blob 协议_蓝牙协议有哪些

2024年 8月 30日下午2:51 • 激活谷笔记

[蓝牙系列] 蓝牙BLE 5.1 direction finding解析(2)—高精度定位理论基础　　蓝牙寻向功能理论基础　　根据无线电波传输过程中的基本特性，通过信号相位计算信号方向。基本原理如下：　　下图中发射机发射正弦波（单音）信号，以发射机为圆心，信号的相位在向三维空间传输过程中会从0到360度（0-2*PI）连续变化。在同一半径圆上有两个不同位置接收机天线位置P1，P2，两者接收到的正弦波（单音）信号相位是一致的，如左下图。如果P1和P2不在同一半径圆上且差非整数倍波长，那么两者接收到的正弦波（单音）信号相位是不一样的，如右下图。

图1 P1和P2 距离与到达信号相位　　不同位置，会得到不同正弦波（单音）信号相位，如下图的蓝色点。

图2 不同位置到达信号相位不同　　方便理解接收信号的相位，见下式：

　　r表示P1或P2所在圆半径即P1，P2收发距离，v表示发射机电波传播速度为光速(c)，t表示信号从发射机到达P1或P2位置的时间。

　　（1）式中的时间可分为2部分，整数和小数倍信号周期。k表示整数和u表示小数，T表示发射正弦波（单音）信号的周期。　　结合（1）和（2）式得到下式

　　u等于信号到达P1或P2点的归一化相位弧度。到达相位可表示为u*2*PI+初始相位。　　反过来理解,假如知道P1和P2点的接收信号相位差（u1-u2），可推算P1，P2与发射机的距离差。一般情况下由于P1和P2位置距离非常小，小于信号波长，即上式中的k值是相同， u值不同。两者距离差根据以上式子得到下式：

　　(v*T)是信号波长（
$\lambda$ ），（u1-u2）是归一化接收信号相位差。蓝牙工作频段是2.4GHz ISM，波长在12.5cm左右。　　AOA计算　　以最简单的两个天线接收同一发射机信号为例子，如下图。

图3 到达角示意图　　在直角三角形CDE中，CD变长度表示两根天线与信号发射点的距离差等于P2与P1的归一化相位差（
$\frac{\psi}{2*\pi}$ ）*信号波长（
$\lambda$ ）,这在上文中已经详细解释过了。

　　
$\theta$ 表示到达角，d表示两个天线间的距离，　　
$\psi$ 表示信号到达P1，和P2位置的相位差。　　
$\lambda$ 表示信号波长, c表示蓝牙信号传播速度即光速，f表示蓝牙工作频点，T为工作频点信号的周期。蓝牙工作频段是2.4GHz ISM，波长在12.5cm左右。　　AOD计算　　以最简单的两个发射天线发射信号，一根接收天线为例子，如下图。为了理解方便可以把下图中的Receiver当作发射机，两根发射天线当作接收天线，这样很类似AOA原理。　　计算离开角
$\theta$ 。

　　上式中
$\theta$ 表示离开角，其他符号的物理意义不变。

图4 离开角示意图　　接收机信号相位，相位差，与接收采样信号关系　　接收机天线无法直接计算接收信号相位。正常处理过程, 射频天线接收信号，并正交下变频，产生I，Q路信号，通过ADC将接收模拟信号变到数字采样信号。数字采样信号含同相和正交信号，即I，Q两路。　　正交下变频过程可简要解释如下：　　cos(wt+phi)表示接收信号，sin(wt)和cos(wt)表示接收机本振。

　　去掉高频，得到sin(phi) 与cos(phi)，即I，Q两路幅度值，正负可以在发射机或者接收机内部调整。　　通过三角关系计算接收信号相位，见下图。

图5 I,Q两路采样信号与接收信号相位关系　　天线阵列设计　　天线阵列设计有多种方法。简单线性天线阵列设计如下。

图6 线性天线阵列设计　　线性天线阵列一个信号只能计算一个角度。　　而更复杂的天线阵列可实现多个角测量。通过多个角的边线焦点就可以定位目标位置，实现厘米级精度定位。下图中，通过复杂天线阵列，实现通过两个以上方位角度计算，　　
$\theta$ 和
$\phi$ 是不同方向角度。通过角度的边线相交处，定位A点位置。这种方法可以实现厘米级定位。

图7 多个方向角度实现厘米级精度定位　　“学问第一课”，更多文章欢迎阅读。　　“蓝牙LC3（低复杂度编解码器）详解” 　　“蓝牙BT5.2新特性及应用分析”

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