低功耗蓝牙如何实现低功耗

经典蓝牙面临的挑战是电池消耗快、连接频繁中断，需要频繁配对和重新配对。能够成功解决这些问题是BLE快速增长的原因之一。低功耗蓝牙是更智能、更省电的蓝牙无线技术，它已经在将智能设备变得更智能、更紧凑、更实惠、更简单方面发挥着重要作用。

那么BLE是如何实现低功耗的，它的技术特点是什么？根据SIG官方新闻发布会公布的信息，与经典BT技术相比，主要变化主要体现在待机功耗的降低、高速连接的实现和峰值功耗的降低。

数据传输：BLE以1Mbps的速度支持非常短的数据包（最小8个八位字节，最大27个八位字节）。所有连接都采用高级sniff-sub速率（减速嗅探模式），实现超低占空比，从而最大限度地降低功耗。
跳频：BLE 使用所有蓝牙技术版本通用的 AFH，以尽量减少 2.4 GHz ISM 频段中其他技术的干扰。高效的多路径优势增加了链路预算和有效工作范围，并优化了能耗。
主机 – 控制器：减少了无线电频段和无线电开启时间。传统蓝牙使用 16 到 32 个频段进行广播，而 BLE 仅使用 3 个广播频段。每次广播的无线电开启时间从传统蓝牙的 22ms 缩短到 0.6~1.2ms，连接速度更快（发现发生在 3 个信道上）。BLE 将大量能量放在控制器中，这允许 HOST 休眠更长时间（Duty-Cycle），并且仅在 HOST 需要执行某些操作时才被控制器唤醒，并且在 Duty-Cycle 中，发送数据间隔也受控增加。这节省了最多的电流，因为主机处理器通常比 BLE 控制器消耗更多的电量。
更“宽松”的射频参数和发送非常短的数据包：两种技术都使用高斯频移键控 (GFSK) 调制，但低功耗蓝牙使用的调制指数为 0.5，而标准蓝牙的调制指数为 0.35。0.5 指数接近高斯最小频移键控 (GMSK) 方案，可降低无线设备的功耗要求。同时，低功耗蓝牙技术使用非常短的数据包 — 可使硅片保持低温。因此，低功耗蓝牙收发器不需要耗电的重新校准和闭环架构。
延迟：标准蓝牙技术是一种“面向连接”的无线技术，具有固定的连接时间间隔，因此非常适合高活动连接，例如手机连接无线耳机。相比之下，BLE 可以支持最快 3 毫秒的连接建立和数据传输。这使应用程序能够在短短几毫秒内建立连接并传输经过身份验证的数据，进行短暂的通信，然后快速断开连接。
范围：增加的调制指数使 BLE 的最大范围超过 100 米。
稳健性：BLE 对所有数据包使用强大的 24 位 CRC，以确保最大程度地抗干扰。
强大的安全性：使用 CCM 的完整 AES-128 加密提供强大的数据包加密和身份验证，因此通信是安全的。
拓扑：BLE 在每个从属设备的每个数据包上使用 32 位访问地址，允许连接数十亿台设备。该技术针对一对一连接进行了优化，同时允许使用星型拓扑进行一对多连接。

芯片级支持：通过芯片的低功耗模式来限制芯片的功耗，芯片提供多种低功耗控制，降低芯片的功耗。

1.系统工作模式控制：整个SOC（System on a chip）系统有多种工作模式，可根据实际功耗需求、性能需求选择不同的工作模式。
2.时钟门控与时钟频率调制：提供时钟关闭功能，可以关闭不必要的时钟，降低芯片的功耗。系统的时钟频率可以调整，在满足整个系统降频条件后，系统可以自动切换时钟频率，降低芯片的功耗。
3.模块级低功耗控制：提供模块级低功耗控制，当BLE或者DSP不工作时，可以关闭模块的电源，降低芯片的功耗。