蓝牙 LE Coded PHY 中的 S=8 编码方案 的详细解析
目录
概述
1. LE Coded PHY 概述
2. S=8 编码技术详解
2.1 编码原理
2.2 参数对比
3. 应用场景
3.1 典型用例
3.2 限制
4. 配置方法（nRF Connect SDK）
4.1 启用 LE Coded PHY
4.2 设置连接参数
4.3 广播配置
5. 性能测试
5.1 测试工具
5.2 DTM 命令示例
5.3 实测结果参考
6. 注意事项
概述
本文主要介绍蓝牙 LE Coded PHY 中的 S=8 编码的实现原理，应用场景，以及使用nRF Connect SDK实现功能配置的方法，还介绍使用DTM功能测试SRRC的功能。
1. LE Coded PHY 概述
LE Coded PHY 是蓝牙 5.0 引入的物理层技术，旨在 显著提升通信距离（理论可达传统 PHY 的 4 倍），适用于低数据速率、高可靠性的长距离场景。其核心特性包括：
两种编码方案：S=2（中距离）和 S=8（远距离）。前向纠错（FEC）：通过重复编码和卷积编码增强抗干扰能力。兼容性：需主从设备均支持蓝牙 5.0+ 协议。
2. S=8 编码技术详解
2.1 编码原理
符号扩展：每个原始数据位（bit）被扩展为 8 个符号（chips），生成更长的数据序列以提升接收端解调容错。FEC 编码：采用 卷积码（Constraint Length=7，Rate=1/2），通过冗余数据实现纠错。
2.2 参数对比
参数S=2（LE Coded）S=8（LE Coded）1M/2M PHY符号扩展率2x8x1x传输速率500 Kbps (有效 125-250 Kbps)125 Kbps (有效 30-60 Kbps)1 Mbps / 2 Mbps理论距离增益2x4x基准抗干扰能力高极高低
3. 应用场景
3.1 典型用例
工业传感器：长距离传输温度/湿度数据（如百米级仓库监控）。智能家居：穿墙覆盖（如地下室的安防传感器）。医疗设备：高可靠性生命体征监测。
3.2 限制
高延迟：S=8 的传输速率较低，不适合实时音频/视频传输。功耗：长符号扩展导致射频工作时间增加，需优化占空比。
4. 配置方法（nRF Connect SDK）
4.1 启用 LE Coded PHY
在 prj.conf 中配置支持编码物理层：
CONFIG_BT_CTLR_PHY_CODED=y # 启用 LE Coded PHY
CONFIG_BT_CTLR_PHY_CODED_S8_RX=y # 支持 S=8 接收
CONFIG_BT_CTLR_PHY_CODED_S8_TX=y # 支持 S=8 发送
4.2 设置连接参数
在连接请求或更新中指定使用 S=8 编码：
// 设置 PHY 参数（主设备端）
struct bt_conn_phy_param phy_param = {
.options = BT_CONN_PHY_OPT_CODED_S8, // 选择 S=8
.pref_rx_phy = BT_GAP_LE_PHY_CODED, // 接收 PHY
.pref_tx_phy = BT_GAP_LE_PHY_CODED, // 发送 PHY
};
bt_conn_le_phy_update(conn, &phy_param);
4.3 广播配置
使用扩展广播（Advertising Extensions）以支持 LE Coded PHY：
struct bt_le_adv_param adv_param = BT_LE_ADV_PARAM(
BT_LE_ADV_OPT_EXT_ADV | BT_LE_ADV_OPT_USE_CODED, 0, // 启用扩展广播和编码
BT_GAP_ADV_SLOW_INT_MIN, BT_GAP_ADV_SLOW_INT_MAX
);
bt_le_adv_start(&adv_param, ad, ARRAY_SIZE(ad), NULL, 0);
5. 性能测试
5.1 测试工具
笔者使用nRF52833 DK开发板作为硬件测试板卡
频谱仪：验证发射功率及频偏（需支持蓝牙 5.0 频段）。nRF Connect for Desktop → Direct Test Mode (DTM)：测试误包率（PER）和最大通信距离。
5.2 DTM 命令示例
启动 S=8 编码的发射测试（频点 2440 MHz，Channel 19）：
hci_cmd_le_transmitter_test(
19, // 频道 19 (2440 MHz)
37, // 数据长度 37 字节
BT_HCI_LE_TEST_PAYLOAD_PRBS9, // PRBS9 数据模式
BT_HCI_LE_PHY_CODED_S8 // 选择 S=8 编码
);
5.3 实测结果参考
场景PER（S=8）最大距离备注开放环境（LOS）< 0.1%300m发射功率 +4 dBm，无干扰穿墙（2 堵砖墙）< 1%80m信号衰减约 20 dB
6. 注意事项
兼容性验证：确保对端设备支持 LE Coded PHY（通过 BT_GAP_LE_PHY_CODED 能力协商）。功耗优化：延长连接间隔（Connection Interval）以补偿低速率（如 1s 间隔）。天线设计：优化天线增益（建议 > 2dBi）以提升远距离性能。
通过合理配置 LE Coded S=8 编码方案，可在低数据速率场景下实现超远距离、高可靠的蓝牙通信，尤其适用于工业物联网和广域传感器网络。建议结合具体应用需求，在覆盖范围和功耗之间取得平衡。