低功耗蓝牙（BLE）——概述

Posted 2021-03-16 suding

1. 概述

??蓝牙协议是由SIG制定并维护的无线通信协议，蓝牙协议栈是蓝牙协议的具体实现。各厂商都根据蓝牙协议实现了自己的一套函数库——蓝牙协议栈，所以不同厂商的蓝牙协议栈之间虽然存在差别，但是都遵循同一套蓝牙协议。
??蓝牙技术的实质是建立通用无线接口及其控制软件的标准，使移动通信与计算机网络之间能实现无缝连接。蓝牙通讯最初设计初衷是方便移动电话（手机）与配件之间进行低成本、低功耗无线通信连接。
??标准号：IEEE802.15.1
??核心技术：低功耗，即Low Energy

1.1 RF规格

??工作频段
??2.4GHz~2.4835GHz，ISM（Industrial，Scientific and Medical）频段
??工作频道
??2402 + k*2MHz, k=0,...,39.
??40个频道，每个频道2MHz的间隔，3个广播信道（37-2402MHz，38-2426MHz，39-2480MHz），37个数据信道，广播报文还是数据报文由信道决定；
??调制方式：GFSK（高斯频移键控），调制指数为0.5
??中心频率容限：±150kHz

1.2 发射功率

??-20dBm~10dBm（0.01mW ~ 10mW）—— ble4.0/ble4.1/ble4.2
??-20dBm~20dBm（0.01mW ~ 100mW）—— ble5.0/ble5.1/ble5.2

1.3 数据速率

??1Mbps —— ble4.0/ble4.1/ble4.2
??2Mbps —— ble5.0/ble5.1/ble5.2

1.4 通信距离

??CC2640R2F LaunchPad在TI的远距离测试视频（400m）和TI的应用工程师在奥斯陆的小镇上进行的超远距离测试视频（1.5）
??视频

1.5 连接特性

??蓝牙协议栈未对多主多从做规定，一个设备最多支持几主几从，完全取决于设备的RAM、Flash资源和具体的业务需求。nRF52840最多支持20个连接（官方例程给出的是2个主机）。

1.6 蓝牙5.0新特性

• SAM（Slot Availability Mask，经典蓝牙）
  
• 2 Msysm/s PHY for LE —— 高速率，物理层2Mbps
  
• LE Long Range —— 长距离，coded和FEC技术
  
• High Duty Cycle Non-Connectable Advertising
  
• LE Advertising Extensions —— 广播扩展
  
• LE Channel Selection Algorithm #2 —— 第2代信道选择算法
  
• Higher Output Power（CSA5）—— 高输出功率，最大20dBm

1.7 认证

??ISM频段：(Industrial, Scientific and Medical----工业、科学和医疗) Band
??在IEEE 802.15.4中总共规定了27个信道：
??在2. 4GHz频段，共有16个信道，信道通信速率为250kbps；（全球通用）
??在915MHz频段，共有10个信道，信道通信速率为40kbps；（北美认可）
??在896MHz频段，共有1个信道，信道通信速率为20kbps。（欧洲认可）

??信道0：868.3MHz
??信道1~ 10：902MHz~928MHz，间隔2MHz，两头有余量
??信道11~ 26：2.4GHz~2.4835GHz，间隔5MHz，两头有余量

??除了 ISM 频带外，在我国，低于 135kHz，在北美、日本等地，低于 400kHz 的频带也是免费频段。各国对无线频谱的管理不仅规定了 ISM 频带的频率，同时也规定了在这些频带上所使用的发射功率，在项目开发过程中，需要查阅相关的手册，如我国信息产业部发布的《微功率（短距离）无线电设备管理规定》。