ble蓝牙技术

一、前言

低功耗蓝牙技术（Bluetooth low energy）简称ble，是蓝牙技术联盟设计和销售的一种个人局域网技术，旨在用于医疗保健、运动健身、信标、安防、家庭娱乐等领域的新兴应用。相较经典蓝牙，低功耗蓝牙旨在保持同等通信范围的同时显著降低功耗和成本。它的主要特点就是low power低功耗，让那些在功耗方面有比较高要求的可穿戴设备能够长时间保持在电状态。

二、ble的技术特点

• ble蓝牙工作在2.4G频段（2.4GHz-2.4835GHz）,一共40个信道，每个信道带宽为2MHz。
• 蓝牙4.2规定蓝牙广播信道限制在37、38、39三个信道，最大广播数据为31个字节；蓝牙5.0以后增加了第二广播信道，允许除37、38、39三个信道外的其它信道上进行广播，最大广播数据依然是31个字节；
  

图一 ble信道划分

• 三个广播信道37、38、39，对应的中心频率是2402MHz，2426MHz，2480MHz。广播信道之间频率间隔至少24MHz，每次广播都会在3个信道上将广播数据发送一次，从而减小广播被干扰的概率。

• ble和WiFi的都工作在2.4G频段，当环境中同时存在WiFi和ble蓝牙时，会产生一定的干扰。

• ble工作在ISM频段，ISM频段(Industrial Scientific Medical Band)主要开放给工业、科学和医用3主要领域。ISM属于无许可(Free License)频段，只需遵守一定的发射功率即可。无线局域网、蓝牙、ZigBee等无线网络，均可工作在2.4GHz ISM频段上。

三、单模蓝牙和双模蓝牙、经典蓝牙

同时支持BR/EDR和BLE两种模式的蓝牙称为双模蓝牙，只支持BLE的蓝牙称为单模蓝牙，经典蓝牙泛指4.0协议之前的蓝牙。蓝牙协议栈从4.0及以后开始支持ble蓝牙。
蓝牙协议栈有很多版本，早期的2.0, 2.1, 3.0, 4.0, 4.1, 4.2, 5.0，到最新的5.1、5.2。数据的传输速率也越来越快，从最早的BR（Basic Rate），到后来的EDR( Enhanced Data Rate),再到后来的低功耗蓝牙LE（Low Energy）。
根据蓝牙5.1核心协议的描述，BR的最大速率为1Mb/s，EDR的最大速率为2-3Mb/s，LE模式下支持两种速率，分别是：

• LE 1M PHY 这种模式允许物理层以1Mb(125KB)/s的速率运行
• LE 2M PHY 这种模式允许物理层以2Mb(250KB)/s的速率运行

术语	协议版本	含义
BR	1.1(2003)	Basic Rate(1Mbit/s)
EDR	2.0(2004)	Enhanced Data Rate(2-3Mbit/s)
HS	3.0(2009)	High Speed(Alternate MAC/PHY)
LE	4.0(2010)	Low energy(1-2Mbit/s)

1.1为最早期版本，传输率约在1Mbit/s, 因为是早期设计，容易受到同频率的产品干扰，影响通讯质量。

EDR：EDR是蓝牙增强速率（Enhanced Data Rate）的英文缩写，其特色是大大提高了蓝牙技术的数据传输速率，达到了2-3Mbit/s ，蓝牙技术的三倍。因此除了可获得更稳定的音频流传送和更低的耗电量之外，还可充分利用带宽优势同时连接多个蓝牙设备.

HS：全称为High Speed。HS使得Bluetooth能利用WiFi作为传输方式进行数据传输，其支持的传输速度最高可达24Mbps(蓝牙5.1中，在802.11AMP协议下可以达到54Mbit/s)。其核心是在802.11的基础上，通过集成802.11协议适配层，使得蓝牙协议栈可以根据任务和设备的不同，选择正确的射频。

BLE：蓝牙低能耗（BLE）技术是蓝牙V4.0版本开始有的一个特性，是低成本、短距离、可互操作的鲁棒性无线技术，工作在免许可的2.4GHz ISM射频频段。它从一开始就设计为超低功耗（ULP）无线技术，它利用许多智能手段最大限度地降低功耗。

四、ble蓝牙2.4G频率干扰和跳频技术

干扰是任何无线技术提供可靠数据通信时所遇到的最大挑战之一。由于蓝牙、Wi-Fi和802.15.4等无线技术设备共享一个传输介质，如果一个正在传输的数据包与另一个正在传输的数据包在完全相同的时间和相同的通道上发生冲突，数据包就有可能损坏或丢失。
ble蓝牙一共40个信道，除去3个广播信道，剩余37个通信信道，每个信道宽度为2MHz。每个信道就好像一条高速公路，路上的车如果多了就会发生拥堵甚至交通事故，通信也是一样的道理。
为了解决信道干扰的问题，蓝牙采用跳频技术，所谓跳频就是按照一定的规律，使蓝牙尽量在互不干扰的信道上进行通信，从而减少数据传输时产生的干扰。