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低功耗藍牙(BLE)及其特點 時間:2025-01-20      來源:華清遠見

藍牙技術,如今越來越多的出現在人們生活中的方方面面。從形狀各異的藍牙耳機,到各種藍牙連接的智能手表、手環,從花樣繁多的藍牙鼠標、鍵盤、游戲手柄,再到家里體脂秤、智能藍牙音箱,對了,還有街邊的各種共享單車,感覺藍牙連接無處不在。為什么在眾多的無線連接技術中,藍牙能脫穎而出?這和藍牙技術不斷的進步,是分不開的。

1994年,瑞典電信巨頭愛立信公司提出了藍牙技術的概念,并于1998年聯合諾基亞、IBM、東芝和英特爾成立了藍牙技術聯盟(Bluetooth Special Interest Group, SIG),正式啟動了藍牙技術的標準化進程。到1999年,首個藍牙標準1.0發布,標志著藍牙技術正式進入商用。最初的版本,最大傳輸速度為721 kbps,通信距離最大100米,但存在一些兼容性問題。后來,經過10年左右的發展,到了2010年,藍牙4.0帶來了低功耗(LE)技術,大幅降低能耗,使其適用于低功耗設備。以此為分界點,藍牙4.0之前的藍牙技術稱之為“經典藍牙”,4.0版本以后的技術稱之為“低功耗藍牙”,簡稱 BLE。與經典藍牙相比,低功耗藍牙有如下的特點。

低功耗:與經典藍牙相比,BLE顯著降低了能耗,例如,遵循藍牙5.2標準的Nordic nRF5340,3V供電條件夏,0dBm的發射功率僅為3.4mA,休眠功耗僅為1.3μA,這使得它非常適用于電池供電的小型設備,如健身追蹤器、智能手表等。

穩定性、安全性和可靠性:眾所周知,藍牙使用的是2.4G的公共頻段,與WiFi等無線通信技術同屬一個頻段,但有賴于藍牙技術采用的自適應跳頻(AFH)技術,從而確保低功耗藍牙可以在住宅、工業和醫療應用的“嘈雜”RF環境中保持穩定的傳輸。又因為低功耗藍牙使用了安全連接(Security Connection)協議,提供加密和身份驗證功能,能最大限度的保護數據傳輸安全。

快速連接:低功耗藍牙支持安全簡單配對(Secure Simple Pairing,SSP)可以迅速建立連接,通常在3毫秒以內,這使得設備之間的交互更為快捷和高效。讓人再也不愿意想起之前的藍牙外設如果需要建立連接,還需要手動輸入配對碼。

廣播模式:BLE支持廣播模式,在這種模式下,設備不需要建立連接就可以發送信息。這對于信標(beacon)應用特別有用,比如商場內的位置服務。

多種工作模式:低功耗藍牙通常基于連接到多個從屬設備的主設備,并且一個設備可以同時進行掃描和廣播。同時,它可以連接到中央或外圍設備,并且可以同時廣播。從設備可以通知它需要將數據發送到主設備,廣播消息還包括活動或度量。

數據傳輸速率和傳輸距離的提升:雖然BLE主要用于傳輸少量數據,但它的數據傳輸速率也在不斷提升,在藍牙5.0版本后,理論最大傳輸速度已經由經典藍牙3.0的24Mbp翻倍到48Mbps,且最大通信距離也達到了讓人吃驚的300米(就算是實驗室數據,我也服!)。

兼容性:盡管BLE和經典藍牙在協議上有所不同,但是許多現代的藍牙芯片都支持兩者,這意味著它們可以在同一設備中共存并根據需要進行切換。

芯片集成度高:BLE芯片集成了射頻前端、基帶處理器、協議棧等組件,簡化了設計并降低了成本,使其能被更廣泛的應用于物聯網(IoT)、醫療設備、智能家居、健身追蹤等領域。

基于藍牙低功耗技術的藍牙模塊可以應用于多種場景,像移動擴展設備、汽車電子設備、保健和醫療用品(如心跳帶、血壓計等)、定位應用(如室內定位、地下定位等)、近距離數據收集(如無線復制儀表、無線遙測、溫度和濕度傳感器等)、數據傳輸(如智能家居控制、藍牙調光、打印機等)等。隨著技術的不斷發展和完善,它將在更多領域發揮重要作用。

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