Bluetooth®5如何增加蓝牙低能耗连接的可实现范围？

2018-8-3 14:22:48

2971 BlueTooth 蓝牙

对于核心规范版本5.0，Bluetooth®不再是仅用于个人局域网（PAN）的无线协议。该规范增加了三项新数据速率，其中两项专门用于增加蓝牙]但是，什么是蓝牙5无线电链路的实际范围是多少？在本视频中，我们展示了使用新的125 kbps编码PHY（PHYsical）格式的两个SimpleLink™蓝牙低功耗CC2640R2F无线微控制器（MCU）LaunchPad™开发套件之间令人印象深刻的1.6公里室外范围。那么为什么我们不在CC2640R2F无线MCU数据表中指定1.6 km范围？

]不幸的是，它并不那么简单。作为系统开发人员和RF设计人员，我们可以指定影响范围的参数，并且我们可以在受控环境中测量它们，并获得可靠且可重复的结果。但是，在现实世界中将射频设备拿出后，“最终结果”范围将会发生很大变化，其中多次反射，障碍物和干扰射频活动都会增加两个随机变量，这些变量将决定您是否可以建立您为设备选择的两个位置之间的链接。第一个变量是传输路径损耗，它是接收器拾取的传输功率的量度。第二个变量是实际灵敏度级别在接收者的位置。后者由接收器看到的干扰RF功率的大小决定。如果不存在干扰，则灵敏度级别由热背景噪声决定，并且将与数据表中指定的灵敏度相对应。

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为方便起见，链路预算通常以对数标度（dB）表示。输出功率和灵敏度通常以相对于1mW（dBm）的对数标度表示。这意味着

很快就会发现有两种方法可以改善链接预算。你可以：]The other option, improving receiver sensitivity, is the path chosen by the Bluetooth SIG when Bluetooth 5 was adopted with the intention of offering four times the RF range. We also chose this option to provide the longest range Bluetooth low energy solutions at lowest power consumption. Notice that no actual range is specified by Bluetooth SIG or any of the hardware manufacturers (including us). What we specify is only a theoretical ratio based on a tangible and measurable improvement in the sensitivity level. If we were able to measure the range in a completely controlled environment, we would see this exact improvement in practice. But a controlled environment is either an anechoic antenna chamber or outer space (with no other radiation sources). Unfortunately, neither km-long antenna chambers nor outer space are economically viable to test ranges.

在自由空间中，范围加倍需要链路预算的四倍（或增加6dB）。这意味着，与2010年以来的原始1兆位/秒蓝牙4.0]在蓝牙SIG定义和讨论新的编码PHY时，最佳蓝牙低功耗接收器的灵敏度水平约为-93dBm。这被用作新的编码PHY将被比较的参考电平，因此新的调制和编码格式需要适应-105dBm的真实灵敏度水平。这正是新的125kbps编码PHY所做的，它通过双向方式实现。最大的改进来自一个事实，即数据速率降低到1/8来简单地日，这意味着每一位携带任何给定的功率电平八倍更多的能量。理论上，这允许接收器以低9dB的功率电平接收信号，并且仍然像以前一样累积相同的每比特能量。

我们仍然比我们想要的12]如今，CC2640R2F无线MCU提供业界最佳的-103dBm灵敏度，仅比-105dBm目标低2dB。利用CC2640R2F器件提供的+ 5dBm输出功率，可提供令人印象深刻的108dB链路预算。我们正在继续扩展SimpleLink CC264x器件系列，具有更高的存储器和安全性，并且通过这些器件，我们的目标是更接近2017年蓝牙SIG设定的12 dB目标。

因此，这是蓝牙5中12]我们使用我们的新型SimpleLink CC2640R2F无线MCU在挪威奥斯陆办公室附近的一个高度不受控制的环境中使用125kbps PHY 进行了户外测试，在那里我们能够保持1.6km范围内的连接。

虽然实际范围将根据前面解释的环境和应用而有所不同，但实验的关键是蓝牙5肯定会比蓝牙4.x显着提升范围，这为激发新应用提供了可能。

最后，应该提到的是，功耗仍然是大多数蓝牙低功耗应用的关键。我们在视频中展示的范围演示使用的发射功率仅为+ 5dBm，TX中的峰值功率约为9mA，RX时则为6mA。再加上CC2640R2F器件的待机电流消耗非常低，这可以为蓝牙低功耗应用提供极佳的室内和室外覆盖，可以在纽扣电池上运行多年。

现在我们面临挑战 - 您将如何利用蓝牙5长距离模式？报警传感器？烟雾探测器？照明控制？在评论中与我们分享。这项创新无穷无尽，蓝牙低能耗连接由小型纽扣电池供电，可以在房屋，建筑物或工厂的各个角落传输数据。

支持SimpleLink CC2640R2F无线MCU 新蓝牙低能耗标准的软件开发套件（SDK）预计将于2017年第二季度和第三季度发布。请注意，SimpleLink CC2640R2F无线MCU自2016年12月初开始量产。