硬件学习笔记--28 蓝牙和Wifi的射频参数及发射功率介绍

蓝牙相关介绍

        蓝牙技术的工作频段为2.402GHz至2.480GHz‌。这个频段属于ISM（工业、科学和医疗）频段，蓝牙技术在此频段内划分为79个信道，每个信道的间隔为1MHz。

        蓝牙的发射功率范围从-20dBm（0.01 mW）到+20 dBm（100 mW）。通常，蓝牙的发射功率较低，约为1mw（0dBm），主要用于短距离通信，覆盖范围一般在10米以内。普通的BLE蓝牙一般最大为4dBm左右，若想提高发射功率，增加通信距离，可以选择内部带功率放大（PA）的蓝牙芯片或者外挂一颗PA芯片用于功率放大，提升发射功率，从而增加通信距离。

        蓝牙的射频指标测试主要包括蓝牙模块的功率、频偏、丢包率、灵敏度指标等参数，可以使用使用蓝牙综测仪进行相关测试。

1. ‌接收灵敏度‌：接收灵敏度是指设备能够成功接收到的最小信号强度。它通常通过测量基带解调信噪比（SNR）、接收机噪声系数（NF）和信号带宽（B）来计算，公式为：Sr=(−174+10log⁡B+NF+SNR) dBmSr​=(−174+10logB+NF+SNR) dBm‌1。

2. ‌通信距离‌：这是蓝牙设备在理想条件下的最大传输距离。通信距离的计算涉及发射功率、接收灵敏度、天线增益和传输损耗等因素。自由空间传输损耗的公式为：Loss=31.4+20log⁡f+20log⁡DLoss=31.4+20logf+20logD，其中 ff 是频率，DD 是距离‌1。

3. ‌输出功率‌：输出功率是指蓝牙设备发射信号的功率。蓝牙设备的输出功率分为三个级别：Class 1（0dBm-20dBm）、Class 2（-6dBm-4dBm）和 Class 3（0dBm）‌2。

4. ‌功率谱密度‌：功率谱密度是指在特定频率范围内的功率分布。蓝牙设备在2.4GHz频段的功率谱密度应小于-80dBm/Hz‌2。

5. ‌频率范围‌：蓝牙设备的工作频率范围为2.4GHz的ISM频段，具体为2400-2483.5MHz，共有79个信道‌2。

6. ‌邻信道功率‌：邻信道功率是指在与主信道相邻的信道上的功率。规范要求在±2信道内小于-20dBm，在±3信道和其他所有信道上小于-40dBm‌2。

7. ‌调制特性‌：蓝牙使用多种调制方式，包括GFSK、π/4-DQPSK和8DPSK。这些调制方式的参数需符合蓝牙规范‌2。

8. ‌跳频‌：蓝牙采用跳频技术，通过在不同信道间快速切换来提高通信的稳定性和抗干扰能力‌3。

9. ‌数据分组模式‌：蓝牙系统支持多种数据分组模式，如DH1、DH2等，这些模式影响数据的传输效率和稳定性‌2。

WiFi相关介绍

        WiFi的工作频段主要包括2.4GHz和5GHz两个频段，

2.4GHz频段

• ‌工作频率范围‌：2.4GHz频段的工作频率为2.4000~2.4835GHz，频带宽度为83.5MHz。
• ‌信道划分‌：在2.4GHz频段中，划分了14个信道，每个信道的带宽为22MHz，实际有效带宽为20MHz，信道之间有2MHz的隔离频带。其中，信道1、6、11是互不重叠的信道，适合在公寓楼或办公区域使用，以减少信号干扰。
• ‌特点‌：2.4GHz频段的信号穿透能力强，适合覆盖较大的范围，但容易受到其他电子设备的干扰，尤其是在无线设备密集的环境中。

5GHz频段

• ‌工作频率范围‌：5GHz频段的工作频率为5.150GHz-5.250GHz。
• ‌信道划分‌：在5GHz频段中，包含36-64共29个信道，每个信道的带宽为22MHz，实际有效带宽为20MHz。推荐使用的信道有36、40、44、48等，这些信道通常具有较高的传输速率和较低的干扰。
• ‌特点‌：5GHz频段的传输速率更高，适合高清视频、在线游戏等需要大流量传输的场景。然而，其信号穿透能力较弱，覆盖范围较小，需要在信号覆盖范围内使用。

        WiFi的发射功率通常在20 dBm左右（约100mw），覆盖范围较广，半径可达100米，适用于单位楼层和办公室内部使用。提高WiFi路由器的发射功率似乎可以增加覆盖范围和信号强度，但实际上效果并不总是如预期的那样显著。发射功率的增加可能会导致信号干扰和辐射问题，尤其是在密集使用WiFi的环境中，增加发射功率可能会污染周围的无线信号空间，导致信号干扰和通信质量下降。此外，国家对无线设备的发射功率有严格的限制，以避免对人体健康造成潜在危害。例如，中国的规定是家用路由器的发射功率不得超过100mW（即20dBm）。

‌WiFi设备的主要射频参数指标包括以下几种‌：

1. ‌接收灵敏度‌：接收灵敏度是指接收机能够在不超过一定误码率的情况下识别的最低信号强度。它表征了接收机在噪声环境中的性能‌12。

2. ‌信噪比（SNR）‌：信噪比是系统最大信号功率与最大噪声功率的比值，通常用分贝表示。高信噪比意味着更好的通信质量‌1。

3. ‌阻塞（Blocking）‌：阻塞是指大信号灌入接收机，导致放大器进入非线性区，影响有用信号的放大功能。阻塞分为带内和带外，带外阻塞可以通过滤波器抑制‌1。

4. ‌动态范围‌：动态范围是指接收机能够处理的最大信号与最小信号的比值。宽动态范围意味着接收机能处理更大的信号变化范围‌1。

5. ‌发射功率‌：发射功率是指设备发射信号的强度。不同的设备和标准对发射功率有不同的要求‌3。

6. ‌频率误差‌：频率误差是指发射频率与标准频率之间的偏差。低频率误差意味着更稳定的通信‌3。

7. ‌杂散辐射‌：杂散辐射是指设备在非指定频道上发射的信号。低杂散辐射意味着更少的干扰‌3。

8. ‌调制质量‌：调制质量是指调制信号的准确性和稳定性。高质量的调制意味着更少的误码率和更高的数据传输效率‌3。

9. ‌频谱模板‌：频谱模板规定了设备在特定频率范围内的发射功率分布，确保设备不会干扰其他设备‌3。

10. ‌工作频段‌：WiFi设备通常工作在2.4GHz和5GHz两个频段。5GHz频段具有更高的带宽和更低的干扰，但2.4GHz频段在穿透性和覆盖范围上更有优势‌2。

蓝牙和WiFi的应用场景：

        蓝牙：适用于短距离通信，如耳机、键盘、鼠标等设备的无线连接，以及智能家居、工业自动化、医疗健康、物流跟踪等领域。
        WiFi：适用于无线局域网，覆盖范围广，适用于单位、办公室、家庭等场景，支持高速数据传输和多人同时连接。
        综上所述，蓝牙和WiFi在发射功率和应用场景上有显著差异，用户在使用时应根据具体需求选择合适的技术。