扫二维码关注摩尔实验室
了解行业最新资讯，为您的产品保驾护航
解答各种产品认证检测问题，为您的产品保驾护航
蓝牙5-由下而上的技术变革
2017-06-26 16:33:58 栏目：通讯专栏
核心导读
文章脉络/关键词：
蓝牙5技术、蓝牙5.0 PHY层、物联网无线连接、LE Coded编码、蓝牙传输距离提升、低功耗蓝牙标准
内容摘要：
蓝牙5通过全新PHY层实现由下而上的技术革新，推出LE 1M、LE 2M和LE Coded三种物理层方案，分别实现兼容延续、速率翻倍和距离扩展4倍的核心突破，为物联网大规模部署奠定低功耗无线连接基础。
AI 深度解读
蓝牙5的发布标志着无线短距离通信进入新阶段。2016年12月推出的核心规格并非简单迭代，而是从物理层（PHY）发起的架构级重构。技术层面，LE 2M PHY将理论速率提升至蓝牙4的两倍，满足高清音频与图像传输需求；LE Coded PHY则通过FEC前向纠错编码，在不增加发射功率的前提下，以S=2和S=8两种编码方案分别实现2倍和4倍的传输距离扩展，这对智能家居、工业传感器等需要广覆盖的场景具有决定性意义。政策与产业层面，蓝牙技术联盟通过认证体系加速生态统一，2017年已有大量产品通过认证上市。对开发者而言，新的HCI命令允许动态切换PHY模式，意味着单一芯片可适配从高速率到远距离的多元场景。行业意义上，蓝牙5的'由下到上'设计哲学打破了'速率与距离不可兼得'的传统权衡，为BLE Mesh网络的大规模节点部署扫清了障碍，预计将在零售Beacon、资产追踪、智能建筑等领域催生新一轮应用创新。
【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
1.蓝牙5的新PHY
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。
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。
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。
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。
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。
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。
常见问题
Q: 蓝牙5的LE Coded PHY是如何实现传输距离提升的？
A: LE Coded PHY通过增加FEC前向纠错编码而非提高发射功率来扩展距离。S=2方案用2个编码位代替1个数据位，距离提升至蓝牙4的2倍；S=8方案用8个编码位代替1个数据位，距离可达4倍，但有效速率分别降至500Kb/s和125Kb/s。
Q: 蓝牙5的三种PHY模式各适用于什么场景？
A: LE 1M兼容蓝牙4.2，适合现有设备延续；LE 2M速率翻倍，适用于高清音频、图像传输等带宽敏感型应用；LE Coded侧重远距离覆盖，适合智能家居全屋、商场Beacon等需要广域连接的场景。
Q: 蓝牙5相比蓝牙4.2在物联网部署中有哪些核心优势？
A: 蓝牙5提供动态PHY切换能力，开发者可按需选择速率或距离；4倍距离扩展支持单设备覆盖整层建筑；8倍数据包长度提升Mesh网络效率；20dBm功率上限为远距离传输提供充足能量储备，整体降低物联网节点部署密度和成本。
