

• class3、1m距离

  5. 低功耗蓝牙模块（BLE)

  蓝牙协议：指支持4.0或者以上，也被称为BLE模块，

  最大的特点：成本和功耗的降低

  • 比如：智能家居类（蓝牙锁、蓝牙灯）、传感设备的数据发送（血压计、温度传感器）、消费类电子（电子烟、遥控玩具）等

    低功耗蓝牙却没有功耗级别

  • 发送功率在7dbm左右

    BLE Beacon 蓝牙信标 2010年发布

  • 也指ibeacon，beacon是信标，是建立在低功耗蓝牙协议基础上的一种广播协议，它也是拥有这个协议的一款低功耗蓝牙从机设备。

    BLE Mesh 蓝牙MESH组网 增强功能:增强 2017 年 7月24日 2发布

  • BLE5.0模块可支持技术，如同长城烽火台那样“薪火相传”，一站站把信号传递得更远，提升信号传送距离

• Pairing 配对
  • 一个设备与一个设备，建立1：1关系
• Piconet 微微网
  • 一个设备与其他设备，具备多个1：1关系

• 可以形成称为“ 微微网（piconet）” 的一种中枢/辐射拓扑（hub/spoke topology） 。
• 1 ：m的 拓扑
• 多对多 m：m 的拓扑
• BLE AoA/AoD Angle of Arrive Angle of Direction 2018年1月28 日发布，伴随，蓝牙5.1
• 在确认区域规模之后，能够经过多天线丈量beacon信号抵达视点，以及三角形定位法，即可核算出beacon设备准确方位。 三角定位三角定位法顾名思义即经过两组抵达视点，确认beacon设备方位，两组天线即可丈量到一个抵达视点，两个抵达视点即可确认设备A方位。关键问题来了，d和D都是已知参数，如何求θ1，和θ2。

定位技术对比

• 原链接

蓝牙定位服务通常分为两类

• 接近解决方案（proximity solutions）
  • 接近解决方案使用蓝牙来了解两个设备何时彼此靠近，以及大约相隔多远。
• 定位系统（positioning systems）
  • 技术上包括项目查找解决方案和关注点（PoI，point-of-interest）信息解决方案。此次新的测向功能，使得蓝牙接近解决方案之上可以再增加设备方向功能。该功能将使蓝牙成为室内导航的绝佳解决方案

    蓝牙协议

• a2dp avctp avdtp avrcp hfp spp smp att gap gatt rfcomm sdp l2cap profile

  蓝牙BQB(SIG)

  • 蓝牙联盟（SIG，Bluetooth Special Interest Group）)
  • 测试的目的
    • 综合评估设计出来的产品的RF性能情况，让工程师可以知道哪些方面的指标不好
  • SIG机构颁发
    • BQB认证规范里的RF射频的两个测试标准
      • RF.TS.5.0.1
      • RF-PHY.TS.5.0.2
  • 关注点主要是传输距离
    • 发射机的功率
      • 测试标准RF/TRM/CA/BV-01-C
      • 发射功率有多少个dBm
        • 设计要看：电路匹配
        • 设计着重：天线接口，走线长短、损耗
    • 接收机功率
      • 测试标准RF/RCV/CA/BV-01-C
        • 灵敏度：-90多dBm，-100多dBm，常规的-80多dBm
        • 优化电路板层、走线、接地、滤波
      • RF/RCV/CA/BV-03-C载干比测试
      • RF/RCV/CA/BV-04-C阻塞测试