藍(lán)牙技術(shù)長(zhǎng)盛不衰的“秘密”！

如今生活中我們已經(jīng)基本離不開電子產(chǎn)品，而大多數(shù)電子產(chǎn)品，只要能夠進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備，大多都會(huì)采用三種連接方式，蜂窩網(wǎng)絡(luò)、Wi-Fi、藍(lán)牙。而BLE作為藍(lán)牙的低功耗技術(shù)，如今也廣泛應(yīng)用在了許多場(chǎng)景當(dāng)中。

而這兩年由于受到了疫情的影響，讓人們的生活習(xí)慣也隨著發(fā)生了一定的改變，對(duì)于藍(lán)牙市場(chǎng)而言也造成了一定的影響。藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟便在此前表示過，2020年藍(lán)牙市場(chǎng)發(fā)展減緩，在汽車以及智能手機(jī)等特定市場(chǎng)的出貨量有所下降，但在無線鼠標(biāo)、鍵盤等居家辦公用品，以及穿戴式健康監(jiān)測(cè)裝置領(lǐng)域，藍(lán)牙產(chǎn)品的出貨量是上升的。藍(lán)牙聯(lián)盟預(yù)計(jì)，在疫情結(jié)束后，藍(lán)牙出貨量將恢復(fù)增長(zhǎng)。

藍(lán)牙技術(shù)將重新進(jìn)入藍(lán)海市場(chǎng)

從1994年技術(shù)藍(lán)牙被發(fā)明以來，旨在研究移動(dòng)電話與其它配件間進(jìn)行低功耗、低成本無線通信連接的方法，打造設(shè)備間無線通訊創(chuàng)造標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)議，解決用戶間互不兼容的移動(dòng)電子設(shè)備通信問題，可以認(rèn)為藍(lán)牙陪伴著近代移動(dòng)通訊市場(chǎng)的成長(zhǎng)。

發(fā)展將近三十年的藍(lán)牙市場(chǎng)已經(jīng)較為成熟，但近兩年受到疫情的影響，市場(chǎng)已經(jīng)產(chǎn)生了一定的改變。謀思科技（AtmosicTechnologies）首席執(zhí)行官David Su認(rèn)為，盡管受新冠肺炎疫情影響，但無線耳機(jī)、無線鼠標(biāo)、鍵盤、可穿戴健康監(jiān)測(cè)設(shè)備等消費(fèi)類設(shè)備的出貨量仍保持上升趨勢(shì)，Atmosic也認(rèn)為這種趨勢(shì)將持續(xù)下去。

圖源：Atmosic

據(jù)根據(jù)研究機(jī)構(gòu)ABI的最新統(tǒng)計(jì)，在全球范圍內(nèi)，包括傳感器和數(shù)據(jù)傳輸在內(nèi)的消費(fèi)品和家居用品的市場(chǎng)份額已經(jīng)超過10億美元，這也是Atmosic的目標(biāo)市場(chǎng)。

富芮坤微電子副總裁牛釗表示，盡管大多數(shù)企業(yè)都受到了一些挑戰(zhàn)，但從整體市場(chǎng)來看，不論是富芮坤亦或是市場(chǎng)頭部幾家藍(lán)牙原廠的銷售業(yè)績(jī)都有快速的提升。這里包括傳統(tǒng)的TWS耳機(jī)市場(chǎng)，以及目前的可穿戴應(yīng)用領(lǐng)域，如智能手表市場(chǎng)存量已經(jīng)過億，增速極快。

此外，還包括智能定位市場(chǎng)，也看到具有增長(zhǎng)的勢(shì)頭，但相對(duì)而言并沒有其他領(lǐng)域這么明顯。一方面定位功能在過去便已經(jīng)存在，如今不過是精度要求更高，另一方面市場(chǎng)還未出現(xiàn)迫切的需求，富芮坤正在密切跟蹤當(dāng)中。

成熟的市場(chǎng)想要發(fā)現(xiàn)新的增長(zhǎng)，除了市場(chǎng)的改變以外還需要技術(shù)的革新。磐啟微電子市場(chǎng)&研發(fā)總監(jiān)楊岳明在接受電子發(fā)燒友采訪時(shí)表示，以往固有市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)已經(jīng)趨于白熱化，但是隨著藍(lán)牙技術(shù)邁入5.0時(shí)代，藍(lán)牙技術(shù)又將進(jìn)入一片藍(lán)海市場(chǎng)。

磐啟微電子關(guān)注長(zhǎng)期關(guān)注藍(lán)牙市場(chǎng)，投入了大量的人力物力對(duì)藍(lán)牙技術(shù)進(jìn)行研究，目前BLE5.1芯片即將量產(chǎn)。同時(shí)，磐啟微電子也是國(guó)內(nèi)首家開發(fā)出BLE-AOA高精度室內(nèi)定位系統(tǒng)的公司。磐啟微電子認(rèn)為，藍(lán)牙仍舊是未來物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代不可或缺的一部分，仍然就有很廣闊的發(fā)展前景。

定位需求凸顯，選BLE還是UWB？

隨著智能設(shè)備的增多，室內(nèi)定位也成為了下一個(gè)可以快速增長(zhǎng)的市場(chǎng)，據(jù)Market&Markets的調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，未來幾年，室內(nèi)定位的全球市場(chǎng)將以42.0%的年復(fù)合成長(zhǎng)率增長(zhǎng)，市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)從2017年的71億1000萬美元擴(kuò)大到2022年的409億9000萬美元。而藍(lán)牙技術(shù)整體進(jìn)入5.1時(shí)代，讓BLE具備了Mesh組網(wǎng)及定位功能。

而在各色各樣的定位技術(shù)中，唯有BLE-AOA以及UWB能實(shí)現(xiàn)高精度的室內(nèi)定位。牛釗表示，UWB功能在許多旗艦手機(jī)中便已經(jīng)集成，而UWB的主要應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)閮煞矫?，一個(gè)是傳輸高數(shù)據(jù)量，另一個(gè)則是定位，這是從其自身帶寬所決定的。

圖源：富芮坤

但UWB在高速的數(shù)據(jù)傳輸領(lǐng)域中基本沒有什么落地應(yīng)用場(chǎng)景，因此大多應(yīng)用場(chǎng)景只集中在室內(nèi)定位場(chǎng)景當(dāng)中。從原理來看，UWB由于高帶寬的特性，因此可以在這個(gè)區(qū)間做出較好的定位功能。

當(dāng)然，相比UWB，BLE的定位也具備一些優(yōu)勢(shì)。楊岳明介紹到，相比UWB，BLE-AOA兼容BLE5.1協(xié)議，具有廣闊的生態(tài)空間；適合于包括手機(jī)在內(nèi)的各種智能終端及物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，功耗不到UWB系統(tǒng)的1/10；采樣普通的藍(lán)牙芯片或兼容藍(lán)牙廣播包的2.4GHz芯片便可搭建（或普通手機(jī)），BLE芯片成本不足UWB芯片的1/10；工作在全球通用的2.4GHz ISM免費(fèi)頻段，適應(yīng)性強(qiáng)，國(guó)內(nèi)藍(lán)牙芯片供應(yīng)商眾多，相對(duì)于UWB芯片（DecaWave為主），完全自主可控。

不過牛釗表示，藍(lán)牙的AOA功能也有落地困難的地方，它非常依賴于天線的硬件以及外圍的空間建模，而這些需要方案商提供相應(yīng)的解決方案。因此更容易落地的場(chǎng)景，或許是通過UWB與藍(lán)牙AOA相互結(jié)合來實(shí)現(xiàn)。

讓BLE功耗做到更低

功耗低是BLE的特點(diǎn)，而移動(dòng)智能設(shè)備對(duì)功耗具有很高的要求，因此在很多場(chǎng)景下兩者具備較高的契合度。但是想要實(shí)現(xiàn)低功耗，或許將不得不犧牲產(chǎn)品的性能，這就需要廠商在性能與功耗之間去尋找平衡。

楊岳明表示，性能與功耗的平衡需要看產(chǎn)品本身的應(yīng)用定位，不同的方向?qū)π阅芎凸牡囊蠖疾灰粯?，此外，還要詳細(xì)分析應(yīng)用場(chǎng)景具體需求，最后根據(jù)指標(biāo)需求來設(shè)計(jì)產(chǎn)品，將功耗做低。

如磐啟微電子BLE產(chǎn)品主要針對(duì)AoA/AoD室內(nèi)定位、燈控、標(biāo)簽、鍵鼠等行業(yè)應(yīng)用。性能，尤其是MCU性能要求相對(duì)不高，所以主要以犧牲MCU性能的方式來達(dá)到省動(dòng)態(tài)功耗的目的。當(dāng)然也還會(huì)采取其他辦法以節(jié)約靜態(tài)功耗。

Atmosic則在設(shè)計(jì)中采用了多維動(dòng)態(tài)調(diào)整技術(shù)，以降低SoC的整體功耗。與傳統(tǒng)的亞閾值技術(shù)不同，多維動(dòng)態(tài)調(diào)整技術(shù)不僅僅關(guān)注電壓，而是通盤考慮電流、電阻、電容、頻率等各種參數(shù)，并根據(jù)SoC的狀態(tài)進(jìn)行優(yōu)化，以實(shí)現(xiàn)低有功功率。Atmosic還設(shè)計(jì)了多種SoC功能塊，以降低待機(jī)/休眠功耗。

富芮坤在進(jìn)行BLE芯片設(shè)計(jì)時(shí)，主要考慮到未來智能家居的組網(wǎng)場(chǎng)景。藍(lán)牙聯(lián)盟發(fā)布了Mesh協(xié)議解決了組網(wǎng)的問題，但Mesh組網(wǎng)有一個(gè)缺點(diǎn)，即功耗較大，達(dá)到毫安級(jí)別，這主要由于Mesh處在廣播模式下。

圖源：富芮坤

而富芮坤的BLE芯片本身可以支持藍(lán)牙多連接，在此基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一套多連接組網(wǎng)，為用戶帶來較好的使用體驗(yàn)。這種組網(wǎng)有三大特點(diǎn)，一個(gè)是通過藍(lán)牙鍵連接方式去連接節(jié)點(diǎn)，而非使用廣播模式；二是大數(shù)據(jù)吞吐率，對(duì)大數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹С州^好；三是低功耗，過去BLE組網(wǎng)每個(gè)節(jié)點(diǎn)都處于數(shù)據(jù)收發(fā)狀態(tài)，而富芮坤的方案可以讓上面的根節(jié)點(diǎn)處于收發(fā)狀態(tài)，而下面的普通節(jié)點(diǎn)只有接受的狀態(tài)，這是用于一些智能門鎖、傳感器等應(yīng)用場(chǎng)景，因此終端節(jié)點(diǎn)的平均電流僅為百微安左右，未來也會(huì)進(jìn)一步的降低。

BLE抗干擾的幾種解決方案

隨著當(dāng)前市場(chǎng)聯(lián)網(wǎng)設(shè)備越來越多，導(dǎo)致信號(hào)傳輸環(huán)境更加復(fù)雜，這對(duì)于藍(lán)牙傳輸?shù)姆€(wěn)定性及可靠性都提出了不小的挑戰(zhàn)。尤其在一些如機(jī)場(chǎng)、火車站、商場(chǎng)等人流密集的場(chǎng)景，環(huán)境中還充斥著功率強(qiáng)勁的Wi-Fi信號(hào)，而藍(lán)牙與Wi-Fi均處于2.4GHz頻段，互相之間可能產(chǎn)生強(qiáng)烈干擾，導(dǎo)致藍(lán)牙斷流情況的發(fā)生。

對(duì)此，楊岳明認(rèn)為，干擾是不可避免的，這主要有同頻干擾和臨頻干擾之分。在芯片層面上，對(duì)于同頻干擾主要靠改善解調(diào)門限，這種改善一般都比較有限，對(duì)于鄰頻干擾主要靠改善濾波器的濾波性能。在協(xié)議和應(yīng)用層面上，更多的也是靠這個(gè)，采取跳頻、信道偵聽、重傳、加大功率等方式來提升用戶體驗(yàn)。

牛釗表示，想要解決干擾問題，可以從幾方面入手。一個(gè)是如TWS耳機(jī)可以增加發(fā)射功率，當(dāng)耳機(jī)靠近手機(jī)時(shí)，增強(qiáng)信號(hào)解決斷流問題，另一個(gè)則是采用跳頻機(jī)制。還可以通過降低速率還解決斷流問題，在智能家居及物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用當(dāng)中，其傳輸數(shù)據(jù)量相對(duì)音頻而言較低，因此可以降低速率提升抗干擾性以及提高傳輸?shù)某晒β省?br />
David Su表示，藍(lán)牙技術(shù)已經(jīng)包含了自適應(yīng)跳頻功能，當(dāng)WiFi和藍(lán)牙在不同的設(shè)備中時(shí)，這種功能就能見效。除此之外，當(dāng)藍(lán)牙和WiFi在同一個(gè)設(shè)備中時(shí)，還有一個(gè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)可在兩種解決方案之間進(jìn)行調(diào)和，即俗稱的藍(lán)牙WiFi共存功能。Atmosic既支持自適應(yīng)跳頻功能也支持藍(lán)牙、WiFi共存功能。

BLE市場(chǎng) 唯快不破

藍(lán)牙市場(chǎng)發(fā)展數(shù)十年，想要切入一個(gè)成熟市場(chǎng)，成本是其中關(guān)鍵的一環(huán)，而芯片開發(fā)成本及芯片應(yīng)用方案整體成本也決定BLE廠商能否快速打開市場(chǎng)。此外，當(dāng)前市場(chǎng)正處于半導(dǎo)體元供應(yīng)緊缺的狀態(tài)，企業(yè)又該如何去發(fā)展，也成為思考的重點(diǎn)。

楊岳明表示，由于目前BLE市場(chǎng)選擇眾多，在眾多的BLE廠家中脫穎而出，最重要一條是快。確定好目標(biāo)客戶，目標(biāo)產(chǎn)品形態(tài)，以最快的速度做出來，并有自己的特色，且價(jià)格可接受，這樣是比較容易成功進(jìn)入市場(chǎng)的。

牛釗認(rèn)為，這需要根據(jù)市場(chǎng)及應(yīng)用來考量芯片的成本是否達(dá)到預(yù)期，即是說成本不一定越低越好，重要的是做出符合某個(gè)應(yīng)用或者市場(chǎng)特定場(chǎng)景的高性價(jià)比芯片。

針對(duì)BLE市場(chǎng)，David Su認(rèn)為，BLE因傳輸距離遠(yuǎn)、功耗低等特點(diǎn)，將在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中越來越廣泛地使用。Atmosic未來也將繼續(xù)推動(dòng)永久續(xù)航或無電池?zé)o線互聯(lián)設(shè)備的發(fā)展，Atmosic擁有一個(gè)數(shù)十年低功率無線SoC設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的團(tuán)隊(duì)，目前專注于藍(lán)牙市場(chǎng)，但以這個(gè)團(tuán)隊(duì)為基礎(chǔ)，Atmosic將視未來市場(chǎng)發(fā)展情況，適時(shí)考慮其他連接技術(shù)。

而今年一個(gè)大的行情便是半導(dǎo)體供應(yīng)緊缺，牛釗表示，許多國(guó)外友商產(chǎn)品交期已經(jīng)達(dá)到了40周，因此客戶最關(guān)心的是供貨，在供應(yīng)有保證的情況下，再來看芯片是否滿足最低要求，然后再看產(chǎn)品價(jià)格。有意思的是，今年基本沒有客戶硬性要求低價(jià)，只需要滿足供應(yīng)及性能上的保障。

這對(duì)于企業(yè)而言是一個(gè)很好的機(jī)會(huì)，只需要企業(yè)能夠快速的將產(chǎn)品開發(fā)完成，就能夠獲得一定的訂單。磐啟微方面也將保持以芯片研發(fā)為主的發(fā)展路線，同時(shí)在部分技術(shù)含量和研發(fā)門檻較高的領(lǐng)域，如BLE-AOA高精度室內(nèi)定位領(lǐng)域，發(fā)布相關(guān)turnkey，加快客戶的研發(fā)進(jìn)度，加速產(chǎn)業(yè)落地。

當(dāng)然，牛釗也表示，這對(duì)于企業(yè)而言也提出了更高的要求，與國(guó)外大廠芯片相比，國(guó)內(nèi)廠商產(chǎn)品、性能、穩(wěn)定交貨的成功率都有很大的挑戰(zhàn)。目前來看，國(guó)內(nèi)企業(yè)還處于一個(gè)追趕的步伐，但如今的市場(chǎng)也是企業(yè)追趕的良機(jī)。

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