借助核心技術(shù)規(guī)格5.0版本,，Bluetooth?不再作為一個只用于個人局域網(wǎng)絡(luò)（PAN）的無線協(xié)議存在。在這個技術(shù)規(guī)格中新增加了3個數(shù)據(jù)速率,，其中兩個是專門定制的,，用來提高Bluetooth低能耗連接的范圍,。通過良好的室內(nèi)和室外覆蓋率，該提升可以使網(wǎng)絡(luò)變得更加便捷,，而且非常適用于住宅,、樓宇和工業(yè)自動化中所使用的物聯(lián)網(wǎng)（IoT）產(chǎn)品。
不過,，Bluetooth 5無線鏈路的實際范圍到底是多少,？通過使用全新的125kbps編碼物理層 （PHYsical）格式，TI此前曾演示過基于兩個SimpleLink? Bluetooth低能耗CC2640R2F無線微控制器（MCU）LaunchPad?開發(fā)套件之間1.6km的室外范圍,，而這個范圍實在是令人印象深刻,。那么,，我們?yōu)槭裁床辉贑C2640R2F無線MCU數(shù)據(jù)表中明確提出1.6km范圍的技術(shù)規(guī)格呢？
來之不易的微型芯片：CC2640R2F無線MCU提供數(shù)個封裝選項,，其中包括一個2.7mm x 2.7mm的芯片級封裝（WCSP）
不巧的是,，事情往往沒那么簡單。作為系統(tǒng)開發(fā)人員和RF設(shè)計人員,，我們能夠明確影響范圍的參數(shù),，同時，我們還可以利用可靠且可重復(fù)的結(jié)果在受控環(huán)境中測量這些參數(shù),。但是當(dāng)在真實環(huán)境中使用RF器件時,，這個由測量得出的“最終結(jié)果”卻會出現(xiàn)顯著的差異。在這個真實環(huán)境中,，多重反射,、障礙物以及對RF活動的干擾將會形成兩個隨機變量，這兩個變量將決定用戶是否能夠在為設(shè)備選擇的兩個定位之間建立起一個鏈路,。第一個變量是傳輸路徑損耗,，這一參數(shù)測量的是接收器所獲得的發(fā)射功率；第二個變量是接收器所在位置的實際靈敏度等級,。后者取決于接收器周圍有多少干擾RF功率,。如果沒有干擾的存在,，這個靈敏度等級則由熱背景噪聲決定,，并且將與數(shù)據(jù)表中規(guī)定的靈敏度相對應(yīng)。
一個用來描述RF系統(tǒng)覆蓋范圍能力的常用術(shù)語是鏈路預(yù)算,。鏈路預(yù)算是發(fā)射功率與靈敏度等級之間的比或比率,。在一個正在運行的RF鏈路中，發(fā)射器將以一個指定的RF功率級進行發(fā)送,，而這個RF功率的一部分（通常情況下非常微?。⒈唤邮仗炀€接收，并且饋入到接收器當(dāng)中,。如果這部分過于微小,，那么接收到的功率級將下降到接收器靈敏度等級以下，這條鏈路也將出現(xiàn)故障,。因此,，鏈路預(yù)算被定義為發(fā)射功率與接收器靈敏度等級之間的比率，或者用公式表達為
為了方便起見,，鏈路預(yù)算通常以對數(shù)刻度（dB）為單位進行表示,。輸出功率和靈敏度通常被表示為相對于1mW（dBm）的一個對數(shù)刻度。這意味著
從上述等式中你可以清楚發(fā)現(xiàn)兩種提升鏈路預(yù)算的方法：
l增加輸出功率
l改進（減少）接收器靈敏度等級
提高輸出功率是非常簡單又直接的方法,，但是要為此而付出的代價是功耗的增加,，有時這種代價會很大,，并且最終會引起法律法規(guī)方面的問題。所有的監(jiān)管區(qū)域均限制了RF發(fā)射能級和有害雜散發(fā)射,，而這兩者都會在發(fā)射功率提高時有所增加,。
另一個選擇是在Bluetooth 5以提供4倍的RF范圍被采用時，提高接收器的靈敏度,。這是藍牙技術(shù)聯(lián)盟（Bluetooth SIG）選擇的一條途徑,。我們之前也采用過這種方法，以最低功耗來提供具有最長范圍的Bluetooth低能耗解決方案,。需要注意的一點是,，藍牙技術(shù)聯(lián)盟或任何一家硬件廠商包括TI，都沒有規(guī)定實際的范圍,。我們規(guī)定的只是基于靈敏度方面切實可行的,、對改進程度可測量的一個理論上的比率。如果我們能夠在一個完全受控的環(huán)境中來測量這個范圍,，我們就將在實際應(yīng)用中看到精確改進后的效果,。但是一個受控環(huán)境要么是一個消音天線室，要么是外部空間（沒有其它的輻射源）,。不幸的是,，在測試范圍方面，無論是千米長的天線室,，還是外部空間,，在經(jīng)濟上都是不可行的。
在自由空間內(nèi),，范圍的加倍需要鏈路預(yù)算提升四倍,，或者增加6dB。與2010年左右就已出現(xiàn)的初代1M/s Bluetooth 4.0 LE接收器相比,，對于全新Bluetooth 5長距離數(shù)據(jù)速率來說,，范圍提升四倍意味著將靈敏度提高12dB。
當(dāng)藍牙技術(shù)聯(lián)盟對全新編碼物理層進行定義和討論時,，最好的Bluetooth低能耗接收器的靈敏度等級大約為-93dBm,。這曾經(jīng)被用作全新編碼物理層的參考基準(zhǔn)，所以全新的調(diào)制和編碼格式也將需要適應(yīng)真實環(huán)境中的靈敏度等級,，也就是-105dBm,。這也正是全新125kbps編碼物理層所能實現(xiàn)的功能，而它是通過一個雙向方法做到的,。最大的改進僅僅是數(shù)據(jù)速率被減少至1/8,，而這意味著對于任意指定的功率級，每個位所攜帶的能量要比之前多八倍。理論上,，這使得接收器能夠在功率級低9dB的情況下接收信號,，并且仍像之前一樣，每一位積聚同樣多的能量,。
對于我們所需要的12dB,，我們?nèi)匀挥?dB的缺口。這最后的3dB可以通過采用的編碼來實現(xiàn),。這個-93dBm比較級（對于1Mbps來說）假定了一個標(biāo)準(zhǔn)差解調(diào)器,，根據(jù)與之前符號的比較，解調(diào)器中每一個接收到的符號（每個位1個符號）被確定為“1”或“0”,。這個編碼物理層使半相干接收器的運行更加便捷,，其中的8個符號組成1位，而相關(guān)器可以搜索這些已知的符號序列,。
目前,，CC2640R2F無線MCU可以提供達到-103dBm的業(yè)內(nèi)最佳靈敏度等級，只比-105dBm的目標(biāo)少2dB,。借助CC2640R2F器件所提供的+5dBm輸出功率,，這款器件提供了高達108dBm的鏈路預(yù)算。TI不斷擴展SimpleLink CC264x器件系列,，使它們具有更多的存儲器和更高的安全性,，而借助這些器件，我們離藍牙技術(shù)聯(lián)盟在2017年設(shè)定的12dB的目標(biāo)更進了一步,。
以上就是在Bluetooth 5中將靈敏度提升12dB的方法,，以及從理論上講，相對于第一個Bluetooth低能耗接收器,，如何在不增加輸出功率的情況下將它的范圍提升四倍,。與此同時,，通過采用不同的技術(shù)工藝,，這款全新的CC2640R2F無線MCU已經(jīng)將1Mbps靈敏度等級從-93dBm提升至-97dBm，這就使得其在性能方面與相干接收器的距離又拉近了一點,。
在TI位于挪威奧斯陸辦公室附近的一個高度不受控的環(huán)境中,，我們已經(jīng)使用包含125kbps PHY的全新SimpleLink CC2640R2F無線MCU進行了一個戶外范圍測試，在這個環(huán)境中,，我們能夠保持一個范圍超過1.6km的連接,。
雖然實際范圍會如之前所述，隨著環(huán)境和應(yīng)用的變化而改變,，但這個實驗的主要成果在于,，與Bluetooth 4.x相比，Bluetooth 5必然能夠大幅提高范圍，而這也使那些激動人心的全新應(yīng)用成為可能,。
最后,，必須提到的一點是，功耗仍然是大多數(shù)Bluetooth低能耗應(yīng)用所關(guān)心的主要問題,。我們在演示中所使用的發(fā)射功率級只有+5dBm,，發(fā)射時的峰值電流大約9mA，接收時這個值達到6mA,。與CC2640R2F器件的極低待機流耗組合在一起,，對于Bluetooth低能耗應(yīng)用來說，這可以實現(xiàn)巨大的室內(nèi)和室外覆蓋率,，并且可以由一塊紐扣電池供電運行數(shù)年,。
在使用由一個小紐扣電池供電，并且能夠與住宅,、樓宇或工廠的任何一個角落進行數(shù)據(jù)往來的Bluetooth低能耗連接時,，技術(shù)的創(chuàng)新是永無止境的。
預(yù)計在2017年第二和第三季度發(fā)行的軟件開發(fā)套件（SDK）,，支持針對SimpleLink CC2640R2F無線MCU的全新Bluetooth低能耗標(biāo)準(zhǔn),。而這款SimpleLink CC2640R2F無線MCU已經(jīng)從2016年12月初就已投入大規(guī)模生產(chǎn)。
如需立即著手開發(fā)您的Bluetooth低能耗應(yīng)用,，敬請訪問：
l訪問TI的SimpleLink Bluetooth低能耗CC2640R2F無線MCU產(chǎn)品文件夾,。
l訂購Bluetooth低能耗LaunchPad套件，快速啟動您的開發(fā)工作,。