原标题：干货 BLE入门谈：从空中数据收发理解BLE（上）

BLE（Bluetooth Low Energy）即低功耗蓝牙，是蓝牙规范的一个子集，从蓝牙4.0版本开始引入。BLE技术专为那些需要少量无线数据传输且对功耗敏感的设备而设计，非常适合物联网时代的应用。以下是对BLE空中数据收发的理解，主要从基本概念、技术特点、物理层实现等方面进行阐述。

一、BLE基本概念

BLE是一种低功耗的无线通信技术，它使用2.4GHz频段的无线电波进行数据传输。与经典蓝牙相比，BLE在保持低功耗的同时，提供了较为简单的数据交换功能，特别适用于智能手表、健康传感器、智能家居等小型低功耗设备。

二、BLE技术特点

1. 低功耗：BLE技术通过优化数据传输方式和降低工作频率，显著降低了设备的功耗，延长了电池寿命。

2. 短距离通信：BLE主要用于短距离（一般几十米内）的设备间通信，满足了许多应用场景的需求。

3. 高兼容性：现代智能手机大多同时支持经典蓝牙和BLE，使得BLE设备可以轻松地与智能手机等中心设备进行连接和数据交换。

4. 低成本：BLE技术降低了对硬件的要求，使得相关设备的制造成本得以降低。

三、BLE物理层实现

1. 调制与解调

• BLE使用GFSK（高斯频移键控）调制方式，这是FSK（频移键控）调制的一个改进形式。GFSK通过高斯滤波器对频率跳变进行平滑处理，提高了频谱的利用效率和抗干扰能力。

• 在发送端，BLE将数据编码并调制到射频信号中发射；在接收端，BLE将接收到的射频信号解调还原为数据。

2. 频率跳变

• 为了避免与其他无线设备干扰，BLE物理层通过频率跳变技术在不同的载波频率上进行传输。BLE在2.4GHz频段内安排了40个信道，中心频率从2402MHz开始，以2MHz为间隔。

• 一个BLE设备在任一时刻只能选择40个信道中的一个进行发射或监听，从而提高了通信的可靠性和抗干扰能力。

1. 信道管理

• BLE物理层通过信道管理技术，确保多个BLE设备能够同时进行通信而不互相干扰。在建立连接后，BLE设备会使用特定的信道进行数据传输。

2. 发射功率控制

• BLE物理层还负责控制设备的发射功率，以确保通信距离适中并延长电池寿命。发射功率的控制可以根据实际应用场景进行调整。

四、BLE空中数据收发流程

1. 设备发现与连接

• BLE设备通过广播（advertising）的方式被其他设备发现。在广播过程中，BLE设备会定期发送包含设备信息的数据包。

• 中心设备（如智能手机）通过扫描这些广播包来发现附近的BLE设备，并选择与其中的某个设备建立连接。

2. 数据传输

• 一旦连接建立，BLE设备就可以开始数据传输。数据传输以数据包（packet）为单位进行，每个数据包包含了一串有格式的0和1。

• 数据包经过GFSK调制后，通过选定的信道发送到空中，由接收端的BLE设备解调还原。

3. 错误检测与重传

• 为了确保数据的完整性和可靠性，BLE协议还包含了错误检测和重传机制。在数据传输过程中，如果接收端检测到错误，会请求发送端重新发送数据包。

综上所述，BLE技术通过优化调制方式、频率跳变、信道管理和发射功率控制等技术手段，实现了低功耗、短距离、高兼容性和低成本的无线通信。在空中数据收发方面，BLE通过广播、连接和数据传输等流程，确保了设备间的高效通信。