基於 BLE 5.1 協議 Core Spec。

BLE 在空中進行資料傳送，在 Spec 中稱之為 Air Interface packets，俗稱空口包。既然是資料包，就一定要遵循一定的資料格式，本章來分析空口資料包的最基本的組成格式。

早在 BLE 4.2 的時代，僅僅支援 1M 的 symbol rate，隨著藍芽標準的發展，BLE 5.0 不僅僅支援了 1M PHY，同時引入了 2M PHY 和 Coded PHY（500kbps 和 125kbps）。這裡分兩組：

• Uncoded PHY：1M、2M
• Coded PHY： 500kbps、125kbps

SIG 宣稱的 BLE 5.0 的 Rate X 2，指的就是引入了 2M PHY

Coded PHY 的資料傳送，又稱 Long Range，能夠支援更遠的資料傳送（稍後分析原因）

1、Uncoded PHY 空口包格式

什麼叫 Uncoded PHY 呢？指的就是傳送資料的時候，資料實打實的，未經過額外的編碼的。資料的格式如下所示：

• Preamble ----------------------------空口包的前導，PHY 層含義

• Access Address -------------------接入地址，用來標示接收者ID或者空中包身份

• PDU -----------------------------------protocol data unit 協議資料單元

• CRC----------------------------------- PDU 的 24 bits CRC 計算值，用於校驗資料正確性

• Constant Tone Extension --------- CTE 可選項，BLE 5.1 引入，後面會解釋

1.1、Preamble

Preamble 指的是前導的意思，他是 BLE 資料傳送中，最先傳輸的部分。

Preamble 是 1010 的序列，到底是以 1010....開始呢，還是以 0101... 開始呢？這裡主要是根據 Access Address （AA）的 LSB 來決定，AA 的 LSB 是1，則前導是 1010...，否則是 0101...

前導根據不同的 PHY 分為兩類：

1M 的Preamble

1M 的Preamble 是 8 bits 的，當 AA 的 LSB 是 1 的時候 Preamble 是：

當 AA 的 LSB 是 0 的時候 Preamble 是：

2M 的Preamble

2M 的Preamble 是 16 bits 的

當 AA 的 LSB 是 1 的時候 Preamble 是：

當 AA 的 LSB 是 0 的時候 Preamble 是：

1.2、Access Address

Access Address 成為接入地址（與裝置的 48 bits 地址不一樣）。用來標示接收者ID或者空中包身份

根據 Access Address 的不同，又區分兩種 Packet 型別：廣播包和資料包：

• 廣播包Access Address固定為0x8E89BED6，廣播包只能在廣播通道（channel）上傳輸，即只能在37/38/39通道上傳輸（注：從藍芽5.0開始廣播包可以在其它通道上傳輸）。廣播包傳送給附近所有的observer（掃描者）。
• 資料包Access Address為一個32bit的隨機值，由Initiator生成。資料包，其實是資料通道上的空中包的簡稱，資料包只在資料通道上傳輸，即除37/38/39之外的其餘37通道（BLE總共佔用40個通道）。每建立一次連線，重新生成一次Access address。資料包是給連線通訊使用的，即用於master和slave之間通訊的。

AA 又稱同步欄位，在 Connection 建立的時候，雙方進行資料傳送，如果未發現 AA 或者錯誤，則稱為 Sync Error。

AA 對於 Connection ，是隨機生成的 32 bits 數，但是要滿足一些關係：

• It shall not be the Access Address for any existing Link Layer connection onthis device.
• It shall not be the Access Address for any enabled periodic advertising train.
• It shall have no more than six consecutive zeros or ones.
• It shall not be the advertising channel packets’ Access Address.
• It shall not be a sequence that differs from the advertising physical channelpackets’ Access Address by only one bit.
• It shall not have all four octets equal.
• It shall have no more than 24 transitions.
• It shall have a minimum of two transitions in the most significant six bits.

1.3、PDU

PDU（protocol data unit，協議資料單元）是 BLE 資料傳送的基本單元，在不同的狀態下 PDU 的組成也不盡相同，後面會描述不同狀態下的 PDU 的組成，這裡暫時先有一個概念即可：PDU 是資料組成的單元。

1.4、CRC

所有的資料傳送，都有資料正確性的校驗，BLE 也一樣，BLE 使用了 24bits 的CRC 來進行資料完整的說明。CRC 跟在 PDU 後， 計算包含 PDU 域的 CRC 24 的資料。

1.5、Constant Tone Extension

這個域是 BLE 5.1 新增的，最主要的功能是 AoA/AoD （藍芽定位）的應用，是一個可選的資料項，後面再分析AoA/AoD （藍芽定位）的時候，在詳細分析。

2、Coded PHY 空口包格式

BLE 5.0 以後，便支援了 Long Range，支援 Long Range 的方式呢，主要是引入了 Coded PHY。Coded PHY 分為兩種：

500kbps

125kbps

所謂 Coded PHY呢，就是將資料傳送的時候，不光是 raw data，而是加上了一個 FEC 向前糾錯編碼，使得在降低傳送速率的前提下，對資料進行編碼（FEC），達到資料低錯的目的。

它的包格式為：

分為了兩種：

S=2 -------- 500kbps

S=8 -------- 125kbps

每個域的長度和時間：

說白了，就是以犧牲速度（低速）來換資料準確傳送（通過 FEC 資料編碼）。有興趣的同學可以自行參考 Core Spec 5.1 中的 FEC 章節，看看這幾部分是如何計算的。