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蓝牙传输范围须知

2023-03-15 16:37:48 Nordic半导体公司技术支持团队经理Jon Gunnar Sponås 阅读:
如果您正在考虑使用蓝牙连接,请参阅本文,这里概述了确定蓝牙通信有效范围的主要因素,以及一些通过联网来改善蓝牙通信的方法。本文谈及了新的蓝牙5性能。

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就像所有的通信技术一样,相比于其他应用来说,蓝牙技术对于某些应用更为适合。如果您正在考虑使用蓝牙连接,请参阅本文,这里概述了确定蓝牙通信有效范围的主要因素,以及一些通过联网来改善蓝牙通信的方法。本文谈及了新的蓝牙5性能。bPzednc

Bluetooth Classic对比低功耗蓝牙

蓝牙最初设计是用于在连续的流式数据应用中近距离地传递和交换大量数据。蓝牙设备能够同时发送和接收数据,这对于许多常见的消费电子产品来说是完美选择,例如电脑耳机,两个设备靠得很近。bPzednc

低功耗蓝牙(前称为蓝牙智能)在2011年进入市场,与早期版本相比,当时它的关键优势是在相同的传输范围上达到更低的功耗,但带宽较小。这项通信技术的使用对象是那些只需要定期交换少量数据的设备,延长的电池使用寿命可以达到几个月甚至几年。bPzednc

蓝牙传输范围比较

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传输范围取决于周围环境、无线电性能和天线

有很多因素会影响蓝牙通信范围,它们通常是:bPzednc

  • 发射器的输出功率
  • 接收器的灵敏度
  • 传输路径上的物理障碍
  • 天线

虽然对于给定的蓝牙设备来说,无线电性能和天线的变化不大,但周围的环境会有很大的变化。在户外的空旷场地上,您可以获得高达100米的通信范围,但这是非常罕见的情况。在室内,像混凝土墙壁这样的障碍物会削弱无线电信号,有效传输范围大幅减低。在正常使用中,室内两个蓝牙设备之间可以实现良好通信指标的距离为10米。bPzednc

在开发蓝牙设备时,您可以选择具有最佳接收灵敏度和输出功率的蓝牙芯片,并确保使用优质的天线,这样通信设备可以实现更佳的传输范围。bPzednc

有时可能需要在数百米或数千米范围内使用蓝牙。在下个章节,我们将讨论如何利用网络来扩大蓝牙通信范围。bPzednc

蓝牙和低功耗蓝牙的典型用途

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蓝牙5改进

第5版蓝牙规范带来了许多改进,目标是提高蓝牙规范低功耗部分的灵活性。bPzednc

  • 2Mbps的 "高速" 模式,允许增加数据率或减少平均电流消耗,代价是稍微降低传输范围。
  • 125kbs或500kbps的 "长距离" 模式,允许以降低数据率和增加平均电流消耗为代价来增加传输范围。
  • 广告扩展功能。在广播应用(如信标)中允许实现高达8倍的数据吞吐量。
  • 最大输出功率从+10 dBm增加到+20 dBm,允许使用更强大的功率放大器,进一步扩大传输范围
  • 增加了新的信道选择策略(CSA2),使得更多的设备可以在同一环境中共存而不互相干扰

如何通过联网来提升蓝牙通信范围

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您可以将蓝牙设备连接到互联网的多个分布式网关。蓝牙设备可以通过这些网关相互通信,并连接在线服务。bPzednc

如果设备分布在较大的地理区域,这是理想的解决方案。每个集线器通常只能处理几个直接连接的设备,这是蓝牙的另一个限制。您很可能会遇到这样的情况:希望在相对较小的区域内(例如一栋办公楼内)处理成百上千的蓝牙设备。为此,您需要使用网状网络(Mesh Network)来连接网关和本地蓝牙设备。bPzednc

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需要低功耗运作和与其他设备(以及在线服务)进行通信的设备数量每天都在增长。为了支持它们,低功耗蓝牙引入了对网状网络的支持。bPzednc

网状网络允许在更大的范围内连接大量的蓝牙设备。在这种情况下,同一网状网络中的所有设备或 "节点 "都能够直接或者通过一个或多个中间节点进行相互通信,只要每个节点与至少其他两个节点足够接近。bPzednc

这样一来,网络就无需依赖中央网关来传送所有的流量。bPzednc

就像互联网一样,数据包可以找到最有效的传输路线,经由发送方和接收方之间的任何节点进行传送。bPzednc

在网状网络中,您也可以使用 "广播 "方式,即网状网络中的所有节点都接收到相同的信息,然后加以解读并采取适当的行动。bPzednc

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一个示例是智能照明系统。每个开关或灯泡都是使用低功耗蓝牙的网状网络的节点。每个灯泡均配置为知道它的所在房间位置。bPzednc

信息从节点1(电灯开关)通过网状网络进行广播。1号房间的连接灯泡接收到这个信息,但它们不会为此采取行动,因为它们知道自己不在2号房间。信息一直传递,当它到达2号房间的灯泡时,这些灯泡就会打开。2号房间距离1号房间可能有几百米远,但仍会通过中间的其他节点接收到信息。如此,就可以有一千个或更多的房间通过低功耗蓝牙网络,从任何地方控制照明操作。bPzednc

责编:Franklin
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