关于周期性广播同步传输,你需要了解的内容

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https://blog.csdn.net/weixin_47456647/article/details/155188246?spm=1011.2415.3001.5331

除了新增的测向功能 外,最新版蓝牙 ® 核心规范还引入了一些出色的新特性,其中就包括支持蓝牙低功耗周期性广播的周期性广播同步传输(PAST)。正如《蓝牙 ® 核心规范 5.1 功能概述》中所述,这项新的周期性广播同步传输功能,允许一台限制较少的设备先完成同步流程,再通过蓝牙低功耗的点对点连接,将获取到的同步详情传递给另一台受限设备。

传统广播

此前,所有广播(adv)活动都在 3 个广播信道上进行:37(2402MHz)、38(2426MHz)和 39(2480MHz)。从图 1 可以看到,存在两个连续的广播事件。每个广播事件包含两部分:广播间隔(advInterval)广播延迟(advDelay)

广播间隔定义了两个连续广播事件之间的时间间隔,其有效范围为 20 毫秒到 10 秒以上。为了避免每个广播事件的干扰与物理信道冲突,广播事件末尾会增加一段广播延迟(如图 1 所示)。广播延迟是一个 0 到 10 毫秒范围内的伪随机值。

广播延迟(advDelay)能提升 2.4GHz 频段下广播的抗干扰能力,减少物理信道冲突。虽然广播延迟的取值范围很小(0-10 毫秒),但经过数千次广播事件后,累计的时间偏差会变得很大。这会限制部分应用场景 ------ 因为它会让扫描设备更难追踪广播设备;严格来说,扫描设备无法与广播设备实现同步。

如果广播设备能以固定速率发送广播数据包、不加入任何随机延迟,且扫描设备能跟上这个速率,那么扫描设备的效率会更高、功耗也会更低:这种机制能最小化扫描设备的扫描窗口,扫描设备可以提前预测广播设备每个数据包的发送时机。

周期性广播

周期性广播最早在蓝牙 ® 核心规范的早期版本中被引入,它允许扫描设备与广播设备建立同步,使二者能在同一时间唤醒。随后广播设备发送广播数据包,扫描设备开启接收器接收该数据包。

图 2 展示了周期性广播的完整流程,同时说明了次级广播信道的引入:原有的 3 个信道(37、38、39)作为主广播信道 ,另外 37 个信道则作为次级广播信道与数据信道

图 2 中灰色无边界区域代表主广播信道上的广播,绿色无边界区域代表次级广播信道上的广播。其中的规则很明确:

  • ADV_EXT_IND(扩展广播指示) 在主广播信道上传输
  • AUX_ADV_IND(辅助广播指示)AUX_SYNC_IND(辅助同步指示) 在次级广播信道上传输

ADV_EXT_IND 通过主广播信道传输,用于告知扫描设备 "后续广播将在次级广播信道发送"。它包含的信息会告诉扫描设备:

  • AUX_ADV_IND 将使用哪个次级广播信道
  • AUX_ADV_IND 将采用哪种物理层(PHY):1M PHY、2M PHY 或 1M 编码 PHY
  • AUX_ADV_IND 将在指定次级广播信道上的出现时间

若扫描设备支持周期性广播,它会在特定时隙、特定信道和 PHY 模式下开启接收器。

AUX_ADV_IND 通过次级广播信道传输,用于标识周期性广播事件。它包含指向首个 AUX_SYNC_IND 的信息,包括:

  • 下一个周期性广播数据包的偏移时间
  • 周期性广播的间隔
  • 本次周期性广播生命周期内使用的次级信道映射
  • 接入地址等

借助这些信息,扫描设备就能与广播设备同步,二者可以 "协同工作"。

  • AUX_SYNC_IND 包含需要周期性广播的广播数据(AdvData)

基于 PAST 的 departure 角(AoD)

周期性广播同步传输(PAST)是蓝牙 ® 核心规范最新版本中的增强功能。以下场景将说明 departure 角(AoD)的应用情况。

如图 3 左侧所示:在没有 PAST 的情况下,智能手机已与 departure 角(AoD)发射器完成周期性广播同步。这使得智能手机可以从发射器获取包含恒音扩展(CTE)的周期性广播数据包(AUX_SYNC_IND),并对其进行解析以完成 IQ 采样和角度计算。

同时,该智能手机也与一款可穿戴设备建立了连接。若这款可穿戴设备也想从 AoD 发射器获取周期性广播数据包,它需要自行扫描并与 AoD 发射器完成周期性广播同步。而可穿戴设备通常是功耗受限的,这个过程会额外消耗时间与电量。

如图 3 右侧所示:有了 PAST 后,情况就不同了。在相同场景下,若可穿戴设备想要扫描并与支持 PAST 的 AoD 发射器完成周期性广播同步,智能手机可以通过蓝牙低功耗链路层,将周期性广播同步信息传输给可穿戴设备。蓝牙 ® 核心规范的最新版本中新增了一个链路层控制 PDU(LL_PERIODIC_SYNC_IND)来支持这一功能。PAST 让这一过程更简便,同时帮助功耗受限的设备节省了电量。

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