新版本的藍牙通信標準于2019年1月份發(fā)布。藍牙5．1最值得注意的功能是辨別藍牙發(fā)射器和接收器方向的有效方法。該規范還包含了旨在加速通信和提高能效的其他進(jìn)展。

不少藍牙IC制造商已經(jīng)發(fā)布了具有新5．0規范功能的硬件。以下我們大概介紹一下藍牙5．1帶來(lái)的變化，并例舉一家供應商如何已經(jīng)開(kāi)始采用該新規范。

已經(jīng)有藍牙接收器用信號強度來(lái)估算到藍牙發(fā)射器的距離。5．1規范提供了兩種更加精確定位的方法，代價(jià)是使用多個(gè)發(fā)射／接收天線(xiàn)。要實(shí)現到達角度（AoA）方法，接收器必須至少有兩個(gè)天線(xiàn)（最小間距為6．2厘米），而發(fā)射器可以只有一個(gè)天線(xiàn)。通過(guò)AoA方法，接收器使用接收到的多個(gè)信號來(lái)計算出信號源的角度。類(lèi)似地，離開(kāi)角度（AoD）方法需要發(fā)射器具有至少兩個(gè)天線(xiàn)。接收器可以只有一個(gè)天線(xiàn)，接收多個(gè)信號并計算出信號源的角度。

在藍牙5．1中實(shí)現的到達角度（AoA）方法中，例如實(shí)時(shí)定位系統（RTLS）中的標簽之類(lèi)的設備從單個(gè)天線(xiàn)發(fā)射信號。接收器包含多個(gè)天線(xiàn)，因為每個(gè)接收天線(xiàn)到發(fā)射天線(xiàn)的距離不同，從而接收器可以得出相位差。在離開(kāi)角度（AoD）方法中，例如藍牙定位信標通過(guò)天線(xiàn)陣列發(fā)射信號，而像智能手機這樣的接收設備使用單個(gè)天線(xiàn)來(lái)接收信號，并將信號解碼以計算出相對信號方向。這種尋向方法目標用于室內定位系統，例如尋路系統。

需要注意的一點(diǎn)是：遵循5．1規范的設備范圍與早期版本的設備范圍相同。但是當障礙物在視線(xiàn)內時(shí)，使用信號強度定位藍牙源的準確性會(huì )嚴重下降。三角測量的能力將有可能實(shí)現實(shí)時(shí)定位系統和室內定位系統等功能。

該尋向功能使用同相和正交（IQ）采樣來(lái)測量天線(xiàn)接收的RF相位。在A(yíng)oA方法中，采樣過(guò)程應用于陣列中的每個(gè)天線(xiàn)，一次一個(gè)，按照陣列設計設置不不順序。采樣數據通過(guò)主機控制器接口（HCI）傳遞到藍牙協(xié)議棧，然后用算法計算出一臺設備相對于另一臺設備的方向。

藍牙協(xié)議的某些部分已更改，以支持IQ采樣和在協(xié)議棧中的較高層使用IQ樣本。細節變得有點(diǎn)復雜。例如，在鏈路層，有一個(gè)稱(chēng)為恒定頻率擴展信號（CTE）的新字段，它提供一個(gè)恒定的頻率和波長(cháng)信號材料，可以對照其進(jìn)行IQ采樣。

5．1規范還對GATT（通用屬性配置文件）進(jìn)行了一些增強，GATT定義了兩個(gè)BLE設備使用稱(chēng)為服務(wù)和特性的概念來(lái)回傳輸數據的方式。這些增強通常是為了提升能效，和實(shí)現藍牙設備之間更快的握手。但其中有些是為未來(lái)要發(fā)布的規范版本的增強功能做準備。

從根本上說(shuō)，5．1規范定義了BLE客戶(hù)端如何可以在曾經(jīng)通信過(guò)且未發(fā)生變化的兩個(gè)設備之間跳過(guò)服務(wù)查找的步驟?？蛻?hù)端現在可以推斷出它所連接的設備與先前連接的類(lèi)型相同，并且客戶(hù)端已經(jīng)緩存了屬性表。如果某些細節相同，則客戶(hù)端可以決定跳過(guò)部分連接協(xié)議，因為它已經(jīng)擁有了所需的數據。

這可能派上用場(chǎng)的典型應用是藍牙智能門(mén)鎖，智能手機可以在主人接近時(shí)打開(kāi)門(mén)。服務(wù)查找只需在用戶(hù)第一次打開(kāi)智能鎖時(shí)進(jìn)行一次。用戶(hù)在第一次打開(kāi)門(mén)鎖時(shí)可能會(huì )有延遲，但從那之后，門(mén)鎖的響應幾乎是瞬間的。

藍牙5．1中的AoA和AoD功能旨在為實(shí)時(shí)定位系統（RTLS）和室內定位系統（IPS）帶來(lái)更高的精度。用于物品跟蹤的藍牙實(shí)時(shí)定位系統設置調用安裝在整個(gè)場(chǎng)地中多個(gè)固定位置的藍牙接收器，通常稱(chēng)為定位器。定位器連接到俗稱(chēng)為定位引擎的集中式服務(wù)器。將俗稱(chēng)為標簽的藍牙發(fā)射器放置到系統要跟蹤的物品上。標簽周期性地向定位引擎發(fā)送信號，定位引擎估算每個(gè)定位器的位置。在室內定位系統中，俗稱(chēng)為定位信標的藍牙發(fā)射器放置于固定位置。訪(fǎng)客一般可以使用智能手機上的應用程序來(lái)收聽(tīng)定位信標。應用程序使用接收到的信號強度來(lái)計算其實(shí)時(shí)位置。

優(yōu)異的架構

藍牙5．1包含的新功能為藍牙控制器帶來(lái)了額外的計算負擔。某些架構功能可以對額外處理工作帶來(lái)幫助。例如，三角測量處理可以采用復雜的算法。因此，包含數字信號處理和大容量?jì)却娴募軜嫹浅Ｓ杏谩?/span>

另外，由于三角測量涉及來(lái)自多個(gè)天線(xiàn)的信號，因此藍牙控制器必須包含處理所涉及的多個(gè)RF信號的功能。由于單天線(xiàn)藍牙的市場(chǎng)仍然很大，采用5．1標準的控制器可以通過(guò)結合用于快速操控外部RF開(kāi)關(guān)的架構特性，來(lái)處理對多個(gè)RF路徑的需求，而不是將開(kāi)關(guān)包含在藍牙控制器IC本身上。

這種藍牙5．1控制器芯片的一個(gè)例子就是Dialog SmartBond DA1469x系列。它是第一個(gè)基于A(yíng)RM Cortex M33處理器的無(wú)線(xiàn)多核MCU系列。該處理器具有數字信號處理和浮點(diǎn)功能，有助于進(jìn)行三角測量計算。此外，這些處理器具有I／O，有助于以高精度控制外部RF開(kāi)關(guān)，以實(shí)現AoA和AoD定位。使用外部RF開(kāi)關(guān)處理AoA和AoD，而不是集成在藍牙芯片中的開(kāi)關(guān)，可以降低單天線(xiàn)藍牙應用的成本。

此外，DA1469x器件上的內存是可擴展的，對處理復雜應用很有用，同時(shí)可以確?；緫玫某杀咀銐虻?。

降低藍牙應用中的功耗通常是有利的，所以DA1469x芯片中包含了電源管理功能，芯片中的部分功能只在需要時(shí)才開(kāi)啟。例如，當應用不啟用尋向定位時(shí)，芯片將僅為處理無(wú)線(xiàn)電和簡(jiǎn)單藍牙功能的電路供電。當要求執行AoA或AoD任務(wù)時(shí)，整個(gè)Cortex M33處理器則會(huì )啟用。