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蓝牙5-由下而上的技术变革

【导读】 蓝牙5核心规格自2016年12月份推出至今,已有不少蓝牙5.0的产品通过了蓝牙认证,面向了市场。蓝牙5为推动物联网高速发展,显著提升了蓝牙的传播距离,速度和广播消息能力等方面,使得无线连接变得更加简单且安全。那么,蓝牙5是如何实现这些方面的升级呢?

 1.蓝牙5的新PHY

 
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蓝牙5的技术提升是基于新的PHY实现的,可以说是一个由下而上的技术革新。蓝牙5的核心规格里有LE 1M,LE 2M和LE Coded。这些不同的PHY有什么区别,又有些什么实际意义呢?
 
 
LE 1M PHY
对于蓝牙5,符号速率可以有多个选择,但LE 1M是必选项,是必须支持的。LE 1M是蓝牙4中使用的PHY,在蓝牙5中也会使用到,并且蓝牙5和蓝牙4.2的数据包类型也是一样的,有效载荷均为255个字节,因此当蓝牙5使用LE 1M的PHY时,吞吐量,功耗,传输距离等和蓝牙4.2是一样的。相对于蓝牙4.0,4.1的LE部分,数据包长度变为了8倍,可为mesh及其他网络协议传播更多的数据量,为面向非连接的应用提供了更多的灵活性。
LE 2M PHY
LE 2M PHY是蓝牙5新增的PHY,在不改变数据包类型的情况下,将原来的传输包和接收包所需要的时间缩短为原来的一半,在不考虑数据包间隔时间的情况下,将蓝牙传输的理论速率变成了蓝牙4的俩倍,为后续的高级音频,图像传输应用打下了坚实的基础。
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根据蓝牙技术联盟的资料,可以看到蓝牙5的带宽比4.0/4.1版本高4.6倍,比4.2版本高约1.7倍。更高的带宽可以转化为更高的速度,不仅增强了数据传输速度,优化了蓝牙应用的响应时间,进一步提升了蓝牙产品的使用体验。在2M的速率下,蓝牙的功耗也会随之增高,相对于原来蓝牙4 LE部分10dBm的功率限制,蓝牙5的LE将功率限制在20dBm,直接提高了10倍的功率限值。在传输距离上,LE 2M反而会比LE 1M更短一些。

LE Coded PHY

蓝牙5是依靠LE Coded PHY来实现更远的传播距离的,LE Coded PHY也是使用1M的符号速率,要想增加蓝牙的有效传输距离,就要保证在更远的距离可以实现和原来相同的可以容忍的误码率,但蓝牙5在增加有效传输距离的同时没有增加蓝牙的发射机功率,而是增加了新的处理错误和检测错误的机制,即在传输的数据包中额外添加FEC前向纠错编码,从而达到更远的有效距离。

 
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蓝牙5的LE Coded PHY又分为LE Coded S=2和LE Coded S=8两种编码方案。在S=2中,FEC编码使用卷积编码器,通过二分之一的码率输出数据位,即2个编码位代替原来一个数据位,这种编码方案下,理论有效数据传输速率降低为500Kb/s,但由于加强了纠错能力,提高了灵敏度,传输距离可以达到蓝牙4低功耗的2倍。在S=8中,通过卷积编码器以八分之一的码率输出数据,8个编码位代替原来一个数据位,理论有效数据传输速率为125Kb/s,纠错能力以及抗干扰能力大大加强,传输距离可以达到蓝牙4低功耗的4倍。
 
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2.蓝牙5的光明前景 
    蓝牙5的技术革新将在许多领域产生重大影响,并且将继续定位于物联网的低功耗技术。通过蓝牙5新的HCI(主机控制器接口)命令,可以在传输和接收时选择不同的PHY,对于不同的应用场景,可以有更好的效果。更快的传输速率,可以给用户更好的体验,更远的传输距离,完全可以覆盖整个房间甚至整个商场的无线设备,为进一步的物联网带来了想象空间。
 
欲了解更多蓝牙5的技术发展及测试需求的的各项问题,欢迎报名参加2017/07/5的研讨会。