蓝牙 HDT 简介与演示：蓝牙低功耗究竟提速多少

本文将为大家介绍什么是 Bluetooth HDT，并基于 Nordic 全新原型系统级芯片上运行的演示，对比它相对蓝牙低功耗 1M、2M 的速度提升。

简介

蓝牙高速吞吐量（Bluetooth High Data Throughput，HDT）是蓝牙低功耗的下一代演进方向，能够实现更高的数据速率。我们正在研发一款即将推出的系统级芯片，它将成为首批支持该特性的芯片之一。文中附带演示视频，在该演示里，我们首次对外展示这款原型芯片的实际运行效果。

Bluetooth HDT 在蓝牙技术联盟（Bluetooth SIG）内部已接近定稿，预计将于今年正式发布。它为蓝牙低功耗新增基于更先进调制方式的物理层（PHY）以及更长数据包，以此实现超越蓝牙低功耗 1M、2M 的传输速率。该特性将与 LE 1M、LE 2M 并存，并不会取而代之。

这并非蓝牙低功耗首次迎来提速。蓝牙核心规范 5.0 新增了 LE 2M 物理层，将符号速率提升一倍，同时保留原有 GFSK 调制与数据包结构；只要通信两端均支持该物理层，同等数据的空中传输耗时便可减半。而 Bluetooth HDT 的实现方式有所不同：它同时改动了调制方式、数据包以及物理层数量，也存在对应的取舍权衡，因此非常适合部分应用场景，但并不适用于另一些场景。

简要回顾 LE 2M 的推出

我们可以简单回顾一下，当初在 LE 1M 之外新增 LE 2M 时带来了哪些变化，后文将以此作为参照。调制方式依旧为 GFSK，每个符号承载 1 bit，但符号速率从每秒 100 万提升至每秒 200 万。数据包结构基本保持不变，链路层与主机层同样沿用原有设计。

提升吞吐量的代价，是接收灵敏度相比 LE 1M 略有下降，也就是通信距离会稍短一些。实际吞吐量并没有翻倍，这是因为协议本身没有改动，数据包间隔以及确认报文所占用的时间和 LE 1M 一致。设备可通过标准流程随时在 1M、2M 物理层之间切换；不过在实际产品中，大多数设备一旦启用 LE 2M，便会一直沿用该物理层。

Bluetooth HDT 带来哪些变化

在以下四个方面，Bluetooth HDT 均有着不一样的表现。

更长数据包与全新协议

LE 2M 沿用原有数据包结构，而 Bluetooth HDT 定义了支持更长数据包的全新协议，相比 LE 1M、2M 所使用的协议更为先进、复杂。

数据包长度至关重要：每个数据包都存在固定时间开销，包括前导码、报文头、包间隔以及确认帧。短数据包的大部分传输时间都消耗在这类开销上；长数据包则可以把这笔固定开销分摊到更多有效载荷之中，这也是吞吐量提升的主要来源。这同时意味着，如果传输短数据包，Bluetooth HDT 的优势十分有限，性能甚至可能不及 LE 2M。理论上，有效载荷长度约 10 字节以上时，Bluetooth HDT 的表现才会优于 LE 2M，但该数值只是理论参考，会随应用场景与通信环境变化。如果追求高吞吐量，建议使用更大的有效载荷。

更高的吞吐量也代表：传输相同有效载荷所需的空中时长更短，为其他通信业务腾出更多资源。射频模块可以更快释放，供其他连接以及共享 2.4 GHz 频段的设备使用。

采用全新调制方式的物理层

LE 1M 和 LE 2M 使用 GFSK，每个符号传输 1 比特。Bluetooth HDT 新增 π/4‑QPSK（每个符号承载 2 比特）、8‑PSK（每个符号承载 3 比特）以及 16‑QAM（每个符号承载 4 比特），并搭配前向纠错。这类调制方式与 GFSK 不同，因此需要全新射频硬件，无法通过软件在现有系统级芯片上实现，这也是 Bluetooth HDT 将随新一代系统级芯片推出的原因。

为何设置多种物理层：吞吐量与通信距离的取舍

规范定义了五种全新的 2.4 GHz 物理层：HDT2、HDT3、HDT4、HDT6 以及 HDT7.5。每一种 HDT 物理层都在速率与通信距离之间做出了不同权衡：速率最高的物理层对链路质量要求严苛；而速率较低、纠错能力更强的物理层，则可以在更远距离或者噪声更高的环境下高效工作。通信链路并非一成不变：距离、干扰以及用户位置都在持续变化，不存在一种物理层可以适配全部场景，这正是 Bluetooth HDT 设置五种物理层的原因。

使用 LE 2M 时，物理层虽然支持随时切换，但实际产品大多一经设定便不再改动。Bluetooth HDT 在设计上支持物理层即时切换，可实时响应当下信道状况，机制类似于 Wi‑Fi。协议内置由链路层负责的链路质量功能，为设备提供判断切换时机所需的反馈。这也是 Bluetooth HDT 除更高峰值吞吐量之外的一大亮点。

观看演示

在我们的演示中，两块原型系统级芯片会依次在全部全新 HDT 物理层，以及 LE 1M、LE 2M 上传输数据。Joel Kauppo 将在下方视频中为大家展示该演示。

👉 观看YouTube视频

在本次演示中，我们使用各个物理层传输同一个 2 MB 文件。速率最高的 HDT 物理层平均吞吐量约为 3.8 Mbps，峰值约 3.9 Mbps，传输耗时约 4 秒。LE 2M 的平均吞吐量与峰值吞吐量均约为 1.4 Mbps，耗时 12 秒；LE 1M 平均吞吐量约 0.76 Mbps，峰值约 0.77 Mbps，耗时 22 秒。其余 HDT 物理层的性能则分布在两者之间，并且所有物理层的平均吞吐量与各自峰值的偏差均控制在约 4% 以内。

以下为演示环境下传输 2 MB 数据的初步测试结果，有效载荷设置为 508 字节。本次测试在普通办公室桌面环境完成。随着研发推进，后续将放出基准测试以及更精准的实验室测量数据。

选择合适的技术方案

对于对吞吐量要求不高的超低功耗应用，蓝牙低功耗 1M 和 2M 依旧是首选方案。它们采用更短的数据包，开销更小、延迟更低。这类应用可以选用 nRF54L Series。

Bluetooth HDT 则适合有更高传输需求的场景。经验规律是：需要传输的数据量越大、数据包越长，相比 LE 2M 的优势就越明显；如果是短小且频繁发送的报文，提升幅度有限，当低于盈亏平衡点时，性能甚至会更差。

以往，如果蓝牙低功耗 1M、2M 的速率无法满足需求，产品一般会选用 Wi‑Fi，但这也要付出代价：需要额外一套射频、功耗更高、设计工作量更大，还必须接入无线网络。Bluetooth HDT 将承接一部分这类场景：也就是传输量超出 LE 1M、2M 的能力，但又不需要 Wi‑Fi 超大带宽的业务。搭载 Bluetooth HDT 的蓝牙低功耗系统级芯片，可以依托设备已有的蓝牙低功耗连接实现该能力。如果需要更高的吞吐量，则仍然适合选用 Wi‑Fi。

解锁全新应用可能

如果产品需要比蓝牙低功耗 1M、2M 更快的批量数据传输或者更高码率的数据流，Bluetooth HDT 会是合适之选。它最适合传输数兆字节至数十兆字节的数据，但并不局限于此区间。这对终端用户而言意味着：

蓝牙的各项功能往往会催生出许多意料之外的应用，我们十分期待看到工程师们基于 Bluetooth HDT 打造出各类创新作品。

后续动态

Nordic 将在后续公布更多支持 Bluetooth HDT 的系统级芯片相关信息。在此期间，如果你的应用对吞吐量没有这么高的要求，nRF54L 系列会是合适选择。若希望结合自身应用探讨 Bluetooth HDT，可以联系 Nordic 销售代表。也请持续关注 DevZone 博客，随着 Bluetooth HDT 的落地推进，我们会在博客发布更多细节。

您也可以在该表单中留下邮箱，一旦有关于 Bluetooth HDT 以及支持 HDT 的系统级芯片的最新消息，我们将会与您联系。