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作者：XCODER
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蓝牙亚洲大会上各大厂商都在推广蓝牙5产品，2倍大数据，4倍远距离，8倍大广播包，更好支持2.4G共存的协议栈。本文就针对这次会议上蓝牙5最新特点进行分析。
支持多种速率的物理层PHY
蓝牙是一种基于2.4G无线技术的统称，蓝牙协议可以分为很多层，处于最底层的称为物理层PHY。 相比蓝牙4.x的规范，蓝牙5为PHY层增加了两种新的PHY。每个PHY变种都有它自己的特点（后续会讲），三个PHY名字是LE 1M，LE 2M和LE编码。 LE 1M是蓝牙4中使用的PHY。它使用高斯频移键控，符号率为1兆每秒符号（Ms / s）。1M PHY在蓝牙5中属于强制要求。
2M 速率 高速 低功耗
新的LE 2M PHY允许物理层以2M/s的速度传输数据，因此能比1M PHY高一倍的数据速率，实际点对点速率可以支持到1.4Mbps
LE 2M 速率需求由来
涉及BLE的许多应用案例，往往只会涉及少量的数据传输。但有些需求，在瞬时状态需要低功率无线通信技术支持更高的数据速率。固件更新是一个很好的例子，因为固件设计无线传输安全以及产品功能，在空中传输的时间越长，出错或者被监控的概率也就越高，这个时候，高速传输的需求就来了。另外一个例子，智慧医疗ECG数据实时传输显示，智能穿戴，数据采集卡等设备72小时数据导入到手机等应用(减少传输时间，降低功耗)。
另外，数据量并不是唯一的驱动因素LE 2M的推出，传送一定数据包使用更少的空气传输时间也提供了更高的频谱使用效率。
4x 远距离
18年各大半导体厂商都有演示其远距离的方案，可以看到蓝牙5的距离确实比蓝牙4提高了很多，如下图测试，智能手机收到蓝牙通知距离超过350米，现场测试中还穿越众多的人和树木。 市面上有蓝牙模块的数据资料显示其蓝牙5远距离的范围为500米。
那么蓝牙5是如何做到远距离传输的呢，不得不从影响无线传输的几大因素说起。
传输范围的含义
蓝牙是无线电技术，无线电是电磁辐射的一种形式。在电信方面，最大传输范围的问题可以表示为从接收信号中正确提取数据的最大范围是多少(而不是"这种电磁能量仍然被检测到的距离")。
这个区别涉及我们应该如何使用无线电对数据进行编码和传输，以及白噪声如何影响无线电接收机对该数据的解码。
信号，通过调制载波信号来表示二进制零或一个被传送。接收机必须接收信号并将其重新转换成相同的符号，并且通过扩展，产生相同的二进制数。由接收机解码将零解码为一，或由一到零，都是错误的。
接收机的工作由于背景辐射或环境中的"噪声"而变得复杂。背景噪声的电平越接近于接收信号，解码接收信号越困难，并且在某些时候开始出现解码错误。
通常，我们将信号强度与背景噪声的比值称为"信噪比"（SNR）。接收信号的强度随着接收机远离发射机而减小，因此随着背景噪声水平的变化或降低，信噪比降低。因此，解码错误发生的概率增加。
我们可以量化错误级别，我们将其称为误码率（BER）。BER本质上是发送的位将被接收器错误地解码的概率。然后，我们可以说明在给定的接收机输入电平下我们将容忍的BER的限制。蓝牙定义了0.1％的BER作为接收机必须达到的限制。指定的BER限制和输入接收机电平通常被称为接收机灵敏度(BQB测试中会设计到该项)。
因此，在不增加发射机功率的情况下增加蓝牙的范围实际上是在距离发射机更远的距离处实现相同的最大允许BER。换句话说，就是增加接收机的灵敏度。
错误处理机制
1.)错误数据重传
无线传输中存在各种让接收机检测错误的方案。奇偶校验位几十年前首先在纸和磁带系统中使用。有线串行通信系统仍然依赖于奇偶校验位来允许接收机检测到一个或多个比特被错误地解码。还可以使用几种类型的校验和。蓝牙使用一种称为循环冗余校验（CRC）的校验和。所有包具有由发射机为它们计算并附加到包的24比特CRC值。接收机重新计算CRC，并将计算的值与附加到包的值进行比较。如果它们不一样，则发生错误。
在检测到错误的情况下，系统可以以一种或两种不同的方式进行响应。他们可以放弃通信，或者他们可以请求或暗示发射机应该再次发送数据，希望随后的尝试成功。蓝牙4和蓝牙5都使得发送器在CRC校验失败时重新发送数据，简单地是不通过链路层确认数据包。无法接收确认，使发射机再次发送数据。蓝牙4.x低功耗不执行纠错，只能进行错误检测，然后实施重传数据包保证数据的完整性。
2.)前向错误编码纠错
另外一种方式就是蓝牙5采用的方式，前向错误编码纠错，即使radio接收到的数据，可以不仅在接收机处检测到错误，而且还可以达到一定的限制纠正它们，使得接收机不需要重新发送数据。使用先进的纠错技术的校正误差具有主要的优点，即数据可以在较低的SNR下被正确地解码，并且因此可以离发射机的距离更远。
( 关于设计理论可以参考公众号另一篇文章：细说BLUETOOTH 5 【4X 远距离】)
大广播包
蓝牙4广告包长度为37个字节，其中带6个字节标题和一个有效载荷，最多31个字节。 广告数据包传输到最多，三个专用频道分别为为37,38和39三个信道，每个信道带宽为2MHz。全套频道的编号为0至39。通常在三者上传输相同的有效载荷频道，一次一个数据包。
蓝牙5广播包长度可到255字节，广播信道可以为0-36信道，这种大广播包的好处在于可以在不连接的状态下进行数据传输。其工作方式是在36,37,38三个信道首先发送一个信息包，告知所有在监听的主设备该广播包为一个蓝牙5数据包，并在0-36信道上发送有效广播数据，其数据发送过程见下图所示。
另外，蓝牙5最小广播间隔也从蓝牙4.2规格的100ms缩短到20ms。
值得注意的是，发大广播包之前，还是会先在37,38,39通道上发送指示广播(ADV_EXT_IND)，标识后续为大广播数据包。
大广播包分为三类：
单次广播
周期广播
单次多数据包广播
更为详细的技术描述参见之前微信公众号之前文章：
（ 细说BLUETOOTH 5 【8X 大广播包数据传输】）
广播包扩展为更多beacon应用提供可能，可以告知每一个终端设备的所有信息。
蓝牙新方向：
1.蓝牙5多功能小网络共存。
2.语音输入。
3.远距离大广播beacon。
小结：
根据高盛集团研究报告指出，在20世纪90年代大约10亿个设备连接到互联网，在2000年代，随着智能手机普及，这个数字上升到20亿个。最近，根据ABI Research的预测，到2021年，将有480亿设备连接到互联网，物联网时代即将到来。ABI预计的480亿个设备中，有30％将带有蓝牙功能，您的蓝牙产品，准备好了吗？
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