Перейти к содержанию

На какое расстояние работает Bluetooth Low Energy?

Обновлено Редакция GAW

Дальность радиосвязи определяет бюджет линии: мощность передатчика минус чувствительность приёмника. Пока потери на трассе меньше этой разницы, пакеты принимаются. Bluetooth LE работает на 2,4 ГГц, где потери в свободном пространстве по ITU-R P.525 считают так:

L=32,4+20lg⁡fМГц+20lg⁡dкмL = 32{,}4 + 20 \lg f_\text{МГц} + 20 \lg d_\text{км}

На 2440 МГц это L≈100,2+20lg⁡dкмL \approx 100{,}2 + 20 \lg d_\text{км}, или 40,2+20lg⁡dм40{,}2 + 20 \lg d_\text{м} (наш расчёт). Каждое удвоение расстояния добавляет 6 дБ потерь.

Дальность в прямой видимости

Расчёт для изотропных антенн без запаса на замирания (наш расчёт):

Передатчик → приёмникБюджетДальность в свободном пространстве
0 дБм → минимальный приёмник по спецификации (−70 дБм)70 дБоколо 30 м
ESP32-C3 0 дБм → ESP32-C3, 1 Мбит/с (−97 дБм)97 дБоколо 700 м
ESP32-C3 0 дБм → ESP32-C3, 125 кбит/с (−105 дБм)105 дБоколо 1,7 км
ESP32-C3 +20 дБм → ESP32-C3, 125 кбит/с125 дБоколо 17 км

Спецификация Bluetooth требует от приёмника чувствительности лишь −70 дБм для обычных PHY, а реальные чипы намного лучше: у ESP32-C3 −97 дБм на 1 Мбит/с. Поэтому дальность пары двух хороших модулей и пары «модуль — минимальный приёмник» отличается в десятки раз. Что такое чувствительность приёмника и как считать потери в свободном пространстве, объясняет словарь.

Почему реальность скромнее

Таблица — верхняя граница. На практике в бюджете оставляют запас на замирания: стены, мебель и тело человека ослабляют 2,4 ГГц, отражения дают провалы сигнала, а антенны маленьких плат далеки от изотропных. Каждые 20 дБ запаса сокращают расчётную дальность в 10 раз (наш расчёт по той же формуле). Поэтому для датчиков в доме разумно рассчитывать на десятки метров.

Как устроен BLE и как выбрать PHY и интервалы, описано в статье «Bluetooth Low Energy», полный расчёт с антеннами и запасом — в статье «Бюджет радиолинии».

Похожие вопросы

Почему телефон теряет BLE-датчик уже за стеной?

Расчёт в свободном пространстве не учитывает стены, тело человека и отражения, а 2,4 ГГц ими заметно ослабляется. Кроме того, антенна телефона и маленькая антенна датчика хуже изотропной в некоторых направлениях, поэтому запас бюджета быстро кончается.

Сильно ли увеличит дальность Coded PHY?

У ESP32-C3 чувствительность на 125 кбит/с −105 дБм против −97 дБм на 1 Мбит/с: 8 дБ запаса — это примерно в 2,5 раза больше расстояния в прямой видимости (наш расчёт). Работает, только если Coded PHY поддерживают обе стороны.

Можно ли просто поставить мощность +20 дБм?

Можно, если ваш чип это позволяет: у ESP32-C3 регулировка до 20 дБм. Но связь двусторонняя, и ответы слабого собеседника, например телефона, на большую дистанцию не долетят. Кроме того, мощность передачи ограничивают правила использования частот.

Источники

  1. Recommendation ITU-R P.525-4 (08/2019). Calculation of free-space attenuation — формула (4): потери между изотропными антеннами Lbf = 32,4 + 20·lg f (МГц) + 20·lg d (км)
  2. Bluetooth SIG. Bluetooth Core Specification, version 6.0 (HTML) — Vol 6, Part A: 2400–2483,5 МГц; табл. 3.1 — мощность передатчика от −20 до +20 дБм; табл. 4.1 и 4.2 — чувствительность при BER 0,1 % не хуже −70 дБм для некодированных PHY, −75 дБм для S=2 и −82 дБм для S=8
  3. Espressif Systems. ESP32-C3 Series Datasheet, version 2.4 — табл. 6-8–6-11: регулировка мощности от −24 до 20 дБм; табл. 6-12–6-15: чувствительность при PER 30,8 % — 1 Мбит/с −97, 2 Мбит/с −93, 125 кбит/с −105, 500 кбит/с −100 дБм

Нашли ошибку?

Смотрите также