第二篇 藍牙的頻段，跳頻以及鏈接參數(shù)詳解

眾所周知，低功耗藍牙BLE采用了ISM頻段中的2.4GHz，那么這里的這個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個主要機構(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)，但是對所有的功率進行限制，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相互干擾。

ISM都有哪些頻段

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

之前在EMC相關(guān)的文章中講過，這些頻段實際上是公共資源，付費才可以使用的，三大運營商的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，尤其是消費了的智能設(shè)備的通信都在這個頻段通信，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，難免會干擾。我們就對比WIFI和藍牙這兩個常用的通信協(xié)議來做對比。

WIFI通信模式

信道通俗的可以理解為信號走的道路，世界無線電組織規(guī)定了我們在2.4GHz這個頻段就有84M的寬度，我們?nèi)绻雮鬏斝盘枺€需要做到周圍的設(shè)備不會互相干擾，肯定是要把款路分成幾個窄路，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車道。

上圖中可以看到，整個84Mhz的頻段被劃分成了14個車道，車道之間會有交疊部分，這里我們以中心頻率為標準來看比較直觀，中心頻率像個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際標準802.11的，但是不同的國家使用的頻段不一樣，有些國家只使用了前面9個，比如以色列，有的國家則使用了14個，比如日本，我們國家目前使用了前面的13個信道?？赡苡腥藭幸蓡?，很多信道交疊了，通信的時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IT盲，這樣他路由器一般就是默認的信道，你可以偷偷改一下自己家的，避免干擾，這里兩個AP之間會出現(xiàn)同頻干擾和鄰頻干擾的問題。

藍牙BLE通信模式

接下來我們看看藍牙BLE的信道劃分。藍牙協(xié)議將2.4G的信道劃分為40個RF信道，也就是40條路，必然的，相對于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，對應(yīng)途中的綠色37,38,39三個信道，這個是固定的。數(shù)據(jù)信道有37個。無線速率最高2Mbps。

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

藍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，藍牙選擇了一個很好的算法進行抗干擾，自適應(yīng)跳頻。

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藍牙是如何跳頻的

跳頻這項技術(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，它需要通過無線電偵測技術(shù)維護一個信道地圖，它會對每一個信道進行可用性分析和分類，然后標記為可用還是不可用，當然對于不可用的，也就是被WIFI蓋住的那部分信道在跳頻的時候是不允許跳的。其次，這個信道地圖一般是由主機，也就是master繪制好后，提供給從機slave，slave也可以自己幀測信道質(zhì)量，然后報告給主機審核，最終還是要有主機下發(fā)給從機才能生效。最后，有了這樣的一張地圖，我們就可以開始跳房子了，只要確定一個跳法，讓主機和從機按照相同的跳法跳就可以準確的通信。用個簡圖形象的描述一下，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。