藍牙的5個迭代與發展趨勢

隨著智能設備蓬勃發展，設備之間的通訊互聯成為另一種「溝通」日常。在「智能化」與「無線化」趨勢下，讓各種設備在或長或短的距離之間交換資料以形成個人區域網路（PAN）的無線通訊技術標準扮演吃重角色，其中，智能生活最常接觸的無線網路運用之一就是藍牙（Bluetooth）。

藍牙的5個迭代與發展趨勢

傳統藍牙的傳輸速度約1-3Mbps，傳輸距離約10公尺或100公尺；高速藍牙（Bluetooth HS）的傳輸速度最高可達24Mbps，為傳統藍牙的8倍；低功耗藍牙BLE（Bluetooth Low Energy，或稱Bluetooth Smart）的傳輸距離約30公尺，傳輸速度為1Mbps。不同藍牙版本的主要區別在于數據傳輸速率。

翻開藍牙發展史，1999年公布的第一代藍牙1.0版傳輸率約為748-810kb/s，容易受同頻率之間類似通信產品的干擾，通訊品質易受影響，而且不同品牌間無法兼容，使用上較為不便，連結過程還可能泄漏資料，安全性有待強化。改進后的藍牙1.2配對速度變得更快，具有自適應跳頻功能，可阻止藍牙干擾其他無線技術。

第二代藍牙加入非跳躍窄頻通道（Non-hopping narrowband channel）技術，可以將藍牙訊號和資料傳送至多個設備。以藍牙2.1版來說，不僅安全性提升，也擴展了查詢響應（EIR）及配對功能。2.1版加入Sniff Subtrac ting功能，可以設定2個設備之間互相確認訊號的發送間隔以節省功耗。第三代藍牙3.0版的高速模式允許以高達802.11Mbps的速度傳輸數據，新增可選技術High Speed，可以調用Wi-Fi進行高速傳輸，傳輸率達24Mbps，是藍牙2.0的8倍，而且功耗更低。

隨著手機、游戲、筆電、汽車等傳統應用逐步朝物聯網、醫療、穿戴式設備等領域擴展，對于藍牙的低功耗要求也越來越高。第四代4.0版本強化了藍牙在數據傳輸上的低功耗性能，最重要的特性是省電，還加入低成本、跨廠商操作性、3毫秒低延遲、AES-128加密等特色，匯集三種規格：傳統藍牙技術、高速技術與低耗能技術，功耗較舊版本降低約90%，傳輸距離大幅提升至50公尺甚至100公尺。第四代藍牙可以廣泛應用于計步器、智能儀表、傳感器（物聯網）、心律監視器等產品，橫跨醫療保健、運動、家庭娛樂、安全等領域，而且同時支持雙模式和單模式。

2016年發布的第五代藍牙5.0頻寬具有2Mbps的「高速」模式，以及125kbs或500kbps的「長距離」模式，發射及接收設備之間的有效工作距離可達300公尺，而且電池壽命更長，可以支援室內定位及導航等功能，若結合Wi-Fi可實現精度小于1公尺的室內定位。

藍牙5.0可以增加更多數據傳輸功能以及更復雜的連接系統（如Beacon或位置服務），因此，透過藍牙設備發送的數據或訊息無須配對即可發送至目標設備。Sony Xperia XZ Premium是率先使用藍牙第五代技術的手機。

第四及第五代藍牙版本都屬于低功耗，而藍牙技術從4.2到5.0都在持續改善物聯網的連接性與體驗性，至于傳輸距離，第五代的300公尺較第四代的50-100公尺增加了約6倍，最大傳輸速度則升級到48Mbps。低功耗藍牙（LE）除了適合應用于環境物聯網，也適合無線滑鼠等電腦周邊、醫療設備、運動健身設備、工業監測感測器、家庭自動化、遠程控制、公共交通、定位等應用。

進一步解析第五代藍牙版本，2019年公布的藍牙5.1是第一個支持Mesh結構的版本，同時增加定位功能，采用藍牙5.1版本的設備不僅可以識別附近設備，還可以透過到達角（AoA）和出發角（AoD）取得設備方向，方便使用者透過藍牙找到耳機，同時可以快速連接設備，降低耗能。2020年公布的藍牙5.2已加入LE Audio技術，以Bluetooth Low Energy運行，采用新開發的LC3（Low Complexity Communication Codec）編碼，耳機可以連接多個音訊，或者多組耳機分享同一音訊。

至于2021年公布的藍牙5.3版本引進LE Coded PHY，傳輸距離更遠，數據速率則提高至2Mbps，傳輸距離為5.0的4倍，工作距離達300公尺，穿墻能力更優秀，而且新增低速率模式、周期性廣播增強功能，由于傳輸的數據包不同，有助降低傳輸過程中的信號損耗，更適合與物聯網（如智能燈泡、智能手表或手環）連結。此外，藍牙5.3可以確定加密密鑰的大小，以便與另一臺設備連接，但如果周遭的設備無法提供安全保證，設備將無法連接。

2020年公布的LE Audio技術標準透過LC3編解碼技術達到低功耗、音訊更佳的效果，而且納入音訊共享功能，更針對聽障者使用的助聽器等設備增加更好連接使用的特性，同時支援Auracast廣播音訊。使用者可以透過Auracast廣播音訊在公共環境中取消電視靜音。比方酒吧中有多臺靜音電視螢幕同時播放各種體育賽事，使用者可以透過智能手機的Auracast應用程式選擇自己喜歡的電視，透過Auracast相容耳塞收聽，或者切換到另一臺電視音訊，切換過程不會出現延遲。支援Auracast的耳塞和一部配備Auracast應用程式的智能手機，可以在使用環境中掃描、加入和收聽Auracast廣播。

藍牙設備出貨量穩定上升低功耗與低延遲為核心

藍牙技術聯盟（Bluetooth SIG）發布的《2023年藍牙市場趨勢報告》指出，藍牙設備出貨量穩定上升，預計2027年將達76億件，年復合成長率達9%。藍牙技術聯盟也公布了LE Audio及Bluetooth LE技術的未來趨勢：更大傳輸頻寬、支援5GHz或6GHz頻段，以及位置資訊更精準。

此外，SIG已與Sony、Bose、OPPO、Qualcomm、NXP、Ericsson等多家業者合作，共同為游戲應用打造Gaming Audio Profile 1.0（GAP 1.0）技術標準，聲音輸出更快，直播過程延遲時間更短，大幅提高使用者體驗。英特爾（Intel）已經擁有藍牙LE音訊相容產品，并針對Auracast廣播音訊進行概念驗證（POC）。

事實上，藍牙5.2版已經迎來三大技術更新，第一項技術更新是EATT（Enhanced Attribute Protocol）增強屬性協議，藍牙訊號可以更密集的傳輸，而且還進一步降低整體延遲、強化訊號加密性，以及提高傳輸訊號的安全性；第二項技術更新是LE同步傳輸通道（LE Isochronous Channels），透過藍牙低功率音訊（LE Audio）訊號傳輸與時間同步，可以確保一對多音訊傳輸時，每個接收設備之間的音樂同步；第三項技術更新是低功耗藍牙功率控制（LE Power Control），能透過動態調整的方式，提高設備的省電性以及連線的穩定度。

藍牙廣播音訊功能（Auracast）是一種一對多的藍牙連線，類似傳統的無線電廣播。相容的藍牙設備可以隨時收聽或取消收聽廣播，無需進行配對。由于藍牙5.2已將LE Audio功能納入核心低功耗規范，因此，藍牙5.2開始就具備支援LE Audio規范的藍牙廣播音訊功能。使用者可以透過藍牙廣播音訊功能建立私人連線，比方將筆電或手機音訊共享到多個藍牙耳機，這樣的連線受密碼保護，一如透過手機建立Wi-Fi熱點的應用。

綜上所述，不難看出藍牙經過五個迭代后，相關技術正朝以下趨勢邁進：

短距離無線通訊三強比拼

除了藍牙，短距離無線傳輸還包含Wi-Fi、ZigBee、近場通訊（NFC）、RFID、超寬頻（UWB）等技術。以無線通訊三強Wi-Fi、藍牙和ZigBee來說，各有優缺點及適合的應用場域。

Wi-Fi

Wi-Fi的802.11于1997年標準化，當時只能運行2.4GHz，速度只有2Mb/s。時至今日，Wi-Fi新標準走入第七代（基于IEEE P802.11be修正草案中定義的功能），具有超高的數據傳輸量（EHT），適用于三個頻段（2.4GHz、5GHz、 6GHz）。Wi-Fi 7是在Wi-Fi 6和Wi-Fi 6E的基礎上擴展，能實現更快的速度、大幅改善回應能力及可靠性，以及滿足高度一致性和精確性的要求。

Wi-Fi 7最大的特色是可以透過多重接取（MIA）和多重連結（MLA）技術，在同一頻道上同時傳送多個數據流，同時在不同頻道上建立多個連結，進而提高頻譜利用率與網路容量，提供容量是Wi-Fi 6的5倍之多。

與Wi-Fi 6相比，Wi-Fi 7的數據傳輸量提高至46 Gbps，速度快4.8×倍，即使處于最差延遲狀況，仍能提升100倍效能，AR/VR則提高15倍。此外，Wi-Fi 7透過增強型服務品質（eQoS）及增強型通道存取（ECA）技術，可以根據不同應用需求，動態調整數據包的優先等級和傳送時間，以減少延遲和抖動。以搭載Wi-Fi 7的筆電來說，潛在最大資料速率近5.8 Gbps，可以輕松執行高品質8K影片串流，下載15GB檔案的時間僅約25秒，甚至虛擬實境（VR）、擴增實境（AR）、游戲、遠端辦公及學習環境，以及云端運算、物聯網設備、購物時的無線支付和自助結帳、監測健康狀況和醫療數據等智能應用。TP-Link、MSI、Intel等業者已經推出Wi-Fi 7相關產品及解決方案。

不過，Wi-Fi 7也面臨挑戰及限制，如硬體成本和功耗相對較高、頻譜資源可能受若干國家或地區的法規限制、安全性和隱私保護性可能面臨新的威脅與挑戰。

藍牙

具有模塊體積小/便于集成、功耗低、傳輸快、建立連接的時間短、穩定性佳、安全度高、成本低等優勢，缺點是數據傳輸大小易受限、設備連接數較少。與Wi-Fi相較，藍牙的低功耗、低成本與高安全性是其優勢，可設定加密保護，聲音的應用領域及配套發展也較成熟，而且新增隱私權功能有助強化安全性，但缺點是有效傳輸距離較短。

ZigBee

Zigbee是IEEE 802.15.4協議的簡稱，主要適用于自動控制和遠程控制領域，可嵌入各類設備，優勢是低功耗、低成本、組網能力強，而且協議簡單。與Wi-Fi和藍牙相較，ZigBee是更為省電的無線通訊技術，硬體設備成本也是三者中相對低廉的，由于支援先進加密標準AES（Advanced Encryption Standard），保密性與安全性也相當高。

ZigBee采用多重路徑跳點通訊（multi-hop），側重于設備間的感應和控制，傳遞訊息量較小，因此相對省電，在設備自動化的應用上比Wi-Fi和藍牙更為成熟。不過，ZigBee的有效傳輸距離不遠，多適用于小型區域（如辦公場所、住家、自動化工廠等）。

由于實際可應用速率可能介于100-250kb/s，數據傳輸速率相對較低，而且可能有延遲性，較常應用于智能家居系統、燈光照明系統、無限定位系統等傳輸速率不需要很快的應用領域。