蓝牙5/4.2/4.1/4.0数据吞吐率分析

蓝牙数据包

蓝牙数据包由Preamble、Access、PDU、CRC四部分组成。

其中，PDU由Header、Payload、MIC三部分组成。

Header由LLID、NESN、SN、MD、Length五部分组成。

传输周期

设备A发送一个数据包给设备B，该过程称作T时隙；

然后等待150us，该过程称作IFS时隙；

接着设备B发送一个ACK包给设备A，该过程称作R时隙；

然后又等待150us，开始下一次传输。

T + IFS + R + IFS 为一个完整的传输周期

注：ACK包为空包，即PDU的Payload为0，那么ACK包的长度 = 1+4+2+3 = 10字节。

蓝牙4.0/4.1/4.2数据吞吐率

蓝牙4.0/4.1/4.2的调制速率是1Mbps，即1秒钟传输1M bits。

传输1bit的时间 = 1s / 1M bits = 1 us

（1）蓝牙4.0/4.1

蓝牙4.0/4.1的PDU头部用 5个bit标识有效数据长度，即0-31字节，那么去除数据完整性校验MIC的4字节后，有效数据最大为27字节。

T时隙时间 = (1+4+2+27+4+3) x 8 x 1us = 328us

R时隙时间 = (1+4+2+3) x 8 x 1us = 80us

一个完整传输周期时间 T = 328 + 150 + 80 + 150 = 708us

那么

（2）蓝牙4.2

蓝牙4.2的PDU头部用8bit标识有效数据长度，即0-255字节，那么去除数据完整性校验MIC的4字节后，有效数据最大为251字节。

T时隙时间 = (1+4+2+251+4+3) x 8 x 1us = 2120us

R时隙时间 = (1+4+2+3) x 8 x 1us = 80us

一个完整传输周期时间 T = 2120 + 150 + 80 + 150 = 2500us

那么

可见蓝牙4.2的吞吐率较蓝牙4.0/4.1提升了163%。

蓝牙5数据吞吐率

蓝牙5的调制速率是1Mbps或2Mbps，即1秒钟最快可传输2M bits。

（1）使用1Mbps调制速率

那么吞吐率就和蓝牙4.2一样。

（2）使用2Mbps调制速率

那么传输1bit的时间 = 1s / 2M bits = 0.5 us

T时隙时间 = (1+4+2+251+4+3) x 8 x 0.5us = 1060us

R时隙时间 = (1+4+2+3) x 8 x 0.5us = 40us

一个完整传输周期时间 T = 1060 + 150 + 40 + 150 = 1400us

那么

可见蓝牙5的吞吐率较蓝牙4.2提升了78.5%。