低功耗蓝牙芯片综述，国产当自强

来源：内容来 自公众号「桃芯科技」，作者：桃芯芯， 谢谢。

蓝牙标准演进

物联网无线通信对比

速率与距离

• 功耗： 在功耗表现方面BLE是最好的，市场上最好的指标是：RTC休眠（不是shutdown，很多时候会有意或无意的去混淆这个）的时候1uA左右，这个值已经基本上是由PMU，pad等半导体的物理特性决定了的，一般来说很难再小了。Active时候的峰值基本在十毫安以下；而500ms广播的平均电流在30uA。WiFi基本上是10倍数量级的高于这个数值，这个也是比较基本的判断。NB，Lora，Sigfox的功耗基本介于这两者之间，这几种无线协议解决待机时间的方法是增加收发间隔和低速率。

• 速率： BLE是2Mbps，可以做透传，做BLE的profile应用，音频等。WiFi目前用在物联网作为连接功能的基本都是802.11b（物联网的802.11ah协议基本没有应用），所以最高速率在10Mbps左右，WiFi是为数据而生的协议，目前用在控制方面的应用，传输能力比较鸡肋。其他的Zigbee，NB，Lora，Sigfox都在250Kbps左右，这类协议基本只能做极小数据的透传，不能像BLE一样还能做一些应用。
  
  
• 传输距离： BLE5具备长距离特性，室内50米左右，相比WiFi在高功率发射的情况下表现还要好。Zigbee同BT4.2之前的水平差不多，应该在室内10几米或者再多一点。NB，Lora，Sigfox属于广域的协议，传输距离都在1000米以上。

• 组网能力： BLE的Mesh组网理论上65000，实际上目前可能测试到几百上千个节点（有智能灯具10000个点的记录）。Mesh组网的特点是网络节点平等，网络内部的采集和控制可以网内消化，而需要上云端的数据可以通过网关（比如智能音箱或任意一个Proxy节点）或手机传输。WiFi的组网是星型的，由路由器周围带十几或几十个节点，对大规模组网来说并不友好，这也是业界通常的看法。Zigbee本来就是做工业互联的，开始便具备组网能力，它的弱点在于需要唯一网关上网，所有网络规模大不了，通常100-200个点，而且还需要配备专门的路由器。其他NB，Lora，Sigfox等都是星型的基站结构，或大或小，看基站的能力以及协议规格，目前看来都是几K或小几十K。

• 成本： 成本难以直接比较，同一种协议的不同芯片规格，成本相差也比较大。BLE的成本相比其他任何一种协议，如果在相同的高中低档芯片平行比较的话，是最小的。从市面上总体的感觉，也能得出这样的结论。

• 市场规模： 目前单单BLE的市场规模，不包括音频的话，也有将近20亿片每年，而且BLE这块的复合增长率保持在20%以上。是个数百亿级的市场（芯片only）。WiFi我这里没有数据，单仅仅从作为连接使用的11b的角度来看，比BLE小很多。而Zigbee从2002年联盟成立到现在，尚未形成规模市场，根据市场研调公司ON World所做研究，截至2018年8月，Zigbee芯片组出货量累计才达5亿颗。

• 2Mbps在短距离无线通信中是个非常合适的速率，能适应绝大多数应用场景，参考一下蓝牙组织SIG定义的那些应用的Profile就容易理解。实测的效果可以看到ING918xx能达到1.2Mbps，是个非常好的效果，甚至能够做视频传输应用，以及高保真音频等。

BLE5实测速率

• 8倍广播包扩展指的是在5.0中定义的广播包有255用户字节，相对4.2有8倍扩展。但事实上5.0定义的最大广播字节有1650，通过主广播包及AUX辅助广播包发送。这对于有大数据广播需求；或者对mesh组网中最大384字节广播包需求是个非常匹配的满足。不过实话实说，现在在蓝牙应用层面，能把这个用好的很少，或者说还没有看见。
• 4倍距离，简称LR（Long Range），是蓝牙5在信道上加了一级纠错编解码，以前通过白化等手段来减少误码率，现在再加一层通道编解码，就提高了灵敏度。当然代价就是传输的实际有效数据减少。
• 另外，所谓兼容性提高是指5.0的广播信道的扩展，以前只能在37/38/39信道上做广播，但现在可以在其他0-36的信道上同样发广播。这大大提高了广播的质量，减少了信道污染带来的体验下降。当然，为了兼容4.2，5.0的广播发起信道还是在37/38/39。
• Mesh自组网。自组网mesh技术，可实现多点、大规模网络传输。蓝牙mesh支持不同的节点特性，包括Relay，Friend，以及Low Power等。同时基于5.0特性使得mesh网络的延时减小10倍左右，数据传输量提高多达8倍以上。相比较WIFI和Zigbee的组网，蓝牙mesh在网络规模，网络延迟等方面均具有强大优势。具有proxy功能的节点均可以当做网络的入口，使得mesh网络真正实现去中心化。

蓝牙mesh

AoA原理

平面定位

• 4.0版本之前的蓝牙主要用于电脑，手机等设备，作为数据和音频传输的接口。作为手机标配确立了蓝牙在互联网生态中的优势地位。
• 4.0/4.2版本，带动了可穿戴，智能家居等业务的巨大浪潮，催生了华米等一大批基于连接和数据的物联网应用公司，模组公司。应用场景体现为各种小互联设备，智能家居，智能楼宇等等。
• 5.0及5.1版本的发布除了在传统的应用上对效率和用户体验带来质变之外，还给蓝牙带来了更为广阔的应用空间，包括组网与位置服务。应用场景扩展到智慧城市，工业互联，汽车，医疗等各个场景。

采自：SIG蓝牙资讯

• 地标信息：零售商较早就开始采用地标（PoI）信息，包括智能楼宇、智能工业和智慧城市也开始探索蓝牙beacon的应用。
• 寻物：越来越多的消费者将蓝牙标签贴在钥匙、钱包、手包和其他个人财物上，也包括商店的奢侈品管理等。
• 资产追踪：蓝牙正在推进用于资产和人员跟踪的实时位置服务（RTLS）解决方案的快速增长，无论是在仓库中对工具和工人定位，或是在医院中对医疗设备及患者定位。
• 导航：从机场和火车站到博物馆和体育馆，蓝牙室内定位系统（IPS）已迅速成为解决GPS室内覆盖难题的标准，可助力访客在复杂环境中进行导航。

采自：SIG蓝牙资讯

• 控制系统：蓝牙mesh网络正迅速成为许多控制系统的首选无线通信平台，包括用于智能楼宇和智能工业市场中的先进照明解决方案。
• 监控系统：蓝牙无线传感器网络（WSN）能够监测光照、温度、 湿度和占用情况，帮助提高员工生产力，降低楼宇运营成本， 或更好地满足生产设备对于环境条件和维护的要求，以减少意外停机。
• 自动化系统：蓝牙可实现楼宇基本系统的自动化集中控制，包括暖气、通风与空气调节（HVAC）、照明和安防系统，从而节约能源、降低运营成本，并延长楼宇核心系统的使用寿命。

采自：SIG蓝牙资讯

采自：SIG蓝牙资讯

新解决方案

• 低功耗：低功耗我们可以参考2个指标就可以反映芯片的能耗指标，一个是带RTC的睡眠电流，这个反映出我们甚至在业务不中断的前提下芯片的最小功耗；另一个是特定时间连接间隔下，比如500ms，芯片的平均功耗，这个反应的是处理相同的业务时，芯片的功耗。
• 稳定性，兼容性：这个是芯片性能的综合反应，考验的就是无线通信底层协议的鲁棒性，也就是支持协议的完整性，灵活性。可以通过查看通信协议认证的条目来做基本判断（但也可能有比较tricky的东西夹杂），可以咨询专业人士，或者通过下游用户给出比较直观的评价。

整理自：硬科技加速器

• 蓝牙在物联网短距离连接方面，注定是最佳方案。
• 蓝牙产业和芯片保持高速增长，芯片以每年4亿片左右的规模增长。
• 蓝牙芯片国产率目前不到20%，国产芯片任重道远。国内看似热闹的芯片产业，目前尚无对标国际厂商的标志性芯片面世。
• 国产芯片迎头赶上的关键是掌握核心无线通信技术，才能自由定义出符合市场，符合客户的完全自主的芯片。

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