原標(biāo)題：干貨 BLE入門談：從空中數(shù)據(jù)收發(fā)理解BLE（上）

BLE（Bluetooth Low Energy）即低功耗藍(lán)牙，是藍(lán)牙規(guī)范的一個(gè)子集，從藍(lán)牙4.0版本開始引入。BLE技術(shù)專為那些需要少量無線數(shù)據(jù)傳輸且對(duì)功耗敏感的設(shè)備而設(shè)計(jì)，非常適合物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的應(yīng)用。以下是對(duì)BLE空中數(shù)據(jù)收發(fā)的理解，主要從基本概念、技術(shù)特點(diǎn)、物理層實(shí)現(xiàn)等方面進(jìn)行闡述。

一、BLE基本概念

BLE是一種低功耗的無線通信技術(shù)，它使用2.4GHz頻段的無線電波進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。與經(jīng)典藍(lán)牙相比，BLE在保持低功耗的同時(shí)，提供了較為簡單的數(shù)據(jù)交換功能，特別適用于智能手表、健康傳感器、智能家居等小型低功耗設(shè)備。

二、BLE技術(shù)特點(diǎn)

1. 低功耗：BLE技術(shù)通過優(yōu)化數(shù)據(jù)傳輸方式和降低工作頻率，顯著降低了設(shè)備的功耗，延長了電池壽命。

2. 短距離通信：BLE主要用于短距離（一般幾十米內(nèi)）的設(shè)備間通信，滿足了許多應(yīng)用場景的需求。

3. 高兼容性：現(xiàn)代智能手機(jī)大多同時(shí)支持經(jīng)典藍(lán)牙和BLE，使得BLE設(shè)備可以輕松地與智能手機(jī)等中心設(shè)備進(jìn)行連接和數(shù)據(jù)交換。

4. 低成本：BLE技術(shù)降低了對(duì)硬件的要求，使得相關(guān)設(shè)備的制造成本得以降低。

三、BLE物理層實(shí)現(xiàn)

1. 調(diào)制與解調(diào)

• BLE使用GFSK（高斯頻移鍵控）調(diào)制方式，這是FSK（頻移鍵控）調(diào)制的一個(gè)改進(jìn)形式。GFSK通過高斯濾波器對(duì)頻率跳變進(jìn)行平滑處理，提高了頻譜的利用效率和抗干擾能力。

• 在發(fā)送端，BLE將數(shù)據(jù)編碼并調(diào)制到射頻信號(hào)中發(fā)射；在接收端，BLE將接收到的射頻信號(hào)解調(diào)還原為數(shù)據(jù)。

2. 頻率跳變

• 為了避免與其他無線設(shè)備干擾，BLE物理層通過頻率跳變技術(shù)在不同的載波頻率上進(jìn)行傳輸。BLE在2.4GHz頻段內(nèi)安排了40個(gè)信道，中心頻率從2402MHz開始，以2MHz為間隔。

• 一個(gè)BLE設(shè)備在任一時(shí)刻只能選擇40個(gè)信道中的一個(gè)進(jìn)行發(fā)射或監(jiān)聽，從而提高了通信的可靠性和抗干擾能力。

1. 信道管理

• BLE物理層通過信道管理技術(shù)，確保多個(gè)BLE設(shè)備能夠同時(shí)進(jìn)行通信而不互相干擾。在建立連接后，BLE設(shè)備會(huì)使用特定的信道進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

2. 發(fā)射功率控制

• BLE物理層還負(fù)責(zé)控制設(shè)備的發(fā)射功率，以確保通信距離適中并延長電池壽命。發(fā)射功率的控制可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用場景進(jìn)行調(diào)整。

四、BLE空中數(shù)據(jù)收發(fā)流程

1. 設(shè)備發(fā)現(xiàn)與連接

• BLE設(shè)備通過廣播（advertising）的方式被其他設(shè)備發(fā)現(xiàn)。在廣播過程中，BLE設(shè)備會(huì)定期發(fā)送包含設(shè)備信息的數(shù)據(jù)包。

• 中心設(shè)備（如智能手機(jī)）通過掃描這些廣播包來發(fā)現(xiàn)附近的BLE設(shè)備，并選擇與其中的某個(gè)設(shè)備建立連接。

2. 數(shù)據(jù)傳輸

• 一旦連接建立，BLE設(shè)備就可以開始數(shù)據(jù)傳輸。數(shù)據(jù)傳輸以數(shù)據(jù)包（packet）為單位進(jìn)行，每個(gè)數(shù)據(jù)包包含了一串有格式的0和1。

• 數(shù)據(jù)包經(jīng)過GFSK調(diào)制后，通過選定的信道發(fā)送到空中，由接收端的BLE設(shè)備解調(diào)還原。

3. 錯(cuò)誤檢測與重傳

• 為了確保數(shù)據(jù)的完整性和可靠性，BLE協(xié)議還包含了錯(cuò)誤檢測和重傳機(jī)制。在數(shù)據(jù)傳輸過程中，如果接收端檢測到錯(cuò)誤，會(huì)請(qǐng)求發(fā)送端重新發(fā)送數(shù)據(jù)包。

綜上所述，BLE技術(shù)通過優(yōu)化調(diào)制方式、頻率跳變、信道管理和發(fā)射功率控制等技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)了低功耗、短距離、高兼容性和低成本的無線通信。在空中數(shù)據(jù)收發(fā)方面，BLE通過廣播、連接和數(shù)據(jù)傳輸?shù)攘鞒?，確保了設(shè)備間的高效通信。