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從Bluetooth BR / EDR到BLE再到Bluetooth 5，Bluetooth無線通訊技術經歷了眾多變體，可以滿足不同的需求。它們之間到底有什麽區別？
隨著越來越多的消費者要求能在不依賴插頭和電纜的情況下發送和接收數據，無線通訊已成為電子產品不可或缺的組成部份。Bluetooth便是最流行的無線通訊協定之一。
在許多其他應用程式中，Bluetooth已嵌入汽車中，因此使用者可以透過智慧型手機在汽車立體聲系統上播放自己喜歡的音樂。智慧家居安全的新領域利用Bluetooth允許個人執行諸如用手機釘選和解鎖前門之類的任務。Bluetooth還可以用於在平板電腦和電腦之間發送檔，將健身跟蹤器的更新發送到電腦或電話等。
圖1描繪了兩種常見的支持Bluetooth的裝置：智慧型手機和膝上型電腦。
1.借助Bluetooth協定，我們可以發送和接收數據，而無需纏結電線。
所有這些不同的應用程式都籠統地稱為Bluetooth，但是令人驚訝的是，並非所有的應用程式都使用相同的無線協定。一些使用Bluetooth Low Energy (BLE低功耗藍芽),而其他一些則使用Bluetooth Basic Rate/Enhanced Data Rate (Bluetooth BR/EDR)，較新的應用程式甚至有可能使用Bluetooth 5。
大多數人不知道Bluetooth BR / EDR和BLE之間的區別，也不知道兩者中哪一個最適合其特定套用。Bluetooth 5的引入使事情變得更加混亂，Bluetooth 5進一步模糊了這些協定之間的界限。本文旨在解釋BLE與Bluetooth BR / EDR的不同之處，以及Bluetooth 5與BLE，Bluetooth BR / EDR之間的關系，本文還將幫助您確定最適合您的應用程式的版本。
歷史
為了更好地了解Bluetooth BR / EDR和BLE的區別，重要的是檢查這些無線技術的歷史。它們每個都是由管理所有Bluetooth協定的Bluetooth特別興趣小組（Bluetooth SIG）開發的。隨著開發的發展，Bluetooth SIG釋出了新的規範以引入改進。圖2中的時間線顯示了已釋出的Bluetooth規範，並且Bluetooth BR，Bluetooth EDR，BLE和Bluetooth 5在這些規範之內。
2.時間軸顯示了多年來的每個Bluetooth規範版本。
Bluetooth BR / EDR
Bluetooth BR是Bluetooth SIG釋出釋出的第一個Bluetooth協定。它采用一種獨特的方法，即使用高斯頻移鍵控（GFSK）來交換2.4 GHz ISM頻段內的數據。選擇該頻段是因為與大多數頻段不同，在其中執行不需要授權證，因此通訊是免費的。Bluetooth BR之所以迅速普及，是因為它提供了一種低成本，低功耗的方式，可以在短範圍內以高達0.7 Mb / s的數據速率無線發送和接收數據。
幾年後，釋出了新規範Bluetooth 2.0，其中包括Bluetooth EDR選項。Bluetooth EDR可使數據傳輸速度比Bluetooth BR快2至3倍。這是因為它與GFSK一起使用差分正交相移鍵控（QDPSK）和差分8級相移鍵控（8DPSK）。GFSK每個符號傳輸一位，而QDPSK每個符號傳輸兩位，而8DPSK每個符號傳輸3位。
BLE
BLE最初開發時，實際上甚至根本沒有Bluetooth這個東西！它是諾基亞開發的一種稱為Wibree的無線技術。它的設計消耗的功率很小（成本非常低且易於配置），使其成為使用小電池執行的裝置的理想解決方案。
Wibree包括許多與Bluetooth BR / EDR相似的技術，包括在2.4 GHz ISM頻段中的操作，GFSK調變，通道方案和跳頻。兩者之間的相似之處導致Bluetooth SIG將Wibree納入其規範。它作為稱為Bluetooth Low Energy（BLE）擴充套件釋出。BLE在Bluetooth 4.0規範中首次亮相。
Bluetooth 4.0並沒有完全淘汰Bluetooth BR / EDR，而是除了Bluetooth BR / EDR之外還提供了BLE。具有BLE的消費類裝置通常被標記為Bluetooth Smart，而Bluetooth BR / EDR被標記為Bluetooth classic。但是，這些術語不再用於區分每種協定。在此規範下，可以將無線電開發為僅支持Bluetooth BD / EDR的無線電，僅允許BLE的無線電，或同時支持Bluetooth BR / EDR和BLE的雙無線電。
Bluetooth 5
Bluetooth SIG盡最大努力做出與技術發展相適應的改進，而物聯網（IoT）似乎是推動電子技術發展的關鍵因素之一。BLE在物聯網的開發中發揮了重要作用，但Bluetooth SIG希望進一步增強Bluetooth在物聯網套用中的功能。Bluetooth 5.0中釋出了對原始BLE技術的新改進，該技術被稱為Bluetooth 5。
Bluetooth BR/EDR vs. BLE
讓我們比較一下Bluetooth BR / EDR和BLE之間的異同。首先我們從協定的實體層（PHY）來比較，PHY是包含用於調變和解調模擬訊號並將其轉換為數位符號的電路。PHY的差異是使每種協定都針對特定套用的因素之一。區分BR / EDR和BLE PHY不同的四個方面是通道方案，功耗，等待時間和吞吐量。
通道方案
Bluetooth BR / EDR和BLE都在2.4 GHz ISM頻段內通訊，但是它們劃分頻段的通道數量有所不同。Bluetooth BR / EDR將頻段分為79個通道，彼此間隔1 MHz。BLE采用了更簡單的發射器和接收器，因此它將頻帶劃分為僅40個間隔2 MHz的通道。
無論使用多少通道，Bluetooth BR / EDR和BLE都必須處理的一件事是幹擾。2.4 GHz ISM頻段充滿了發射機，充分利用了免授權頻段。為了將幹擾降到最低，Bluetooth BR / EDR和BLE均采用跳頻，其中無線電在跳至另一通道以繼續通訊之前，會在一個通道上執行一小段時間。
BLE還為其通道方案添加了另一個元素。BLE保留了三個通道供BLE無線電通告它想要被發現。。從策略上選擇了這三個廣告頻道的頻率，以使它們不會幹擾同樣在2.4 GHz ISM頻段執行的三個最常用的Wi-Fi頻道。建立連線後，無線電將繼續在其他37個頻道之一上進行通訊。
圖3 BLE的通道方案
功耗
節能是Bluetooth BR / EDR和BLE的主要區別-BLE的名稱具有「低能耗」這一事實就顯而易見了！Bluetooth BR / EDR使用最大輸出功率100 mW來傳輸數據，最大傳輸距離約為10至100 m。在大多數裝置可以經常充電的日子裏，這很好。但是，隨著可能需要數月或數年不使用電池電源而無法充電的產品的需求增加，這種型別的輸出功率將無法滿足需求，因為它將很快耗盡電池電量。
BLE提供了完美的解決方案。它僅在需要發送或接收數據的情況下才開啟發射機和接收機，從而減少了能量，最大功率輸出僅為10 mW，可以傳輸相同範圍的訊號。BLE還會在短突發封包中發送數據。當不發送封包時，無線電裝置處於空閑狀態，幾乎不需耗電。
Latency（延遲）
BLE優於Bluetooth BR / EDR的另一種方式是延遲。Bluetooth BR / EDR大約需要100毫秒才能準備好發送數據。從發送器接收數據到接收器可用數據之間還有100毫秒的延遲。在某些情況下，這可能會導致相當明顯的延遲。這還會導致更高的功耗，因為發送數據所需的額外時間會消耗更多的電池能量。
BLE提供更低的延遲。BLE只需3毫秒即可準備好發送數據。同樣，從發送器接收數據到接收器可用數據之間的等待時間僅為6 ms。這樣可以更快地發送數據並節省電量。
Throughput（吞吐量）
BLE在延遲，功耗都具有優勢，您可能想知道為什麽還有人會選擇Bluetooth BR / EDR？好吧，BLE在吞吐量方面落後於Bluetooth BR / EDR。Bluetooth BR / EDR和BLE均使用GFSK，因此從理論上講，吞吐量的最大限制為1 Mb / s。但是，諸如協定開銷，無線電限制和人為的軟體限制等因素限制了實際的吞吐量。
在實踐中，Bluetooth BR可以達到0.7 Mb / s的吞吐量，而Bluetooth EDR可以達到2.1 Mb / s的吞吐量。對於流音訊之類的應用程式來說，這已經足夠了吞吐量。由於BLE在短時間內發送數據以節省功率，因此其吞吐量面臨其他限制。它只能實作0.27 Mb / s的最大吞吐量。盡管此吞吐量不足以傳輸音訊，但足以發送不需要不斷傳輸的傳感器數據。
透過這四個部份，很明顯，每種協定的PHY差異都會導致執行參數差異很大。表1總結了Bluetooth BR / EDR和BLE之間的關鍵參數。
Bluetooth 5
Bluetooth 5使用原始的低功耗BLE技術，但包括一些新的增強功能。最大的增強功能之一是引入了三個PHY，可以選擇這些PHY來提高最大範圍或吞吐量。Bluetooth 5還添加了增強功能，可以改善廣播。
Bluetooth 5提供的第一個PHY稱為LE 1M。這與Bluetooth 4.2規範中用於BLE的PHY相同，因此其大多數參數將與表1中所示的參數匹配。LE 1M是Bluetooth 5中唯一必需的PHY。其他兩個PHY是可選的。
Bluetooth 5將編碼的PHY整合為可選PHY之一，可以擴充套件通訊範圍。編碼的PHY透過引入冗余以獲得一定的處理增益，而不是增加發送器的功率，從而實作了更長的範圍。
Bluetooth 5引入了其他冗余位，這些冗余位用於確定位的正確值。編碼的PHY有兩種變體：S = 2和S = 8。S = 2每位發送兩個符號，這將吞吐量降低了兩倍，但理論上將範圍擴大了一倍。S = 8每位發送八個符號。盡管這會將原始吞吐量降低到125 kb / s，但它大約是該範圍的四倍。實際上，實際範圍將略低於理論值，但是此方法仍有助於實作更大的範圍。
範圍並非對所有最終應用程式都很重要，因此Bluetooth 5確保為吞吐量比範圍更重要的應用程式提供一些東西。有一個稱為LE 2M的雙數據速率選項，可將原始數據速率提高到2 Mb / s。它允許以最大1.4 Mb / s的實際實際吞吐量發送數據。這意味著數據傳輸比藍芽BR傳輸速度更快，且功耗更低。
表2比較了Bluetooth 5中可用的三個PHY，以顯示它們在原始數據速率和範圍方面的差異。
Bluetooth 5提供了很多廣播增強功能。它仍然使用與BLE相同的渠道方案，但包括在所有40個渠道上投放廣播的選項，而不僅僅是三個。在Bluetooth 5中，小的廣播包可以在BLE中使用的三個廣播通道上傳輸。但是，它們現在可以指向可以在其他37個頻道上發送的更大的廣播包（最多255個八位字節）。這也有助於減少三個主要廣播渠道上的內容量。Bluetooth 5還包括用於廣播封包連結，定期廣播和較低的最小廣播間隔的增強功能。
套用領域
PHY的差異是確定哪種協定最適合每種套用的關鍵。在最後幾節中，我們介紹了許多技術細節，這些細節可用於更好地理解每種協定的理想用法。
讓我們從Bluetooth BR / EDR開始。它以更高的吞吐率折衷了封包延遲和功率，因此最適合以吞吐率為關鍵指標的套用。這使其成為流或發送大量數據等應用程式的理想協定。常見的套用是無線耳機和點對點套用。
BLE最適合僅需要發送少量數據的套用，裝置可以透過這些數據喚醒，傳輸所需的數據然後再進入睡眠狀態。BLE的低功耗使其成為使用小電池供電的裝置所必需的。非常適合BLE的套用是心率監測器。心率監測器不需要經常發送數據，但是需要在電池上長時間執行。隨著物聯網領域的不斷發展，我們可能會看到BLE的許多新套用。
重要的是要註意，在為套用選擇支持Bluetooth的裝置時，需要確保選擇支持計劃使用的協定的IC。您不能隨意購買IC並假定它同時支持Bluetooth BR / EDR和BLE。如前所述，Bluetooth BR / EDR和BLE使用不同的PHY，因此您需要確保選擇的IC支持您計劃使用的協定的PHY，或者如果您認為這兩個PHY都對您有利，則它同時支持這兩個PHY套用。
有望實作廣泛改進的Bluetooth 5已開始出現在流行技術中。許多流行的智慧型手機已經提供了Bluetooth 5支持。與大多數無線協定一樣，將Bluetooth 5整合到大多數電子裝置中已經花費了幾年時間。但是，越來越明顯的是Bluetooth 5的時代已經到來。
如果您準備好使用Bluetooth 5，則需要一個相容Bluetooth 5的微控制器來滿足關鍵要求。一個例子是Maxim的 MAX32666GWPBT，它具有雙Arm Cortex-M4內核和專用於執行Bluetooth協定棧的獨立硬體 （圖5） 。這使兩個內核完全免費供您的應用程式使用。另一個選擇是MAX32665低功耗Arm Cortex-M4，具有帶Bluetooth 5的浮點單元（FPU）微控制器。該微控制器具有電源管理功能，例如單電感多輸出（SIMO）開關模式電源和動態電壓縮放可最大程度地降低功耗，因此非常適合電池供電的系統。
5. MAX32666GWPBT微控制器針對 Bluetooth 5套用。
結論
與任何一堂好課一樣，測試知識的最佳方法是參加測驗。挑戰自己，回到本文開頭列出的應用程式，看看是否可以確定每個藍芽協定使用哪種藍芽協定。如果您遇到困難，答案就在下面……
Bluetooth BR / EDR非常適合要求最大吞吐量的套用。它會消耗大量的電量，因此對於需要延長電池壽命的應用程式不利。它還具有更大的延遲，並且需要更長的時間來建立連線以發送數據。因此，它不適用於發送和接收不頻繁的短訊息的應用程式。您可以找到它用來將電話連線到汽車立體聲系統以在電腦或平板電腦之間播放音樂或發送檔。兩種套用都需要高吞吐量，並且可以承受一定的功耗。
當低功耗至關重要且不需要高吞吐量時，可以使用BLE。它可以非常快速地發送數據，並且延遲很短。您會發現它用在需要使用小電池長時間執行的應用程式中，或者不需要經常發送數據的應用程式中。BLE用於家庭安全系統，例如智慧門鎖和健身追蹤器。
即使這些技術都被稱為Bluetooth，它們確實為無線電子世界提供了不同的優勢。為了確定最適合您的套用的協定，請確保回顧一下 表1中 列出的PHY的不同之處，以檢視每種協定的優勢。此外，請註意Bluetooth 5憑借其更高的吞吐量，更長的範圍和擴充套件的廣告功能，將在未來幾年內改變行業。
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