比较 nRF21540 DK 和 nRF52840 DK 的低功耗蓝牙范围三

fugoog

附带的 Zip 文件包含外围设备和中央设备的 HEX 文件。

• 要测试两个 TX 功率为 0dBm 的 nRF52840 DK 之间的范围，请使用 nRF52840.zip\TX_0dBm\ 的十六进制文件刷新套件
• 要测试两个 TX 功率为 +8dBm 的 nRF52840 DK 之间的范围，请使用 nRF52840.zip\TX_8dBm\ 的十六进制文件刷新套件。
• 要测试两个总 TX 功率为 21540 的 nRF0 DK 之间的范围，请使用 nRF21540.zip\0dBm\ 的十六进制文件刷新套件
• 要测试两个 nRF21540 DK 之间的范围，总 TX 功率为 20dBm，请使用 nRF21540.zip\Pos20dBm\
  的十六进制文件刷新套件
  

有关外围和中央的一些详细信息如下

• 连接前的外围设备是设备全名为“Nordic_UART_Service”的广告商，扫描响应数据为 NUS UUID。
  
  • 当设备正在广播时，LED1 闪烁。
  • 当与中央连接时 LED2 亮起，当没有连接时 LED2 熄灭。
  • UART 日志在启动和建立连接时显示如下内容。
    
• 连接前的中心是活动扫描程序，用于查找扫描匹配筛选器的完整设备名称“Nordic_UART_Service”。扫描程序获得与扫描过滤器匹配的通告数据包后，会立即向通告设备发送连接请求。
  
  • 扫描时没有指示灯亮起。
  • 连接时 LED2 亮起。
    
• 以下是以 TX = 8dBm 输出功率刷写外设和中央十六进制文件时的日志。
  

                                    

• 我在 nRF52840 DK - nRF52840 DK 上获得的 0dBm 范围（附带十六进制文件）约为 597m。
• 我在 nRF52840 DK - nRF52840 DK 上获得的 8dBm 范围与附带的十六进制文件约为 700m。
• 我在 nRF21540 DK - nRF21540 DK 上获得的 0dBm 范围（附带十六进制文件）约为 610m。
• 我在 nRF20 DK - nRF21540 DK 上获得的 21540dBm 范围以及附带的十六进制文件约为 900m。
  

为什么我们在 BLE 的 1M/2M PHY 中得到的 connected roles 结果减少的解释是由于我们在蓝牙 LE Link Layer 中对范围延迟的架构选择。更多相关信息可以在 FAQ 中阅读。

常见问题

Q） 为什么测试在室外进行？
A） 我们不能用在室内获得的结果来概括观察和结论，因为无线电波会受到许多其他因素的影响，这些因素来自许多不同种类的材料（每种材料在无线电波周围具有不同的特性），用于建筑或只是躺在室内。该范围实验的目的是检查和比较 nRF52840 和 nRF21540 DK 可以实现的最大范围与理论最大范围相比。

Q） 如果在此实验中使用 CODED PHY，我们是否会获得明显更高的范围？
A） 是的，使用编码的 phy 而不是 1M phy 应该比这里观察到的范围更远。请注意，此处尚未测试编码的 phy 范围。还有其他示例可以测试，有关编码 phy 的问题超出了这篇博文的范围..另请注意，根据所使用的地区和协议，存在最大调节 TX 输出功率限制（有关更多信息，请参阅范围扩展器页面中提到的图表）。请注意，某些国家/地区的法规对使用编码 phy 可以使用的最大输出功率有限制。

Q） 使用内部 RC 或外部 XTAL 源时钟对距离有何影响？
A） 如果您想将 RADIO 与蓝牙 LE 一起使用，则不能将内部 RC 用于 HFCLK。clocks 的精度本身不应影响 range，但可能会影响 receiver 端 packet error 的频率，从而间接影响 range。

问：是否可以使用 zip 文件中附带的十六进制文件来代替编译提供的应用程序？
答：是的，这是比较您的结果和我的结果的最佳方式。根据您测试的地形，可能还有许多其他变量会影响范围。最重要的因素之一是在广告商和接收者之间保持视线。所以，是的，如果你想快速验证这一点，请使用 hex 文件刷写到设备并进行快速范围测试。

Q） 这些结果是基于 nRF Connect SDK 实现的，这些结果是否与基于 nRF5 SDK 可实现的长距离结果兼容？
A） 理论上，结果应与广告/扫描角色范围测试相当。但是，在两种设置中，蓝牙 LE 控制器链路层仍然存在实现差异（nRF5 SDK 使用协议栈，而此示例使用 nRF Connect SDK 中的协议栈控制器），这可能会产生略有不同的结果。我非常确定，由于上述链路层实现的实现差异，nRF5 SDK 和 nRF Connect SDK 之间的连接角色结果可能会有所不同。

问） 为什么您在连接的角色中获得的范围较小？
A） Connected Roles 基于对等节点的确认工作。在连接的角色中，扫描器成为中心，广告商在扫描器发送从可连接广告商那里收到的广告包的连接请求后立即成为外围。也就是说，每个数据包都需要从对等体确认才能继续传输下一个数据包。在 connected 角色中，RADIO 处于接收模式（就在发送数据包之后），仅在有限的时间窗口内侦听来自对等体的确认。如果对等体在该时间窗口内没有通过确认进行响应，则将其视为数据包未命中，因为我们的设备不再侦听。这是因为 Peer 节点可以在 connected 角色中发送和接收的时间非常固定。无线电波的传播需要时间（它可以在 300 us 中传播大约 1 米）。我们的 Softdevice Controller 中的链路层为接收添加了额外的时间（也称为 range delay），以考虑到即使 Peer 节点已经及时响应，来自 Peer 节点的确认也可能需要时间才能接收。也就是说，接收器需要在这段额外的时间内保持无线电开启，只是为了考虑传播延迟。接收器在 connected roles 中监听的这种硬编码的额外时间 （range delay） 也限制了可接受的传播延迟，从而限制了范围。这将 1M/2M PHY 连接角色的最大范围限制为 800m 左右。

Q） 为什么必须对 connected 角色中的距离延迟进行硬性限制 A） 我们堆栈中的链路层使用内部调度程序来管理协议堆栈可以锁定某些外设的时间。
这样做是为了能够在 SoC 的情况下同时支持多个角色和/或协议。调度器无法延长任何角色的时隙，而不会对我们解决方案的其他并发功能产生负面影响。拉伸每个事件的窗口导致窗口变长也会对功耗产生负面影响。为了获得最大的可预测性，这是一种架构选择，目前在 1M/2M PHY 的连接角色中，此范围延迟非常小、有限且固定。是否有任何计划使其可配置，这超出了本博客的范围。对于 Coded PHY，距离延迟更大，因此即使在连接的角色中，您也应该能够使用 Coded phy 获得良好的结果。

Q） 即使您在陆地或水中进行测试，测试结果是否相同？
A） 无线电波在水体上的行为与在陆地上的行为非常不同。还有许多变量，如盐含量、纯度等，也会导致无线电波在水体上的电导率变化。