ESP32C3 BLE 发射功率调整及 RSSI 相关知识整理 |
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ESP32C3 BLE 发射功率调整及 RSSI 相关知识整理
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ESP32C3 BLE 发射功率调整及 RSSI 相关知识整理
前言：本文章主要记录 ESP32C3 如何设置发射功率，以及对BLE 设备发射功率功率级别、RSSI 以及接收机灵敏度之间的关系做简单整理 1、BLE 发射功率级别在当前最新的蓝牙核心规范v5.3 中规定，BLE 发射设备的最大发射功率必须在 0.01 mW (-20 dBm) 和 100 mW (+20 dBm) 之间，并且根据 BLE 设备支持的最大输出功率 Pmax 分为以下四个功率级别 功率级别(Power Class)Requirements功率级1100 mW (+20 dBm) ≥ Pmax ˃ 10 mW (+10 dBm)功率级1.510 mW (+10 dBm) ≥ Pmax ˃ 2.5 mW (+4 dBm)功率级22.5 mW (+4 dBm) ≥ Pmax ˃ 1 mW (0 dBm)功率级31 mW (0 dBm) ≥ Pmax ≥ 0.01 mW (-20 dBm) 2、RSSI 与灵敏度RSSI 全称是Received Signal Strength Indication， 表示为接收的信号强度指示, 单位是 dBm, 是一个考征功率绝对值的值，计算公式为：10lgP（功率值/1mW），例如发射功率 P为1mW，折算为dBm后为 0dBm， 如果发射功率 P 为 20W， 按dBm单位进行折算后的值应为：10lg（20W/1mW)=10lg（20000）=10lg2+10lg10+10lg1000=43dBm 蓝牙扫描设备 (如手机,或者成为蓝牙接收机) 扫描或者显示的 RSSI 常为负值，原因有两点：一是蓝牙发射设备的发射功率小，有的是功率级3 的蓝牙设备，发射功率电平最高才为 0dbm； 二是路径损耗，主要指从发射机到接收机天线的能量消耗，和路径长度、周围环境、信号干扰都有很大关联，这个也是信号强度衰减的主要因素 对于接收机灵敏度，在蓝牙核心规范v5.3 中对不同 PHY 有如下规定 PHYSensitivity (dBm)LE Uncoded PHYs≤ -70LE Coded PHY with S=2 coding≤ -75LE Coded PHY with S=8 coding≤ -82接收机灵敏度越小，收包的距离就越长，这可以作为评测蓝牙性能的一项指标，一般可以在蓝牙芯片的 datasheet 中找到，如 ESP32C3 LE Uncoded 1M PHY 灵敏度 @30.8% PER 典型值是 -97dbm, LE Uncoded 2M PHY 灵敏度 @30.8% PER 典型值是 -93dbm, LE Coded PHY with S=2 coding 灵敏度 @30.8% PER 典型值是 -100dbm, LE Coded PHY with S=8 coding 灵敏度 @30.8% PER 典型值是 -105dbm， 这也可以大致看出 LE Coded PHY 的传输距离要长。 灵敏度 @30.8% PER 的含义 这个和蓝牙测试规范有关，参考BT4.0-RF-PHY.TS.5.0.1规范协议以下一段解释 大致意思是 37字节的有效负载时 368bit ,然后每一个有效负载位都出错率小于0.001 的可能性是 0.692，反过来误码率就是 0.308 路径损耗与距离的非官方计算公式：path loss = 40 + 25log(d) ， path loss 标识路径损耗，d标识发射机和接收机的距离。数据统计如下： 路径损耗（path loss）距离（d）50dbm2.5m60dbm6.3m70dbm16m80dbm40m90dbm100m100dbm250m110dbm630m以上可能是空旷环境下的数据，每个蓝牙设备的硬件结构以及所处传输环境差异较大，当然也并没有统一的计算公式。 3、ESP32C3 上如何设置发射功率在ESP32C3 datasheet 上，发射功率的可控范围是 –24 ~ 21dBm, 代码中可以通过如下 API 进行设置(esp_ble_tx_power_set)和获取(esp_ble_tx_power_get) typedef enum { ESP_BLE_PWR_TYPE_CONN_HDL0 = 0, /*!< For connection handle 0 */ ESP_BLE_PWR_TYPE_CONN_HDL1 = 1, /*!< For connection handle 1 */ ESP_BLE_PWR_TYPE_CONN_HDL2 = 2, /*!< For connection handle 2 */ ESP_BLE_PWR_TYPE_CONN_HDL3 = 3, /*!< For connection handle 3 */ ESP_BLE_PWR_TYPE_CONN_HDL4 = 4, /*!< For connection handle 4 */ ESP_BLE_PWR_TYPE_CONN_HDL5 = 5, /*!< For connection handle 5 */ ESP_BLE_PWR_TYPE_CONN_HDL6 = 6, /*!< For connection handle 6 */ ESP_BLE_PWR_TYPE_CONN_HDL7 = 7, /*!< For connection handle 7 */ ESP_BLE_PWR_TYPE_CONN_HDL8 = 8, /*!< For connection handle 8 */ ESP_BLE_PWR_TYPE_ADV = 9, /*!< For advertising */ ESP_BLE_PWR_TYPE_SCAN = 10, /*!< For scan */ ESP_BLE_PWR_TYPE_DEFAULT = 11, /*!< For default, if not set other, it will use default value */ ESP_BLE_PWR_TYPE_NUM = 12, /*!< TYPE numbers */ } esp_ble_power_type_t; /** * @brief Bluetooth TX power level(index), it's just a index corresponding to power(dbm). */ typedef enum { ESP_PWR_LVL_N24 = 0, /*!< Corresponding to -24dbm */ ESP_PWR_LVL_N21 = 1, /*!< Corresponding to -21dbm */ ESP_PWR_LVL_N18 = 2, /*!< Corresponding to -18dbm */ ESP_PWR_LVL_N15 = 3, /*!< Corresponding to -15dbm */ ESP_PWR_LVL_N12 = 4, /*!< Corresponding to -12dbm */ ESP_PWR_LVL_N9 = 5, /*!< Corresponding to -9dbm */ ESP_PWR_LVL_N6 = 6, /*!< Corresponding to -6dbm */ ESP_PWR_LVL_N3 = 7, /*!< Corresponding to -3dbm */ ESP_PWR_LVL_N0 = 8, /*!< Corresponding to 0dbm */ ESP_PWR_LVL_P3 = 9, /*!< Corresponding to +3dbm */ ESP_PWR_LVL_P6 = 10, /*!< Corresponding to +6dbm */ ESP_PWR_LVL_P9 = 11, /*!< Corresponding to +9dbm */ ESP_PWR_LVL_P12 = 12, /*!< Corresponding to +12dbm */ ESP_PWR_LVL_P15 = 13, /*!< Corresponding to +15dbm */ ESP_PWR_LVL_P18 = 14, /*!< Corresponding to +18dbm */ ESP_PWR_LVL_P21 = 15, /*!< Corresponding to +21dbm */ ESP_PWR_LVL_INVALID = 0xFF, /*!< Indicates an invalid value */ } esp_power_level_t; /** * @brief Set BLE TX power * Connection Tx power should only be set after connection created. * @param power_type : The type of which tx power, could set Advertising/Connection/Default and etc * @param power_level: Power level(index) corresponding to absolute value(dbm) * @return ESP_OK - success, other - failed */ esp_err_t esp_ble_tx_power_set(esp_ble_power_type_t power_type, esp_power_level_t power_level); /** * @brief Get BLE TX power * Connection Tx power should only be get after connection created. * @param power_type : The type of which tx power, could set Advertising/Connection/Default and etc * @return >= 0 - Power level, < 0 - Invalid */ esp_power_level_t esp_ble_tx_power_get(esp_ble_power_type_t power_type);如果 ESP32C3 使用多广播，怎样对每个广播设置不同的发射功率？ 使用 esp_ble_gap_ext_adv_set_params 函数设置， 扩展广播参数结构体 esp_ble_gap_ext_adv_params_t 中有 tx_power 选项 /** * @brief ext adv parameters */ typedef struct { esp_ble_ext_adv_type_mask_t type; /*!< ext adv type */ uint32_t interval_min; /*!< ext adv minimum interval */ uint32_t interval_max; /*!< ext adv maximum interval */ esp_ble_adv_channel_t channel_map; /*!< ext adv channel map */ esp_ble_addr_type_t own_addr_type; /*!< ext adv own address type */ esp_ble_addr_type_t peer_addr_type; /*!< ext adv peer address type */ esp_bd_addr_t peer_addr; /*!< ext adv peer address */ esp_ble_adv_filter_t filter_policy; /*!< ext adv filter policy */ int8_t tx_power; /*!< ext adv tx power */ esp_ble_gap_pri_phy_t primary_phy; /*!< ext adv primary phy */ uint8_t max_skip; /*!< ext adv maximum skip */ esp_ble_gap_phy_t secondary_phy; /*!< ext adv secondary phy */ uint8_t sid; /*!< ext adv sid */ bool scan_req_notif; /*!< ext adv scan request event notify */ } esp_ble_gap_ext_adv_params_t;是通过如下 HCI 命令传输给 Controller 进行处理的 广播中的 tx power 结构数值是以补码形式表示的，比如 数值是 -21dBm， 补码就是 0xeb， 广播中的 tx power 结构数值是其声称的发射功率，也可能是虚假的。 参考： 【BLE】信号强度（RSSI）知识整理 ESP32、ESP32S3 和 ESP32C3 技术参考书 |
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