隨著核心規(guī)范版本5.0的推出，藍牙?不再是僅用于個人區(qū)域網絡（PAN）的無線協議。該規(guī)范增加了三個新的數據速率，其中兩個是專門為增加低功耗藍牙的連接距離而量身定制的。這將促進具有良好室內和室外覆蓋的網絡，非常適合家庭、建筑和工業(yè)自動化的物聯網（IoT）產品。

但是藍牙5無線電鏈路的實際距離是多少？在本視頻，中，我們展示了使用新125 kbps編碼PHY（PHYsical）格式的兩個低功耗SimpleLink?藍牙CC2640R2F無線微控制器（MCU）LaunchPad?開發(fā)套件之間的1.6千米室外距離連接，非常令人印象深刻。那么，為什么我們在CC2640R2F無線MCU數據表中不規(guī)定為1.6千米？

微小的芯片撬動大世界：CC2640R2F無線MCU提供多種封裝選項，包括2.7mm x 2.7mm芯片級封裝（WCSP）

不幸的是，事實上卻并非那么簡單。作為系統開發(fā)人員和RF設計人員，我們可以指定影響距離的參數，并且我們可以在受控環(huán)境中測量可靠和可重復的結果。但是，在將RF設備帶進現實世界中后，“最終結果”的距離會發(fā)生顯著變化，其中許多反射、障礙物和干擾RF的活動都會成為兩個隨機變量，這將決定您為設備選擇的兩個位置之間是否可以建立連接。第一個變量是傳輸路徑損耗，測量接收器接收的發(fā)射功率的多少。第二個變量是接收器位置處的實際靈敏度水平。后者由接收器探測到的干擾RF功率量確定。如果不存在干擾，則靈敏度水平由熱背景噪聲確定，并與數據表中指定的靈敏度相對應。

用于描述RF系統的距離能力的通用術語是鏈路預算。鏈路預算是發(fā)射功率和靈敏度水平之間的比較（或比率）。在運行的RF鏈路中，發(fā)射器將以指定的RF功率水平發(fā)射，該RF功率的（通常很小的）部分將由接收天線接收并饋送到接收器。如果該部分太小，則接收的功率水平將下降到接收器靈敏度水平以下，鏈路將失敗。因此鏈路預算被定義為發(fā)射功率和接收器靈敏度水平之間的比率，或者

鏈路預算 =發(fā)射功率

RX靈敏度水平

為了方便，鏈路預算通常以對數標度（dB）表示。輸出功率和靈敏度通常以相對于1mW（dBm）的對數標度表示。這意味著

LBdB = 發(fā)射功率（dBm） - RX靈敏度水平（dBm）

很清楚，有兩種方式可以提高您的鏈路預算。您可以：

提高輸出功率

提高（降低）接收器靈敏度水平

增加輸出功率非常直接，但是其代價是（有時顯著地）增加功率消耗，并且最終會是法規(guī)合規(guī)問題。所有監(jiān)管法規(guī)對RF發(fā)射水平和不需要的雜散發(fā)射都有限制，當我們增加發(fā)射功率時，這兩者都會增加。

另一個選項，提高接收器靈敏度，是旨在提供四倍的RF距離的藍牙SIG采用的藍牙5所選擇的路徑。我們選擇了這個選項，還為了提供最低的功耗最長距離的低功耗藍牙解決方案。請注意，藍牙SIG或任何硬件制造商（包括我們）沒有指定實際距離。我們指定的僅僅是基于靈敏度水平的可實現和可測量的改善的理論比率。如果我們能夠在完全受控的環(huán)境中測量距離，我們將在實踐中準確地看到這種改進。但受控的環(huán)境是消聲的天線室或外部空間（沒有其他輻射源）。不幸的是，從經濟角度來看，幾千米長的天線室和外部空間都不能用于測試距離。

在自由空間中，距離加倍需要鏈路預算增大四倍（或增加6dB）。這意味著，與2010年以來使用的原始1 Mb/s 藍牙4.0 LE接收器相比，4倍的距離對于新型藍牙5長距離數據速率（稱為“編碼PHY”）需要12dB的靈敏度。

在藍牙SIG定義和討論新的編碼PHY時，最好的低功耗藍牙接收器具有大約-93dBm的靈敏度水平。這被用作新編碼PHY比較的參考水平，因此新的調制和編碼格式將需要適應-105dBm的現實靈敏度水平。這正是新的125kbps編碼PHY的作用，通過雙向方法實現。最大的改進為數據速率降低到1/8，這意味著對于任何給定的功率水平，每個比特攜帶8倍的能量。理論上，這使得接收器以低9dB的功率接收信號，并且仍然累積與之前相同的每比特能量。

我們仍然比正在尋找的12dB少3dB。采用編碼可以實現最后3dB。-93dBm比較水平（1Mpbs）采用標準差分解調器，基于與先前符號的比較，將每個接收符號（每比特1個符號）確定為“1”或“0”。編碼PHY對半相干接收器起到促進作用，八個符號構成1比特，并且相關器可以搜索這些已知符號序列。

CC2640R2F無線MCU今天提供了業(yè)界最佳的-103dBm的靈敏度水平，離-105dBm目標僅差2dB。利用CC2640R2F器件的+5dBm輸出功率，這提供了令人印象深刻的108dB鏈路預算。我們正在繼續(xù)擴展具有更多內存和安全性的SimpleLink CC264x 器件系列，通過這些器件，我們將更接近于由藍牙 SIG于2017年設定的12 dB目標。

這就是藍牙5如何改進12 dB靈敏度，與第一個低功耗藍牙接收器相比，它在理論上在不增加輸出功率的情況下提供四倍的改進距離。與此同時，新型CC2640R2F無線MCU通過采用各種技術來提高了1Mbps的靈敏度，從-93dBm提高到-97dBm，更接近相干接收器的性能。

我們使用我們的新型SimpleLink CC2640R2F無線MCU進行戶外測試，使用125kbps PHY在我們挪威奧斯陸辦公室附近的高度不受控制的環(huán)境中，我們能夠在1.6千米距離內保持連接。

如前所述，雖然實際的距離將根據環(huán)境和應用而變化，但是從這個實驗中可以看出，藍牙5肯定比藍牙4.x顯著地增長距離，這打開了用于新應用的可能性。

最后，應該提到的是，功耗仍然是大多數低功耗藍牙應用的關鍵。我們在視頻中展示的距離演示使用的發(fā)射功率水平僅為+ 5dBm，在TX中消耗大約9mA的峰值功率，在RX中消耗6mA的峰值功率。加上CC2640R2F器件非常低的待機電流消耗，這可以實現卓越的室內和室外覆蓋的低功耗藍牙應用，可以使用紐扣電池運行許多年。

現在輪到你考慮我們的挑戰(zhàn) - 你將如何利用藍牙5遠距離模式？報警傳感器？煙霧探測器？照明控制？在評論中與我們分享。利用低功耗藍牙連接可進行的創(chuàng)新非常多，采用小型紐扣電池供電，可以把數據傳送到您的房子、建筑或工廠的各個角落。

支持SimpleLink CC2640R2F無線MCU的新低功耗藍牙標準的軟件開發(fā)套件（SDK）預計將于2017年第2季度和第3季度發(fā)布。請注意，SimpleLink CC2640R2F無線MCU自2016年12月初開始批量生產。

今天開始開發(fā)低能耗藍牙應用：

訪問TI的SimpleLink低功耗藍牙CC2640R2F無線MCU產品文件夾

訂購低功耗藍牙LaunchPad套件以快速開始開發(fā)。

還有其他問題？請在德州儀器在線支持社區(qū)藍牙低功耗論壇咨詢我們的工程師專家。

想了解低能耗藍牙？閱讀我們的其他博文：

關于新型SimpleLink?藍牙低功耗CC2640R2F無線MCU需要了解的5個事實

高性能和低功耗……原生態(tài)動態(tài)二重奏

使用全新藍牙4.2認證軟件，使您的藍牙?低功耗解決方案快速、簡單和安全

藍牙?4.2如何幫助實現產品安全

Bluetooth?5將釋放SimpleLink?CC2640無線MCU的強大功能

低功耗藍牙?技術如何革新醫(yī)療保健

編輯：jq