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藍牙5技術探究與應用商機研討會特別報導
強化聯網競爭力 藍牙5/Mesh卡位智慧生活商機
新通訊 201711 月號 201 期《 趨勢眺望 》
文.盧佳柔
看好智慧生活的應用商機,藍牙技術聯盟(Bluetooth SIG)於2016年底正式發布新一代藍牙5技術,隨後又於近期宣布,藍牙將開始支援Mesh網狀網路,提供更遠、更廣的傳輸範圍與多點傳輸的應用,提升藍牙聯網競爭力。
藍牙(Bluetooth)技術勢力版圖愈形壯大。藍牙技術聯盟從2016年開始,推出一系列的強化聯網技術的布局計畫,包含藍牙5與Mesh網狀網路的支援,不僅提升藍牙的傳輸距離與傳輸量,還兼具多對多裝置傳輸效能,滿足建築物自動化(Building Automation)、感測器網路(Sensor Networks)等需要多個、甚至成千上萬個裝置在穩定、安全的環境下傳輸的應用情境,讓藍牙5在競爭劇烈的物聯網市場,搶走所有鎂光燈焦點。 

圖1 Teledyne Lecroy副總裁Paul Russell認為,藍牙5與Mesh網狀網路的支援,將有助於藍牙擴展其物聯網的應用版圖。
事實上,三星旗艦手機Galaxy S8已率先搭載藍牙5技術,其他智慧型手機廠後續推出的中高階機種預料也將快速跟進;除了行動市場大舉採納外,包括智慧家庭、智慧醫療及智慧商場等應用領域也開始擁抱藍牙技術,甚至連工業控制領域也有業者躍躍欲試。 

Teledyne Le​Croy副總裁Paul Russell(圖1)表示,雖然藍牙仍然面臨來自其他標準的強勁競爭,但網狀網路為智慧家庭和其他新興物聯網市場技術開闢了新的機會,其中,低延遲、可擴展性、最小功耗和安全性都是額外的關鍵考慮因素。而這也導致藍牙與其他具備網狀網路技術能力,如Zigbee、Thread競爭愈趨激烈,但不可否認,這些技術皆將有助於提升住宅與室內智慧控制的應用。 

藍牙市占不斷擴增  家庭/音訊市場受倚重 

Russell預估,2018年,藍牙設備的安裝量將達高達約100億台。除了行動領域之外,關鍵的物聯網應用市場的增長領域來自於智慧家庭、智慧照明、信標和可穿戴裝置的挹注。 

另一方面,藍牙音訊市場亦不容小覷。Russell談到,蘋果(Apple)從iPhone 7和iPhone 7 Plus中移除耳機插孔,有助於推動藍牙無線耳機和耳機的採用。他預估2021年,整體行動裝置周邊配件出貨量約有13%支援藍牙功能。不僅如此,藍牙喇叭和汽車聯網應用持續升溫,加上不同的編解碼器(Codec)加持,以及藍牙5速度和頻寬的提升,進一步提高了支持新規範的裝置音頻品質,為藍牙擴增市占率帶來推波助瀾的效果(圖2)。 

圖2 2012~2016年藍牙喇叭銷售額

資料來源:Teledyne LeCroy

Russell指出,​​Teledyne Le​Croy的藍牙5測試解決方案,繼承了去年收購自Frontline而來的優異技術,不僅具有業界工程師熟悉的易用操作性,亦完整支援藍牙4.2的規格指令,基於軟體定義無線電的全面自訂能力更可隨著藍牙標準持續演進。對於最干擾藍牙測試的802.11訊號干擾問題,更是該解決方案的強項,可以輕鬆因應藍牙與Wi-Fi共存環境,大幅減少測試除錯所需的時間。​ 

圖3 意法半導體產品應用經理周文介表示,透過不同標準協定的整合,可進一步擴充聯網範圍,提升物聯網應用彈性。
BLE/Sub-1GHz雙頻設計擴大聯網範圍

意法半導體(ST)產品應用經理周文介(圖3)表示,藍牙低功耗(Bluetooth Low Energy, BLE)在無線通訊的應用,基本上屬於比較近距離傳輸,包含手持裝置、可穿戴應用為主要市場;而在家用或工廠,較多採用Sub-GHz或專屬頻段的一些聯網技術予以實現。不過,藍牙5與Mesh技術的結合,擴增其傳輸範圍,透過與手機或個人裝置結合使用,得以增添既有低功耗優勢,並滿足更多應用。 

舉例來說,周文介談到,該公司藍牙技術已廣泛應用於電視的語音遙控、銀行卡和SIM卡整合應用,利用藍牙和安全保護機制的架構,用手機APP做付費購買的行為。 

此外,在停車管理的應用上,若使用者本身攜帶BLE和Sub-1GHz雙頻設計(Dual-radio)的裝置,一方面透過藍牙技術,遙控手機APP做互動與連結,另一方面,則使用Sub-1GHz聯網,施行廣域的數據資料蒐集,可由100公尺的傳輸範圍,進一步延伸至10公里,甚至是30公里的傳輸距離。 

整體而言,為幫助開發人員大幅降低設計複雜性和縮短產品上市時間。ST於日前推出一款立即可用的BLE智慧藍牙模組SPBTLE-1S,其提供開發功能完整之射頻系統所需的全部元件。新款BLE藍牙模組整合通過市場檢驗的BlueNRG-1應用處理器系統晶片(SoC)與平衡不平衡轉換器、高頻振盪器,以及晶片天線等元件。 

開發人員使用此模組可以克服硬體設計和射頻電路布局等技術挑戰。新藍牙模組SPBTLE-1S通過BQE的認可並取得了FCC、IC和無線電設備法令(CE-RED)之認證,可簡化終端產品進入北美和歐洲市場的審核。內建意法半導體Bluetooth 4.2認證的BLE協議棧,配套軟體發展工具(Software-Development Kit, SDK)包括各種藍牙應用層協定和常式代碼。 

事實上,出貨的藍牙產品都 應通過認證,藍牙SIG成員需遵循展示其藍牙設計和產品符合藍牙規範。該聯盟會要求藍牙SIG成員合法使用藍牙無線技術相關專利和藍牙商標版權,以做為產品認證辨識與保障的一種手段。 

圖4 立德國際符合性檢測部經理陳銘鴻談到,只有具備藍牙SIG會員資格的廠商,其產品才有機會獲得藍牙認證的證書。
加速物聯網應用版圖 先搞懂藍牙5認證妙方

立德國際(Bureau Veritas)符合性檢測部經理陳銘鴻(圖4)談到,一個藍牙終端產品,是由三種不同的層級所組成,包含底層控制、中間核心協議層與應用層,此三者合而為一,才能組成藍牙產品。換言之,若要實現藍牙認證的宣告,無論是哪一種類型的藍牙產品(BR/EDR、BLE或HS),都會有這三個層級與服務。 

陳銘鴻分析,藍牙認證主要規畫三種不同類型測試,PHY層可稱之為RF,針對EDR和BLE的測試;另外,協議層則是針對HCI/AMP HCI控制和Host協議認證;最後則是Profile部分,針對定義的應用,做一些物聯網應用的確認。 

現階段已有支援藍牙測試的認證平台,如圖5所示。目前立德國際主要採用7layers平台,可算業界最早支援藍牙5 RF測試平台之一。這之中,針對底層RF這部分,該公司使用InterLab RF Test Suit全自動化系統系統,其測試架構是經由該公司的控制電腦進行控制,而後透過RF纜線連結,進行待測物的測試。 

圖5 各類型藍牙RF實體層測試列表

資料來源:立德國際

陳銘鴻表示,目前藍牙5在實驗室測試遇到的問題,大多屬於架構設計的問題;廠商一開始的產品在定義測試方法的時候,就與實驗室系統所定義的方法不一樣。為解決此現況,該公司透過一個自動化的介面設計予以改善,當待測物進入測試前,可事先選擇不同所需的測試介面,或是透過手動的方式,設定待測物的測試方法,改善架構設計的難題。 

簡單來說,藍牙5驗證的過程可分為四個階段,依序是測試、準備文件、審核、排入列表(Listing)。值得注意的是,原則上藍牙無論文字或Logo都是一種商標,故使用其的產品都需要認證,而獲得認證的前提就是加入藍牙SIG會員。藍牙的會員機制分成Adopter Member和Associate Member兩種,前者無需繳年費,但若產品需要認證,需要繳交八千美元的認證費用;後者則需依照公司的年收入額繳不同的費用,不過相對而言,認證費用為四千美元,且可參與藍牙SIG不同應用的工作小組討論,深入了解所需的應用相關發展。

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