低功耗藍(lán)牙（BLE）技術(shù)，IoT短距無(wú)線(xiàn)通信的理想之選

隨著物聯(lián)網(wǎng)（IoT）無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)的持續(xù)應(yīng)用，現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)的運(yùn)作方式正被加速重塑，從智能家居到智慧城市，從隨身設(shè)備到工業(yè)自動(dòng)化，數(shù)以?xún)|計(jì)的終端設(shè)備正共同織就著一張張無(wú)形的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。而在這些設(shè)備網(wǎng)絡(luò)中，低功耗藍(lán)牙（BLE）技術(shù)作為典型的短距無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)，憑借著低成本、易部署、功耗低等優(yōu)勢(shì)，已成為物聯(lián)網(wǎng)通信生態(tài)中的重要組成部分。

與經(jīng)典藍(lán)牙技術(shù)相比，BLE技術(shù)旨在保持同等通信范圍的同時(shí)顯著降低產(chǎn)品的運(yùn)行功耗和制造成本，因此使用BLE芯片的IoT設(shè)備僅靠鈕扣電池就可穩(wěn)定運(yùn)行數(shù)年之久。根據(jù)QYR（恒州博智）公布數(shù)據(jù)顯示，2023年全球BLE芯片市場(chǎng)銷(xiāo)售額已達(dá)到30.39億美元，預(yù)計(jì)2030年將達(dá)到58.39億美元，年復(fù)合增長(zhǎng)率（CAGR）約為9.1%。

BLE技術(shù)，如何賦能短距通信生態(tài)？

傳統(tǒng)藍(lán)牙技術(shù)雖已成熟，但其較高的功耗和點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信拓?fù)潆y以滿(mǎn)足IoT設(shè)備對(duì)長(zhǎng)續(xù)航、小型化與廣組網(wǎng)的需求。而B(niǎo)LE技術(shù)通過(guò)精簡(jiǎn)協(xié)議層、優(yōu)化連接機(jī)制，可將功耗降低至傳統(tǒng)藍(lán)牙的十分之一，同時(shí)保持10-100米的通信距離，是短距IoT設(shè)備的理想選擇。

從技術(shù)層面剖析，BLE的卓越性主要源于其精巧的協(xié)議設(shè)計(jì)。

BLE采用跳頻擴(kuò)頻（FHSS）技術(shù)，可在2.4GHz頻段的40個(gè)物理信道中快速跳變，既能有效規(guī)避干擾，又可降低單信道的通信負(fù)荷。同時(shí)，與傳統(tǒng)藍(lán)牙設(shè)備在工作時(shí)保持持續(xù)連接狀態(tài)相比，BLE設(shè)備大部分時(shí)間處于休眠狀態(tài)，僅在活動(dòng)發(fā)生時(shí)被喚醒進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，這種“事件驅(qū)動(dòng)”的喚醒機(jī)制使其平均功耗可控制在微安級(jí)別。

在通信模式上，BLE設(shè)備可同時(shí)處于廣播狀態(tài)與連接狀態(tài)。廣播狀態(tài)下，BLE設(shè)備可以向周?chē)l(fā)送廣播消息，實(shí)現(xiàn)一對(duì)多的信息傳播，適合用于傳感器數(shù)據(jù)廣播等場(chǎng)景，多個(gè)接收設(shè)備可以同時(shí)接收來(lái)自 BLE設(shè)備的廣播數(shù)據(jù)。同時(shí)，BLE設(shè)備也能夠與其他設(shè)備建立點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的連接，形成雙向控制鏈路，用于更復(fù)雜的交互和控制操作。例如：

在智能門(mén)鎖領(lǐng)域，其可以通過(guò)廣播狀態(tài)發(fā)送門(mén)鎖的狀態(tài)信息等，同時(shí)與手機(jī)等設(shè)備建立連接，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制門(mén)鎖開(kāi)關(guān)、設(shè)置密碼等雙向交互功能。

在室內(nèi)定位領(lǐng)域，設(shè)備可利用廣播信號(hào)進(jìn)行位置信息的廣播，多個(gè)定位節(jié)點(diǎn)通過(guò)接收廣播信號(hào)來(lái)確定設(shè)備的位置，同時(shí)也可以與設(shè)備建立連接，實(shí)現(xiàn)更精確的室內(nèi)定位和導(dǎo)航。

在資產(chǎn)追蹤領(lǐng)域，BLE設(shè)備可以廣播資產(chǎn)的相關(guān)信息，如設(shè)備編號(hào)、位置信息等，讓多個(gè)監(jiān)控設(shè)備能接收到這些信息，同時(shí)也能與管理人員的終端設(shè)備建立連接，方便進(jìn)行實(shí)時(shí)追蹤和管理，如遠(yuǎn)程查詢(xún)資產(chǎn)詳細(xì)信息、設(shè)置追蹤參數(shù)等。

如何選擇一款合適的BLE芯片?

當(dāng)開(kāi)發(fā)者著手設(shè)計(jì)短距IoT設(shè)備時(shí)，選擇一款優(yōu)秀的BLE芯片/模組往往決定著產(chǎn)品的最終性能及其市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。一款優(yōu)秀的BLE芯片/模組需要在運(yùn)行功耗、傳輸速率、射頻性能、集成度與開(kāi)發(fā)便利性之間找到最佳平衡點(diǎn)。

以華普微自主研發(fā)的藍(lán)牙射頻芯片CMT4531為例：

在運(yùn)行功耗方面，CMT4531的峰值發(fā)送電流為4.2mA @0dBm/3.3V，接收電流為3.8mA@3.3V ，且其在睡眠模式的休眠電流僅為1.4μA@3V ，芯片功耗極低，在紐扣電池供電下可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)達(dá)數(shù)年甚至十年的超長(zhǎng)續(xù)航。

在傳輸速率與射頻性能方面，CMT4531的最大發(fā)射機(jī)功率為6dBm，且其在BLE 1Mbps PHY協(xié)議下的接收靈敏度為-96dBm，在BLE 2Mbps PHY協(xié)議下的接收靈敏度為-93dBm，可在復(fù)雜電磁環(huán)境中保持穩(wěn)定連接。

在集成度方面，CMT4531采用了QFN32(4mm×4mm) 封裝技術(shù)，極易集成至終端IoT產(chǎn)品中，可極大地提升空間利用率，提升產(chǎn)品的便攜性和美觀度。

在開(kāi)發(fā)便利性方面，CMT4531可提供完整的軟件開(kāi)發(fā)套件和豐富的協(xié)議棧資源，支持OTA升級(jí)和AES-128加密，可大幅縮短IoT產(chǎn)品的研發(fā)周期。

值得一提的是，CMT4531還搭載了32位ARM?Cortex?-M0內(nèi)核，最高工作主頻64MHz，配備48KB SRAM與256KB FLASH，支持無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)透?jìng)鞴δ?、全雙工雙向通訊，最低波特率9600bps。同時(shí)，CMT4531支持BLE Mesh協(xié)議下的Friend、LowPower、Proxy、Relay等多節(jié)點(diǎn)特性，是打造短距IoT網(wǎng)絡(luò)的理想選擇之一。

此外，華普微還基于此芯片設(shè)計(jì)了HM-BT4531與HM-BT4531B等多款BLE模塊，且其模塊都已通過(guò)BQB/FCC/CE/IC/SRRC等權(quán)威認(rèn)證，不僅可簡(jiǎn)化BLE設(shè)備制造商開(kāi)發(fā)流程，還可助力其產(chǎn)品快速上市搶占市場(chǎng)！

展望未來(lái)，隨著高數(shù)據(jù)吞吐量（HDT）、更高頻段、藍(lán)牙LE音頻增強(qiáng)和超低延遲HID等未來(lái)功能的陸續(xù)實(shí)現(xiàn)，BLE技術(shù)將不斷刷新IoT短距通信技術(shù)的性能邊界，豐富萬(wàn)物互聯(lián)時(shí)代的通信生態(tài)，以滿(mǎn)足世界不斷增長(zhǎng)的無(wú)線(xiàn)連接需求。