第二篇 蓝牙的频段，跳频以及链接参数详解

众所周知，低功耗蓝牙BLE采用了ISM频段中的2.4GHz，那么这里的这个ISM是什么意思呢？

什么是ISM频段

ISM频段（Industrial Scientific Medical Band）主要是开放给工业、科学和医用3个主要机构使用的频段。ISM频段属于无许可（Free License）频段，使用者无需许可证，没有所谓使用授权的限制。ISM频段允许任何人随意地传输数据，但是对所有的功率进行限制，使得发射与接收之间只能是很短的距离，因而不同使用者之间不会相互干扰。

ISM都有哪些频段

我国由于800M和900M以及1800M等频段被GSM的蜂窝移动网络占用，因此绝大部分遥控产品都是用了433Mhz。另外，对于水电气等公共事业的计量数据采集，国家无线电管理部门专门释放了两个免申请的无线计量频段470 和 510MHz。下图是我国的无线电频段分布图：

之前在EMC相关的文章中讲过，这些频段实际上是公共资源，付费才可以使用的，三大运营商的GSM蜂窝服务就是要有牌照的，所我们所做的设备都要做EMC的辐射和传导测试，就是为了防止我们的设备干扰人家通信。

2.4GHz上的那些通信

从上一节中的表上可以看出，我们的很多电子设备，尤其是消费了的智能设备的通信都在这个频段通信，那么他们是怎么划分各自的信道的呢？毕竟频率宽度就是从2.4 ~ 2.484GHz，大家都要用，难免会干扰。我们就对比WIFI和蓝牙这两个常用的通信协议来做对比。

WIFI通信模式

信道通俗的可以理解为信号走的道路，世界无线电组织规定了我们在2.4GHz这个频段就有84M的宽度，我们如果想传输信号，还需要做到周围的设备不会互相干扰，肯定是要把款路分成几个窄路，至少保证在一定的范围内大家分开走，不然都挤到一条路上肯定堵。

就像上面的车辆跑的道路一样，WIFI在2.4GHz的通信频段上也将这条大路划分成了多个车道。

上图中可以看到，整个84Mhz的频段被划分成了14个车道，车道之间会有交叠部分，这里我们以中心频率为标准来看比较直观，中心频率像个5Mhz。如果我们想在这样的多条道路上找到互相不交叠的道路，也就是保证不会撞车的道路，我们一共可以找到3组，下面这幅图更清晰一些。

WIFI的信道划分是遵循这国际标准802.11的，但是不同的国家使用的频段不一样，有些国家只使用了前面9个，比如以色列，有的国家则使用了14个，比如日本，我们国家目前使用了前面的13个信道。可能有人会有疑问，很多信道交叠了，通信的时候怎么保证不撞车的呢？这里就得看我们路由器的设置了，如果你和隔壁老王家的墙皮不够厚，那么你最好期望老王是个IT盲，这样他路由器一般就是默认的信道，你可以偷偷改一下自己家的，避免干扰，这里两个AP之间会出现同频干扰和邻频干扰的问题。

蓝牙BLE通信模式

接下来我们看看蓝牙BLE的信道划分。蓝牙协议将2.4G的信道划分为40个RF信道，也就是40条路，必然的，相对于WIFI来说，BLE的路就很窄了，只有2M带宽，所以BLE的通信速率上不去。

从上图中可以看到：

BLE广播信道有3个，对应途中的绿色37,38,39三个信道，这个是固定的。数据信道有37个。无线速率最高2Mbps。

这里的广播信道之所以是固定的，是为了能够让主机更好的发现从机，因为从机载广播的时候，会在三个通道上同时发送广播信息，那么我们理应更均匀的分配这三个信道。为什么不规定4个，5个甚至更多个广播信道呢？肯定是功耗了，太多了广播的功耗就太大了，所以选择三，这是一个人类非常喜欢的数字，飞流直下三千尺！那么，蓝牙BLE又是怎么做到抗干扰的呢？尤其是当蓝牙设备旁边还存在几个WIFI路由器的时候。如下图这样：

蓝牙可以用的通道很少了，在一不小心选择了被WIFI覆盖的通道，那得妥妥的失联。所以，蓝牙选择了一个很好的算法进行抗干扰，自适应跳频。

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蓝牙是如何跳频的

跳频这项技术是一位影视明星发明的，名字叫做Hedy Lamarr，他收到自动钢琴原理的启发研制出了频率跳变装置，最早用在了鱼雷的无线控制系统中。

你不要以为专业无用，跨行颠覆，人家这位美女大学读的是通信专业！这里我们介绍一下蓝牙4.0的跳频技术，看一下它是怎么做到频率同步跳转的。首先，作为主机，它需要通过无线电侦测技术维护一个信道地图，它会对每一个信道进行可用性分析和分类，然后标记为可用还是不可用，当然对于不可用的，也就是被WIFI盖住的那部分信道在跳频的时候是不允许跳的。其次，这个信道地图一般是由主机，也就是master绘制好后，提供给从机slave，slave也可以自己帧测信道质量，然后报告给主机审核，最终还是要有主机下发给从机才能生效。最后，有了这样的一张地图，我们就可以开始跳房子了，只要确定一个跳法，让主机和从机按照相同的跳法跳就可以准确的通信。用个简图形象的描述一下，我们用土电话来比拟信道，假设A和B按照不同的方法变换着喊。

我想，如果你没有提前跟B同学商量好喊的顺序，你是很有可能被骂的。