Bluetooth กำลังเปลี่ยนเกม! HDT ดันความเร็วแตะ 7.5 Mbps เปิดทางสู่เสียง 5.1 Channel

Ceva และ Actions Technology ประกาศเปิดตัว ATS296X-series กลุ่มชิป Bluetooth Audio SoC ที่พัฒนาบนแพลตฟอร์ม Bluetooth High Data Throughput (HDT) ของ Ceva โดยเป็นหนึ่งในผลิตภัณฑ์เชิงพาณิชย์รุ่นแรก ๆ ที่นำเทคโนโลยีดังกล่าวมาใช้งานจริง แม้ขณะนี้ Bluetooth SIG จะยังไม่ได้รับรอง HDT เป็นส่วนหนึ่งของมาตรฐาน Bluetooth อย่างเป็นทางการ

ATS296X-series ผสานเทคโนโลยี High Data Throughput Radio IP ของ Ceva เข้ากับสถาปัตยกรรม Dual-RF ที่ Actions Technology พัฒนาขึ้นเอง โดยตั้งเป้ารองรับอัตราการรับส่งข้อมูลประมาณ 7.5 Mbps

Bluetooth HDT เพิ่มความเร็ว Bluetooth LE เกือบ 4 เท่า

จุดเด่นสำคัญของ Bluetooth HDT คือการเพิ่มอัตราการรับส่งข้อมูลสูงสุดของ Bluetooth Low Energy (Bluetooth LE) จากเดิม 2 Mbps เป็นประมาณ 7.5 Mbps ทำให้ Bluetooth สามารถรองรับงานที่ต้องการแบนด์วิดท์สูงขึ้นได้มากกว่าเดิม

สำหรับงานด้าน Audio ความเร็วที่เพิ่มขึ้นนี้มีความสำคัญอย่างมาก เพราะช่วยเปิดทางให้ Bluetooth สามารถส่งสัญญาณเสียงแบบ Multichannel ได้ เช่น ระบบเสียง 5.1 Channel ซึ่งต้องใช้ข้อมูลมากกว่าการส่งเสียงแบบ Stereo ที่เป็นข้อจำกัดของ Bluetooth Audio ในระบบรุ่นก่อนหน้า

กล่าวอีกอย่างคือ HDT ไม่ได้เป็นเพียงการทำให้ Bluetooth ส่งข้อมูลได้เร็วขึ้น แต่ยังช่วยขยายขอบเขตการใช้งานของ Bluetooth Audio ไปสู่ระบบเสียงที่มีจำนวนช่องสัญญาณมากขึ้น และรองรับผลิตภัณฑ์ที่ต้องการแบนด์วิดท์สูงกว่าเดิม

ปัจจุบัน Actions Technology ซึ่งเป็นบริษัทออกแบบ Audio SoC แบบ Fabless จากเมืองจูไห่ ประเทศจีน ระบุว่า ATS296X-series กำลังอยู่ในขั้นตอนการทดสอบ Interoperability เพื่อประเมินการทำงานร่วมกับอุปกรณ์และชิปเซ็ตจากผู้ผลิตรายอื่น ขณะที่ Ceva และ Actions Technology ระบุว่า ทั้งสองบริษัทได้ร่วมกันส่งมอบ Wireless Audio SoC ไปแล้วมากกว่า 100 ล้านชิป

Ceva และ Actions Technology รับผิดชอบส่วนใด?

สำหรับการพัฒนา ATS296X-series นั้น Ceva รับผิดชอบส่วนของ Ceva-Waves Bluetooth Platform ซึ่งครอบคลุมตั้งแต่ Bluetooth Controller, Modem, RF ไปจนถึง Software Protocol Stack

ในส่วนของ Bluetooth HDT นั้น Ceva ได้นำเทคโนโลยีของบริษัทเข้าร่วมการทดสอบด้าน Industry Interoperability กับผู้ผลิตชิปเซ็ตรายอื่นมาแล้ว 4 ครั้ง เพื่อทดสอบการทำงานร่วมกันของระบบ ก่อนที่ HDT จะได้รับการรับรองเป็นส่วนหนึ่งของมาตรฐาน Bluetooth อย่างเป็นทางการ

ขณะที่ Actions Technology รับผิดชอบในส่วนของ Audio Processing Pipeline ซึ่งบริษัทมีประสบการณ์ในการใช้ Ceva Audio DSP IP ที่ได้รับลิขสิทธิ์มาเป็นเวลาหลายปี พร้อมนำสถาปัตยกรรม Dual-RF Front End ที่พัฒนาขึ้นเองเข้ามาเป็นส่วนหนึ่งของชิปตระกูลนี้

Ceva ระบุว่า Dual-RF Design ดังกล่าวได้รับการออกแบบมาเพื่อรองรับการใช้งานของลูกค้าที่มีความหลากหลาย รวมถึงสถานการณ์ที่อุปกรณ์จำเป็นต้องทำงานหลายรูปแบบพร้อมกัน หรือ Concurrent Operation ในหลายสถานการณ์การใช้งาน

เจาะกลุ่มตลาด Audio ที่ Actions Technology มีฐานลูกค้าอยู่แล้ว

ทั้งสองบริษัทวาง ATS296X-series สำหรับผลิตภัณฑ์หลายประเภท ได้แก่ Bluetooth Speaker, Wireless Microphone, Wireless Gaming Headset และระบบเสียงภายในบ้านแบบ Multichannel

น่าสนใจว่าตลาดเหล่านี้ไม่ใช่ตลาดใหม่สำหรับ Actions Technology เพราะบริษัทมีผลิตภัณฑ์ Bluetooth แบบ Dual-Mode ที่ใช้ Bluetooth 5.x อยู่แล้ว ดังนั้น ATS296X-series จึงมีลักษณะเป็น เส้นทางอัปเกรด (Migration Path) สำหรับฐานลูกค้าเดิมของบริษัทมากกว่าจะเป็นการนำชิปเข้าสู่ตลาดใหม่ที่ไม่เคยทำมาก่อน

การเปลี่ยนผ่านไปสู่ Bluetooth HDT จึงอาจช่วยให้ผู้ผลิตอุปกรณ์ Audio สามารถนำผลิตภัณฑ์เดิมไปสู่ระบบที่ต้องการแบนด์วิดท์สูงขึ้นได้ โดยยังคงอยู่บนแพลตฟอร์มและแนวทางการออกแบบที่คุ้นเคย

Bluetooth HDT ทำอะไรได้บ้าง

Bluetooth HDT ไม่ได้เป็นเพียงการปรับปรุง Physical Layer เดิมของ Bluetooth LE ให้ทำงานเร็วขึ้น แต่เป็นการเพิ่ม Physical Layer (PHY) รูปแบบใหม่ เข้ามาโดยเฉพาะ โดยข้อมูลจาก Bluetooth SIG ระบุว่า HDT รองรับอัตราการรับส่งข้อมูลหลายระดับ ได้แก่ 2, 3, 4, 6 และ 7.5 Mbps และทุกระดับยังคงใช้อัตราการส่งสัญลักษณ์ที่ 2 Megasymbols ต่อวินาที (2 Msym/s) แต่สามารถเพิ่มจำนวนบิตที่ส่งได้ด้วยการใช้ การมอดูเลตระดับสูง (Higher-order Modulation) โดยเฉพาะ QPSK และ QAM ในรูปแบบต่าง ๆ พร้อมใช้การถอดรหัสแบบ Coherent

ในด้านความน่าเชื่อถือ HDT ใช้ Forward Error Correction (FEC) ที่พัฒนาบนพื้นฐานของ Convolutional Codes กับทุกระดับความเร็ว ขณะที่โครงสร้างแพ็กเกจได้รับการออกแบบให้รองรับ Payload ที่มีขนาดมากกว่า 8,000 ไบต์ โดยข้อมูลจะถูกแบ่งออกเป็นบล็อกย่อย และแต่ละบล็อกมีการตรวจสอบความถูกต้องของข้อมูลแยกจากกัน หากพบว่าบล็อกใดเกิดความเสียหาย ระบบจะส่งข้อมูลเฉพาะบล็อกนั้นกลับมาใหม่ แทนที่จะต้องส่งแพ็กเกจทั้งหมดซ้ำอีกครั้ง

อีกความสามารถที่น่าสนใจคือ Header ของแต่ละแพ็กเกจจะระบุอัตราการรับส่งข้อมูลที่ใช้เอาไว้ด้วย ทำให้อุปกรณ์สองตัวสามารถเปลี่ยนระดับความเร็วได้แบบแพ็กเกจต่อแพ็กเกจตามสภาพการเชื่อมต่อ นอกจากนี้ยังสามารถเปิดใช้ช่องสัญญาณ Feedback เพื่อส่งข้อมูลอย่าง RSSI และ SNR กลับไปยังตัวส่ง เพื่อช่วยให้ระบบประเมินคุณภาพของลิงก์และเลือกการตั้งค่าที่เหมาะสมได้

ไม่ได้มีประโยชน์เฉพาะกับ Audio

แม้ระบบเสียงจะเป็นหนึ่งใน Use Case ที่ได้รับประโยชน์จาก HDT อย่างชัดเจน แต่การเพิ่มความเร็วของ Bluetooth ยังช่วยกับงานประเภทอื่นด้วย

Bluetooth SIG ยกตัวอย่างการทดสอบในช่วงแรกจากสมาชิกขององค์กรว่า การส่งไฟล์ขนาดหลายเมกะไบต์ ซึ่งปัจจุบันอาจใช้เวลาประมาณ 16 วินาที สามารถลดลงเหลือประมาณ 4 วินาที เมื่อใช้ HDT

ความสามารถดังกล่าวสามารถนำไปประยุกต์ใช้กับการอัปเดต Firmware แบบ Over-the-Air (OTA) สำหรับอุปกรณ์อย่าง Earbuds และ Bluetooth Speaker ได้โดยตรง เนื่องจากระยะเวลาในการอัปเดตซอฟต์แวร์เป็นหนึ่งในประเด็นที่มักสร้างความไม่สะดวกให้กับผู้ใช้งานและฝ่ายสนับสนุนผลิตภัณฑ์

เพิ่มความปลอดภัยให้กับการรับส่งข้อมูล

ในด้านความปลอดภัย HDT ยังเพิ่มความสามารถของ Message Integrity Check (MIC) จากเดิมที่ใช้ขนาด 32 บิตใน PHY ของ Bluetooth LE รุ่นปัจจุบัน เป็นตัวเลือกขนาด 64 และ 128 บิต

นอกจากนี้ยังมี Encryption Key Schedule รูปแบบใหม่ ซึ่งสามารถสลับคีย์เข้ารหัสและขนาดของ MIC ได้เมื่อการเชื่อมต่อเปลี่ยนระหว่าง PHY รุ่นเดิมที่ใช้ GFSK กับ PHY แบบ HDT ช่วยให้การจัดการด้านความปลอดภัยสามารถรองรับการทำงานร่วมกันระหว่าง PHY ทั้งสองรูปแบบได้

Bluetooth SIG คาดว่าจะนำ HDT ไปบรรจุใน Core Specification รุ่นถัดไป ซึ่งคาดว่าจะประกาศในช่วงปลายปี 2026 โดย Ceva และ Actions Technology ต่างเรียกมาตรฐานรุ่นดังกล่าวว่า Bluetooth 7.0 อย่างไรก็ตาม ในเอกสารอย่างเป็นทางการของ Bluetooth SIG เอง ยังไม่ได้ใช้หมายเลขเวอร์ชัน 7.0 เรียกมาตรฐานดังกล่าวในขณะนี้

เบื้องหลังตัวเลข 7.5 Mbps

หากเป็นสัญญาณเสียง Stereo คุณภาพระดับ CD ที่ไม่มีการบีบอัด จะต้องใช้ Data Rate ประมาณ 1,411 kbps ขณะที่การบีบอัดแบบ Lossless ที่ผ่านมา มักต้องพยายามทำให้อัตราข้อมูลอยู่ภายใต้ข้อจำกัดของ Bluetooth มากกว่าจะมีแบนด์วิดท์เหลือเพียงพอสำหรับการใช้งานอย่างสบาย ๆ

ตัวอย่างเช่น Qualcomm aptX Lossless รองรับอัตราข้อมูลประมาณ 1.1–1.2 Mbps และต้องได้รับการรับรอง Snapdragon Sound ที่อุปกรณ์ทั้งสองฝั่ง เนื่องจากเทคโนโลยีดังกล่าวอาศัย Bluetooth High Speed Link ซึ่งเป็นเทคโนโลยีเฉพาะของ Qualcomm และทำงานนอกเหนือจากข้อกำหนดของ Bluetooth SIG

ส่วน Sony LDAC สามารถทำ Data Rate ได้สูงสุดประมาณ 990 kbps แต่ยังเป็นการส่งเสียงแบบ Lossy หรือมีการสูญเสียข้อมูลจากการบีบอัด

เมื่อ Bluetooth HDT เพิ่มเพดานการรับส่งข้อมูลขึ้นมาถึง 7.5 Mbps ความเร็วระดับนี้จึงมากพอที่จะรองรับการส่งสัญญาณเสียงคุณภาพสูงได้โดยไม่จำเป็นต้องพึ่งพาเทคโนโลยีเสริมเฉพาะของผู้ผลิต โดยตามข้อกำหนดของ HDT การส่งสัญญาณเสียง 5.1 Channel แบบไม่บีบอัด ที่ความละเอียด 24-bit และ Sampling Rate 48 kHz จะต้องใช้ Data Rate ประมาณ 6.9 Mbps ซึ่งยังอยู่ภายในขีดความสามารถของ HDT

อย่างไรก็ตาม การเพิ่มความเร็วไม่ได้หมายความว่าปัญหาทั้งหมดจะหมดไป โดยเฉพาะข้อจำกัดด้าน Spectrum เพราะการส่งข้อมูลหลาย Mbps ผ่านย่านความถี่ 2.4 GHz ต้องใช้ Airtime ต่อหนึ่งลิงก์มากกว่าการส่ง Audio Stream ผ่าน LC3 ที่ระดับประมาณ 160–320 kbps อย่างมาก ขณะที่ย่านความถี่เดียวกันนี้ยังต้องใช้งานร่วมกับ Wi-Fi และอุปกรณ์ Bluetooth LE อื่น ๆ ที่อยู่ในบริเวณเดียวกัน

Bluetooth SIG มองว่าการเพิ่มความเร็วมีข้อดีในด้านประสิทธิภาพพลังงาน เนื่องจากเมื่อสามารถส่งข้อมูลได้เร็วขึ้น วิทยุของอุปกรณ์ก็สามารถกลับเข้าสู่สถานะ Idle ได้เร็วขึ้น ส่งผลให้ พลังงานที่ใช้ต่อจำนวนบิต (Energy per Bit) ลดลง

แต่ประเด็นเรื่องการรบกวนระหว่างระบบ (Interference) ยังคงเป็นอีกเรื่องที่ต้องพิจารณาแยกต่างหาก โดย Bluetooth SIG และ Wi-Fi Alliance ได้เริ่มความร่วมมือด้าน Coexistence ตั้งแต่วันที่ 19 มิถุนายน เพื่อพัฒนาแนวทางให้ Bluetooth และ Wi-Fi สามารถทำงานร่วมกันในย่านความถี่ 2.4 GHz ได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น.

Source : Allaboutcircuits.com

Translated and edited by Bunpajarn
Blue tooth | HDT | ATS296X |