新版本的藍(lan)(lan)牙(ya)(ya)通(tong)信標準(zhun)于2019年1月份發(fa)布(bu)。藍(lan)(lan)牙(ya)(ya)5．1最值得(de)注意的功能是(shi)辨別藍(lan)(lan)牙(ya)(ya)發(fa)射器和(he)接收器方向(xiang)的有效方法。該(gai)規(gui)范還包含了旨在(zai)加速通(tong)信和(he)提高能效的其他進(jin)展。

不少藍牙IC制造商已經發布了具有新5．0規范功能的(de)硬件。以下(xia)我們(men)大(da)概介紹一下(xia)藍牙5．1帶來的(de)變化，并例舉一家供應商如何(he)已經開(kai)始采(cai)用該新規范。

已經有(you)藍牙接(jie)(jie)收器(qi)用(yong)信號(hao)(hao)強度(du)來估算到(dao)藍牙發(fa)射(she)(she)器(qi)的(de)距離。5．1規范提供了兩種更加精確定位的(de)方法，代價是使用(yong)多個(ge)發(fa)射(she)(she)／接(jie)(jie)收天(tian)線(xian)(xian)。要(yao)實現(xian)到(dao)達角度(du)（AoA）方法，接(jie)(jie)收器(qi)必(bi)須至(zhi)少有(you)兩個(ge)天(tian)線(xian)(xian)（最小間距為6．2厘米），而發(fa)射(she)(she)器(qi)可以只有(you)一(yi)個(ge)天(tian)線(xian)(xian)。通過AoA方法，接(jie)(jie)收器(qi)使用(yong)接(jie)(jie)收到(dao)的(de)多個(ge)信號(hao)(hao)來計(ji)算出信號(hao)(hao)源的(de)角度(du)。類似地，離開(kai)角度(du)（AoD）方法需要(yao)發(fa)射(she)(she)器(qi)具有(you)至(zhi)少兩個(ge)天(tian)線(xian)(xian)。接(jie)(jie)收器(qi)可以只有(you)一(yi)個(ge)天(tian)線(xian)(xian)，接(jie)(jie)收多個(ge)信號(hao)(hao)并(bing)計(ji)算出信號(hao)(hao)源的(de)角度(du)。

在藍牙(ya)5．1中實(shi)現的(de)到達角(jiao)度(du)（AoA）方法(fa)中，例(li)如實(shi)時定(ding)(ding)位系統(tong)(tong)(tong)（RTLS）中的(de)標簽之類的(de)設(she)備(bei)從單個(ge)(ge)天(tian)線(xian)發(fa)(fa)射信(xin)(xin)(xin)號。接(jie)收(shou)(shou)器包含多個(ge)(ge)天(tian)線(xian)，因為每個(ge)(ge)接(jie)收(shou)(shou)天(tian)線(xian)到發(fa)(fa)射天(tian)線(xian)的(de)距離不同，從而接(jie)收(shou)(shou)器可以(yi)得出(chu)相位差。在離開角(jiao)度(du)（AoD）方法(fa)中，例(li)如藍牙(ya)定(ding)(ding)位信(xin)(xin)(xin)標通過(guo)天(tian)線(xian)陣列(lie)發(fa)(fa)射信(xin)(xin)(xin)號，而像智能手機這樣的(de)接(jie)收(shou)(shou)設(she)備(bei)使用(yong)單個(ge)(ge)天(tian)線(xian)來(lai)接(jie)收(shou)(shou)信(xin)(xin)(xin)號，并將信(xin)(xin)(xin)號解碼(ma)以(yi)計算出(chu)相對(dui)信(xin)(xin)(xin)號方向。這種尋向方法(fa)目標用(yong)于室內(nei)定(ding)(ding)位系統(tong)(tong)(tong)，例(li)如尋路系統(tong)(tong)(tong)。

需要(yao)注意(yi)的(de)一點是：遵循5．1規范(fan)的(de)設備(bei)范(fan)圍與早(zao)期版本的(de)設備(bei)范(fan)圍相同。但是當障礙物在視線內(nei)時(shi)(shi)，使用信號強度定位(wei)藍牙源的(de)準確(que)性會嚴重(zhong)下降。三(san)角測(ce)量的(de)能力將有可能實現實時(shi)(shi)定位(wei)系(xi)統(tong)和室(shi)內(nei)定位(wei)系(xi)統(tong)等(deng)功能。

該尋向(xiang)功(gong)能使(shi)用同(tong)相和正(zheng)交（IQ）采(cai)(cai)樣(yang)(yang)(yang)來測量(liang)天線接收的RF相位。在AoA方(fang)(fang)法中(zhong)(zhong)，采(cai)(cai)樣(yang)(yang)(yang)過程應用于陣列(lie)中(zhong)(zhong)的每個天線，一(yi)次一(yi)個，按照(zhao)陣列(lie)設(she)計設(she)置不不順序。采(cai)(cai)樣(yang)(yang)(yang)數據通過主機控制器接口（HCI）傳遞到藍牙協議棧，然后(hou)用算法計算出一(yi)臺(tai)設(she)備相對于另一(yi)臺(tai)設(she)備的方(fang)(fang)向(xiang)。

藍牙協議(yi)的(de)某些部分(fen)已更改，以支持IQ采(cai)樣和(he)在協議(yi)棧(zhan)中(zhong)的(de)較高層(ceng)使用(yong)IQ樣本。細節變得有(you)點復雜(za)。例如(ru)，在鏈路(lu)層(ceng)，有(you)一(yi)個稱為恒(heng)定頻(pin)率擴展信(xin)號（CTE）的(de)新字段，它提供一(yi)個恒(heng)定的(de)頻(pin)率和(he)波長信(xin)號材料，可以對照其進行IQ采(cai)樣。

5．1規范還對GATT（通用屬性(xing)配置文件）進行了一些(xie)(xie)增強(qiang)，GATT定義了兩個(ge)BLE設(she)(she)備使用稱為(wei)服務和特性(xing)的(de)(de)(de)概(gai)念來(lai)回傳輸數(shu)據的(de)(de)(de)方式(shi)。這(zhe)些(xie)(xie)增強(qiang)通常是為(wei)了提升(sheng)能(neng)效，和實現藍牙設(she)(she)備之(zhi)間更(geng)快的(de)(de)(de)握手。但(dan)其(qi)中(zhong)有些(xie)(xie)是為(wei)未(wei)來(lai)要發布(bu)的(de)(de)(de)規范版本的(de)(de)(de)增強(qiang)功能(neng)做(zuo)準備。

從(cong)根本上說，5．1規范定義了(le)(le)BLE客戶(hu)(hu)端(duan)如(ru)何可以(yi)(yi)在曾(ceng)經通信(xin)過且未發生變化的兩個設備之間跳過服務查找的步驟(zou)。客戶(hu)(hu)端(duan)現在可以(yi)(yi)推斷出(chu)它(ta)所連(lian)接(jie)的設備與先前(qian)連(lian)接(jie)的類型相同，并且客戶(hu)(hu)端(duan)已(yi)經緩存了(le)(le)屬性表。如(ru)果某些細節相同，則(ze)客戶(hu)(hu)端(duan)可以(yi)(yi)決定跳過部分(fen)連(lian)接(jie)協議，因為它(ta)已(yi)經擁有了(le)(le)所需的數據。

這可(ke)能(neng)派上用場的(de)典型應用是(shi)藍牙智(zhi)能(neng)門(men)(men)(men)鎖，智(zhi)能(neng)手機可(ke)以在主人接(jie)近時打(da)開門(men)(men)(men)。服務查(cha)找只需在用戶第(di)一(yi)次(ci)(ci)打(da)開智(zhi)能(neng)鎖時進行一(yi)次(ci)(ci)。用戶在第(di)一(yi)次(ci)(ci)打(da)開門(men)(men)(men)鎖時可(ke)能(neng)會(hui)有(you)延遲，但(dan)從那之后，門(men)(men)(men)鎖的(de)響應幾(ji)乎是(shi)瞬間的(de)。

藍(lan)牙(ya)5．1中(zhong)的(de)(de)AoA和AoD功能旨在(zai)(zai)為(wei)(wei)(wei)實時(shi)定(ding)(ding)(ding)(ding)(ding)位(wei)(wei)(wei)(wei)系(xi)(xi)統（RTLS）和室內(nei)定(ding)(ding)(ding)(ding)(ding)位(wei)(wei)(wei)(wei)系(xi)(xi)統（IPS）帶來更高的(de)(de)精度(du)。用于物品跟蹤(zong)的(de)(de)藍(lan)牙(ya)實時(shi)定(ding)(ding)(ding)(ding)(ding)位(wei)(wei)(wei)(wei)系(xi)(xi)統設置(zhi)調(diao)用安裝在(zai)(zai)整(zheng)個場地(di)中(zhong)多個固定(ding)(ding)(ding)(ding)(ding)位(wei)(wei)(wei)(wei)置(zhi)的(de)(de)藍(lan)牙(ya)接收器(qi)，通常(chang)稱為(wei)(wei)(wei)定(ding)(ding)(ding)(ding)(ding)位(wei)(wei)(wei)(wei)器(qi)。定(ding)(ding)(ding)(ding)(ding)位(wei)(wei)(wei)(wei)器(qi)連(lian)接到俗稱為(wei)(wei)(wei)定(ding)(ding)(ding)(ding)(ding)位(wei)(wei)(wei)(wei)引(yin)(yin)擎的(de)(de)集(ji)中(zhong)式服(fu)務器(qi)。將俗稱為(wei)(wei)(wei)標(biao)簽的(de)(de)藍(lan)牙(ya)發(fa)射器(qi)放(fang)置(zhi)到系(xi)(xi)統要跟蹤(zong)的(de)(de)物品上(shang)。標(biao)簽周期性地(di)向定(ding)(ding)(ding)(ding)(ding)位(wei)(wei)(wei)(wei)引(yin)(yin)擎發(fa)送(song)信號，定(ding)(ding)(ding)(ding)(ding)位(wei)(wei)(wei)(wei)引(yin)(yin)擎估(gu)算(suan)(suan)每個定(ding)(ding)(ding)(ding)(ding)位(wei)(wei)(wei)(wei)器(qi)的(de)(de)位(wei)(wei)(wei)(wei)置(zhi)。在(zai)(zai)室內(nei)定(ding)(ding)(ding)(ding)(ding)位(wei)(wei)(wei)(wei)系(xi)(xi)統中(zhong)，俗稱為(wei)(wei)(wei)定(ding)(ding)(ding)(ding)(ding)位(wei)(wei)(wei)(wei)信標(biao)的(de)(de)藍(lan)牙(ya)發(fa)射器(qi)放(fang)置(zhi)于固定(ding)(ding)(ding)(ding)(ding)位(wei)(wei)(wei)(wei)置(zhi)。訪客(ke)一般可以(yi)使(shi)用智能手機上(shang)的(de)(de)應(ying)用程序來收聽定(ding)(ding)(ding)(ding)(ding)位(wei)(wei)(wei)(wei)信標(biao)。應(ying)用程序使(shi)用接收到的(de)(de)信號強度(du)來計(ji)算(suan)(suan)其實時(shi)位(wei)(wei)(wei)(wei)置(zhi)。

優異的架構

藍(lan)牙(ya)5．1包(bao)含的(de)新功能(neng)為藍(lan)牙(ya)控制器帶來了額(e)外的(de)計算(suan)負擔。某(mou)些架構(gou)功能(neng)可(ke)(ke)以對額(e)外處理工作帶來幫助。例如，三角(jiao)測量(liang)處理可(ke)(ke)以采用復雜的(de)算(suan)法。因此，包(bao)含數(shu)字信號處理和大容(rong)量(liang)內存的(de)架構(gou)非(fei)常有用。

另外，由于三(san)角測(ce)量涉及來自多(duo)個天線的(de)(de)信號(hao)，因(yin)此藍牙控制(zhi)器必須(xu)包(bao)含(han)處(chu)理所涉及的(de)(de)多(duo)個RF信號(hao)的(de)(de)功能。由于單(dan)天線藍牙的(de)(de)市場仍然很大，采(cai)用5．1標(biao)準的(de)(de)控制(zhi)器可以(yi)通過(guo)結合(he)用于快速操控外部RF開關(guan)的(de)(de)架構特(te)性，來處(chu)理對多(duo)個RF路徑(jing)的(de)(de)需求，而不是將開關(guan)包(bao)含(han)在藍牙控制(zhi)器IC本身上(shang)。

這(zhe)種藍牙5．1控制(zhi)(zhi)器(qi)芯片的一(yi)個(ge)例子就是(shi)Dialog SmartBond DA1469x系列。它是(shi)第一(yi)個(ge)基于(yu)ARM Cortex M33處理(li)(li)器(qi)的無線(xian)多核MCU系列。該處理(li)(li)器(qi)具有數字(zi)信(xin)號處理(li)(li)和浮點功(gong)能(neng)，有助(zhu)于(yu)進行三角測量計算。此(ci)外(wai)，這(zhe)些處理(li)(li)器(qi)具有I／O，有助(zhu)于(yu)以(yi)高精度控制(zhi)(zhi)外(wai)部RF開關(guan)，以(yi)實現AoA和AoD定位。使用外(wai)部RF開關(guan)處理(li)(li)AoA和AoD，而不(bu)是(shi)集成在(zai)藍牙芯片中的開關(guan)，可以(yi)降低單天(tian)線(xian)藍牙應用的成本。

此(ci)外，DA1469x器件上的內存是可擴展的，對處理復雜應用(yong)很有用(yong)，同時(shi)可以(yi)確保基本應用(yong)的成(cheng)本足夠低。

降低(di)藍牙應(ying)用(yong)中的功耗通(tong)常是(shi)有利(li)的，所以DA1469x芯(xin)片(pian)(pian)中包含了電(dian)源(yuan)管理功能(neng)，芯(xin)片(pian)(pian)中的部分(fen)功能(neng)只在需要時才開啟(qi)(qi)。例如，當應(ying)用(yong)不(bu)啟(qi)(qi)用(yong)尋(xun)向定位時，芯(xin)片(pian)(pian)將僅為處(chu)理無線電(dian)和(he)簡單藍牙功能(neng)的電(dian)路供電(dian)。當要求執行AoA或AoD任務時，整(zheng)個Cortex M33處(chu)理器則會(hui)啟(qi)(qi)用(yong)。