最新版本的蓝牙通信标准 上篇

新发布的蓝牙5.1蓝牙通信标准规范有效地建立了蓝牙发射器和接收器的精确定位方法。

最新版本的蓝牙通信标准于2019年1月发布，蓝牙5.1最突出的特点是区分蓝牙发射器和接收器方向的有效方法。该规范还包括加速通信和提高能源效率方面的进一步进展。

许多蓝牙IC制造商已经发布了具有新的5.0规范功能的硬件。以下将简要介绍蓝牙5.1带来的变化，并说明供应商如何开始采用蓝牙通信标准新规范。

蓝牙接收器使用信号强度来估计蓝牙发射器的距离。5.1规范以使用多个发射和接收天线为代价提供了两种更精确的定位方法。为了实现接收角度（AOA）方法，接收机必须至少有两个天线（最小距离为6.2厘米），发射机必须只有一个天线。使用AOA方法，接收器根据接收到的信号计算信号源的角度。类似地，偏离角（AOD）方法要求发射机具有至少两个天线。接收器只能具有接收多个信号并计算信号源角度的天线。

在蓝牙5.1中实现的到达角方法（AOA）中，设备在单个天线上发送信号，例如实时定位系统（RTLS）的标签。接收器包括多个天线。从接收天线到发射天线的距离不同，并且接收器可以输出相位差。例如，在AOD方法中，通过天线阵列发送蓝牙位置信号，并且诸如智能电话的接收器通过单个天线接收并解码信号以计算相对信号方向。这种定向制导方法的目的是用于内部定位系统，如侦察系统。

规范5.1中规定的设备范围与先前版本相同。然而，如果障碍物在视线内，信号强度将严重影响蓝牙源定位的准确性。三角测量可以实现实时定位系统和室内定位系统的功能。

搜索功能使用同相和正交（IQ）扫描来测量天线接收的RF相位。AOA方法根据指定的方向图设计顺序，对方向图的每个天线逐一进行采样处理。收集的数据通过主机控制器接口（HCI）传输到蓝牙协议栈，并通过算法计算从一个设备到另一个设备的方向。

部分蓝牙通信标准协议已更改为支持IQ采样，协议栈可以在更高级别使用IQ采样。细节变得有点复杂。例如，连接层中有一个称为固定频率扩展信号（CTE）的新字段。该字段提供固定频率和波长信号，可以执行IQ扫描。

规范5.1扩展了GATT（通用属性配置文件），并定义了两个ble设备如何使用服务和功能概念传输数据。这些改进通常旨在提高能源效率并实现蓝牙设备之间更快的握手。然而，其中一些是为标准化版本的未来增强而准备的。

默认情况下，5.1规范定义了有能力的客户端如何跨两个未更改的设备进行通信和服务发现过程。客户端可以断定当前连接的设备与先前的连接形式相同，并且客户端缓存属性表。如果某些细节相同，则客户端可能决定跳过某些连接协议。因为客户端已经具有所需的数据。

一个典型的应用是蓝牙智能锁，当主人靠近时可以打开。当用户首次打开智能锁时，服务搜索只能运行一次。当用户第一次打开门时可能会有延迟，但之后锁的反应几乎是瞬时的。

蓝牙5.1蓝牙通信标准的AOA和AOD功能旨在更准确地实现实时定位系统（RTLS）和iPS（国际定位系统）。蓝牙实时目标跟踪定位系统是在整个站点的多个固定位置安装蓝牙接收器，通常称为定位器。定位器通常连接到称为定位引擎的中央服务器。将蓝牙发射器（通常称为标签）放在需要系统跟踪的物品上。标签定期向定位引擎发送信号，定位引擎估计每个定位器的位置。在室内定位系统中，通常称为位置信号的蓝牙发射器处于固定位置。访客通常可以通过智能手机上的应用程序听到位置信号。应用程序使用接收到的信号强度计算实际位置。