比较 nRF21540 DK 和 nRF52840 DK 的低功耗蓝牙范围（转）

fugoog

供参考：上面的视频显示了与本博客文章类似的测试，仅使用了两个 nRF52840 DK 和两个 nRF21540 DK。该博客文章使用了一个 nRF52840 DK 和两个 nRF21540 DK。我们进行多次测试的原因之一是验证不同条件下的射程结果。

介绍

对于使用蓝牙 LE 协议的工程师和软件架构师来说，一个重要的因素是范围。本博客着眼于在标准低功耗蓝牙 1M PHY 上使用两个 nRF52840 DK 和一个 nRF21540 DK 可以实现的最大距离。

为了能够真正理解这个测试，你需要理解两件事。

• Path loss
  
  Below 是我以前的博客中用于解释 path loss 的文本，用于使用 Coded PHY 测试长距离。旧文章将很快被弃用，因为它基于我们较旧的基于 nRF5 的 SDK，但有关无线电波的所有理论观点仍然适用于该旧文章。
  
  路径损耗是无线电波在一定距离上传播时发生的功率密度降低。路径损耗的主要因素是无线电波本身的信号强度随距离的增加而降低。无线电波的功率密度遵循平方反比定律：功率密度与距离的平方反比成正比。每次将距离增加一倍，您获得的功率只有四分之一。这意味着输出功率每增加 6 dBm，可实现的距离就会增加一倍。（电子设计）
  
  但在现实世界中，路径损耗比理想的空气路径损耗略大。这是由于降水、湿度、反射信号等造成的，这会使路径中的信号更加恶化。
• 天线性能
  
  测试设备中使用的天线性能对于获得更好的结果和更好地解释获得的数据非常重要。正如您在下面的 nRF21540 DK 天线增益图表中看到的那样，天线增益性能在 XZ 平面上是最好的（有关更多信息，请参阅此外部文章）。。黄色 PCB 上的白框是天线。考虑到 nRF52840 DK 和 nRF21540 DK 的 PCB 内都可能存在潜在损耗，Z+ 平面是测试 DK 的最佳平面。
  

                                             

如果 DK 对齐（就面部方向而言）以进行测试，则可以获得最佳的通信和范围，如下所示。

                                          

最好在测试范围内有一个清晰的视线，所以我选择将装置提升到 2.5 米（8.2 英尺）高来实现这一点。我试图确保所有测试 DK 的 Z+ 平面在整个测试路径中彼此相对。

测试蓝牙 LE 单向通信（广告扫描）

蓝牙 LE 广告和扫描是单向的，即广告商不希望扫描仪发出确认数据包，以便此通信正常工作。要点是测试扫描程序仍可接收来自广告商的广告数据包时的最大范围。这种通信方式消除了可能影响最大范围的链路层控制器实现限制（稍后我们将详细介绍我们在蓝牙 LE 连接中测试范围的部分）。现在让我们开始深入研究广告/扫描最大范围的测试设置的详细信息。

测试设置和设备

1 X nRF52840 （PCA10056） （广告商广告全称 “nRF_52840_8dBm”）
1 X nRF21540-DK （PCA10112） （广告商广告全称 “nRF_21540_20dBm”）
1 X nRF21540-DK （PCA10112） （扫描上述两个广告商）

固件：nRF Connect SDKv1.8.0IDE：Visual Code Studio（v1.65.1 或更高版本）：已安装 nRF Connect 扩展包。

扫描仪经过修改 蓝牙 LE 中央 UART.： （nRF_21540_DK） Scanner_filter_match_adv_name.zip

扫描仪是 nRF Connect SDK 中的蓝牙 LE 中心示例，经过修改，可为发送完整设备名称（“nRF_52840_8dBm”和“nRF_21540_20dBm”）的广告主启用扫描过滤器匹配。扫描仪上的 LED 指示灯会随着接收来自被测广告主的数据而切换。当接收到的广播数据为“nRF_52840_8dBm”时，LED1 会切换其状态。同样，当接收到的广播数据为“nRF_21540_20dBm”时，LED2 会切换其状态。这样做是为了让我们使用这些 LED 作为视觉辅助工具，以查看扫描仪是否仍在接收来自我们感兴趣的广告商的数据包。如果您已将扫描程序 DK 连接到 PC，则可以通过串行 COM 端口查看日志，如下所示。扫描程序端的日志显示对等设备名称和通告连接类型。

                                               

扫描仪无线电上的 TX 功率设置为 0dBm，nRF21540 RF FEM 功率放大器增益设置为 20dBm。也就是说，总 TX 功率应为 （0 dBm + 20dBm =） +20dBm，这应该在设备启动初始化时的日志中可见。值得注意的是，由于扫描仪使用的是 nRF21540DK，因此与 nRF52540 DK 相比，LNA 将始终将 RX 灵敏度提高约 5 dB。LNA 没有旁路。当从 nRF52840DK 和 nRF21540DK 接收广告数据包时，这种额外的 RX 灵敏度将是相同的，也就是说，所实现的范围在发射器能力方面仍然具有可比性。构建扫描仪并将其闪存到 nRF21540 DK 中，并在远离固定广告商的同时随身携带此扫描仪。不要忘记，当手持扫描仪的 Z+ 平面朝向固定广告商时，可以获得最佳接收效果。按照应用程序构建教程中所述，构建并刷写 （到21540_DK） 扫描程序。我测试的方法是，我一次步行/开车 100 米，然后握住扫描仪，使其 Z+ 平面面向广告商，以查看 LED 1 和 2 是否仍然闪烁，以确认 adv 数据包此时仍然可见。如果是，那么我更进一步并重复该过程，直到两个 LED 中的一个完全停止闪烁。此时，我们知道我们已经越过了扫描仪无法从广告商那里接收任何广告数据包的范围，该广告数据包链接到停止闪烁的 LED。