第二篇 藍(lán)牙的頻段，跳頻以及鏈接參數(shù)詳解

眾所周知，低功耗藍(lán)牙BLE采用了ISM頻段中的2.4GHz，那么這里的這個(gè)ISM是什么意思呢？

什么是ISM頻段

ISM頻段（Industrial Scientific Medical Band）主要是開放給工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)用3個(gè)主要機(jī)構(gòu)使用的頻段。ISM頻段屬于無許可（Free License）頻段，使用者無需許可證，沒有所謂使用授權(quán)的限制。ISM頻段允許任何人隨意地傳輸數(shù)據(jù)，但是對(duì)所有的功率進(jìn)行限制，使得發(fā)射與接收之間只能是很短的距離，因而不同使用者之間不會(huì)相互干擾。

ISM都有哪些頻段

我國(guó)由于800M和900M以及1800M等頻段被GSM的蜂窩移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)占用，因此絕大部分遙控產(chǎn)品都是用了433Mhz。另外，對(duì)于水電氣等公共事業(yè)的計(jì)量數(shù)據(jù)采集，國(guó)家無線電管理部門專門釋放了兩個(gè)免申請(qǐng)的無線計(jì)量頻段470 和 510MHz。下圖是我國(guó)的無線電頻段分布圖：

之前在EMC相關(guān)的文章中講過，這些頻段實(shí)際上是公共資源，付費(fèi)才可以使用的，三大運(yùn)營(yíng)商的GSM蜂窩服務(wù)就是要有牌照的，所我們所做的設(shè)備都要做EMC的輻射和傳導(dǎo)測(cè)試，就是為了防止我們的設(shè)備干擾人家通信。

2.4GHz上的那些通信

從上一節(jié)中的表上可以看出，我們的很多電子設(shè)備，尤其是消費(fèi)了的智能設(shè)備的通信都在這個(gè)頻段通信，那么他們是怎么劃分各自的信道的呢？畢竟頻率寬度就是從2.4 ~ 2.484GHz，大家都要用，難免會(huì)干擾。我們就對(duì)比WIFI和藍(lán)牙這兩個(gè)常用的通信協(xié)議來做對(duì)比。

WIFI通信模式

信道通俗的可以理解為信號(hào)走的道路，世界無線電組織規(guī)定了我們?cè)?.4GHz這個(gè)頻段就有84M的寬度，我們?nèi)绻雮鬏斝盘?hào)，還需要做到周圍的設(shè)備不會(huì)互相干擾，肯定是要把款路分成幾個(gè)窄路，至少保證在一定的范圍內(nèi)大家分開走，不然都擠到一條路上肯定堵。

就像上面的車輛跑的道路一樣，WIFI在2.4GHz的通信頻段上也將這條大路劃分成了多個(gè)車道。

上圖中可以看到，整個(gè)84Mhz的頻段被劃分成了14個(gè)車道，車道之間會(huì)有交疊部分，這里我們以中心頻率為標(biāo)準(zhǔn)來看比較直觀，中心頻率像個(gè)5Mhz。如果我們想在這樣的多條道路上找到互相不交疊的道路，也就是保證不會(huì)撞車的道路，我們一共可以找到3組，下面這幅圖更清晰一些。

WIFI的信道劃分是遵循這國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)802.11的，但是不同的國(guó)家使用的頻段不一樣，有些國(guó)家只使用了前面9個(gè)，比如以色列，有的國(guó)家則使用了14個(gè)，比如日本，我們國(guó)家目前使用了前面的13個(gè)信道?？赡苡腥藭?huì)有疑問，很多信道交疊了，通信的時(shí)候怎么保證不撞車的呢？這里就得看我們路由器的設(shè)置了，如果你和隔壁老王家的墻皮不夠厚，那么你最好期望老王是個(gè)IT盲，這樣他路由器一般就是默認(rèn)的信道，你可以偷偷改一下自己家的，避免干擾，這里兩個(gè)AP之間會(huì)出現(xiàn)同頻干擾和鄰頻干擾的問題。

藍(lán)牙BLE通信模式

接下來我們看看藍(lán)牙BLE的信道劃分。藍(lán)牙協(xié)議將2.4G的信道劃分為40個(gè)RF信道，也就是40條路，必然的，相對(duì)于WIFI來說，BLE的路就很窄了，只有2M帶寬，所以BLE的通信速率上不去。

從上圖中可以看到：

BLE廣播信道有3個(gè)，對(duì)應(yīng)途中的綠色37,38,39三個(gè)信道，這個(gè)是固定的。數(shù)據(jù)信道有37個(gè)。無線速率最高2Mbps。

這里的廣播信道之所以是固定的，是為了能夠讓主機(jī)更好的發(fā)現(xiàn)從機(jī)，因?yàn)閺臋C(jī)載廣播的時(shí)候，會(huì)在三個(gè)通道上同時(shí)發(fā)送廣播信息，那么我們理應(yīng)更均勻的分配這三個(gè)信道。為什么不規(guī)定4個(gè)，5個(gè)甚至更多個(gè)廣播信道呢？肯定是功耗了，太多了廣播的功耗就太大了，所以選擇三，這是一個(gè)人類非常喜歡的數(shù)字，飛流直下三千尺！那么，藍(lán)牙BLE又是怎么做到抗干擾的呢？尤其是當(dāng)藍(lán)牙設(shè)備旁邊還存在幾個(gè)WIFI路由器的時(shí)候。如下圖這樣：

藍(lán)牙可以用的通道很少了，在一不小心選擇了被WIFI覆蓋的通道，那得妥妥的失聯(lián)。所以，藍(lán)牙選擇了一個(gè)很好的算法進(jìn)行抗干擾，自適應(yīng)跳頻。

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藍(lán)牙是如何跳頻的

跳頻這項(xiàng)技術(shù)是一位影視明星發(fā)明的，名字叫做Hedy Lamarr，他收到自動(dòng)鋼琴原理的啟發(fā)研制出了頻率跳變裝置，最早用在了魚雷的無線控制系統(tǒng)中。

你不要以為專業(yè)無用，跨行顛覆，人家這位美女大學(xué)讀的是通信專業(yè)！這里我們介紹一下藍(lán)牙4.0的跳頻技術(shù)，看一下它是怎么做到頻率同步跳轉(zhuǎn)的。首先，作為主機(jī)，它需要通過無線電偵測(cè)技術(shù)維護(hù)一個(gè)信道地圖，它會(huì)對(duì)每一個(gè)信道進(jìn)行可用性分析和分類，然后標(biāo)記為可用還是不可用，當(dāng)然對(duì)于不可用的，也就是被WIFI蓋住的那部分信道在跳頻的時(shí)候是不允許跳的。其次，這個(gè)信道地圖一般是由主機(jī)，也就是master繪制好后，提供給從機(jī)slave，slave也可以自己幀測(cè)信道質(zhì)量，然后報(bào)告給主機(jī)審核，最終還是要有主機(jī)下發(fā)給從機(jī)才能生效。最后，有了這樣的一張地圖，我們就可以開始跳房子了，只要確定一個(gè)跳法，讓主機(jī)和從機(jī)按照相同的跳法跳就可以準(zhǔn)確的通信。用個(gè)簡(jiǎn)圖形象的描述一下，我們用土電話來比擬信道，假設(shè)A和B按照不同的方法變換著喊。

我想，如果你沒有提前跟B同學(xué)商量好喊的順序，你是很有可能被罵的。