注：本系列所有文章基于蓝牙6.0协议栈核心规范文档，由SIG规定
目录
一、介绍
二、PHY物理信道与跳频
40个RF信道
跳频算法
三、PHY类型
a. FEC编码（使用一个卷积编码器）
b. Pattern Mapper（模式映射器）
四、调制方式
一、介绍
PHY（Physical Layer，物理层）是BLE协议栈的最底层，负责物理信号的调制、发射与接收，如下图所示
BLE PHY层主要完成以下任务：
-
调制与解调：将比特流转换为无线电信号，或将无线电信号还原为比特流。
-
频率控制：基于40个RF信道（2.4GHz ISM免费频段），实现跳频。
-
发射功率控制：决定发射信号的强度。
-
接收灵敏度支持：决定接收信号的最低强度。
-
接入地址识别：用于同步与识别连接。
二、PHY物理信道与跳频
40个RF信道
每个信道2MHZ
广播信道（上图黄色部分）：2402Mhz、2426Mhz、2480Mhz
数据信道（上图蓝色部分）：除了广播信道之外的37个信道
跳频算法
跳频算法 CSA #1就是基于这37个数据信道，先检测不拥挤的信道，做标记整出一张信道MAP，然后再约定一个在MAP中自增的一个Hop值，典型的算法是F(n+1) = [F(n) + hop] % 37
自适应跳频 CSA #2则在基础跳频上加了检测这张MAP上的信道，检测到某个信道拥堵了就改一下那个信道，映射到空闲信道上去
| 名称 | 全称 | 版本 | 特点 |
|---|---|---|---|
| Basic Channel Selection Algorithm #1 | CSA #1 | Bluetooth 4.0~4.1 | 简单、固定算法 |
| Channel Selection Algorithm #2 | CSA #2 | Bluetooth 5.0起 | 更复杂、更抗干扰、更安全 |
三、PHY类型
BLE PHY有三种主要类型：
| PHY类型 | 数据速率 | 调制方式 | 应用场景 |
|---|---|---|---|
| LE 1M PHY | 1 Mbps | GFSK | 默认PHY，用于大多数通信场景 |
| LE 2M PHY | 2 Mbps | GFSK | 更高速的通信（功耗更低，时延更短） 但是通讯距离变短 |
| LE Coded PHY | 125 kbps / 500 kbps | GFSK + FEC（前向纠错） | 长距离通信，可靠性更高 |
实际上 LE Coded PHY也是基于1M phy只是引入了FEC机制
使用1:2 或 1:8 的编码率，分别称为：
-
S=2：每1个比特编码成2个比特（速率500 kbps）
-
S=8：每1个比特编码成8个比特（速率125 kbps）
编码使用以下两步处理：
a. FEC编码（使用一个卷积编码器）
-
输入比特通过卷积编码器产生多个冗余比特
-
增强抗干扰能力
b. Pattern Mapper（模式映射器）
将编码后比特映射成特定的比特模式以增强解码鲁棒性，例如：
-
0 → 0000
-
1 → 1111
四、调制方式
BLE使用的调制方式是GFSK（高斯频移键控）：
-
将“0”或“1”编码为不同频偏的射频信号
-
高斯滤波器用于平滑频谱，减少带宽占用
-
所有BLE PHY类型都基于GFSK，但参数不同（如频偏）
不同PHY主要在以下参数上有所不同：
| 参数 | 含义 | LE 1M | LE 2M | LE Coded |
|---|---|---|---|---|
| 频偏 | “0”和“1”之间的频率差 | ±250 kHz | ±500 kHz | ±250 kHz |
| 符号率 | 每秒传输的比特数 | 1 Msps | 2 Msps | 1 Msps |
| 高斯滤波器BT值 | 控制频谱宽度和平滑度 | 0.5 | 0.5 | 0.5 |
用频偏表示‘0’和‘1’：
| 比特 | 频偏（相对载波） | 实际意义 |
|---|---|---|
| 0 | -Δf（负频偏） | 信号向低频偏移 |
| 1 | +Δf（正频偏） | 信号向高频偏移 |
不同PHY的频偏：
| PHY | Δf |
|---|---|
| LE 1M | ±250 kHz |
| LE 2M | ±500 kHz |
| LE Coded | ±250 kHz |
总结1Mphy下的各种频偏以及漂移误差容忍
| 项目 | 值 | 说明 |
|---|---|---|
| 标称调制频偏 | ±250 kHz | 理想 GFSK 频移，表示‘0’‘1’ |
| 可接受偏移误差 | ±80 kHz | 允许你不是刚好±250 |
| 最小要求 | ≥ 185 kHz | BLE 1M PHY最低标准 |
| 中心频率偏差 | ±150 kHz | 可忽略调制时的影响（接收机通过同步和锁相环可以补偿掉） |
| 漂移（包内） | ≤ 50 kHz 总幅度，≤ 400 Hz/μs 速率 | 为了保证接收机的锁相环（PLL）能跟得上频率的变化，不然同步会丢失 |
