在蓝牙5推出之前，只有一种方法可以增加低功耗蓝牙(Bluetooth LE)产品的传输距离: 提高无线电发射功率。
但是这样做会对您的产品的电流消耗产生不利影响。高峰值电流也可能使某些类型的电池无法使用，从而限制了应用的尺寸和价格。
蓝牙5规范引入了许多改进措施，包括125 kbs或500 kbps的“长距离”模式，允许您以降低数据速率以及增加平均电流消耗为代价来增加传输距离。最大输出功率也由+10 dBm提升至+20 dBm，进一步提升了传输距离。
蓝牙长距离测试
由于对该功能存在许多疑问和一些不明确的地方，我们的开发团队使用Nordic Semiconductor nRF52840进行了测试，并记录了测试结果。
如果您想自己尝试测试，完整的测试过程以及附带的项目/二进制文件可以在DevZone博客上找到。但如果您只是对结果感兴趣，那就继续往下看吧!
理解路径损耗
为了了解实验背后的一些背景，您应该对路径损耗有一定理解。这是无线电波在传播一段距离后发生的功率密度(信号强度)降低的现象。
无线电波的功率密度遵循平方反比定律: 理论上，当从一个“单点”发射时(即当天线尺寸与传播距离相比非常小时)，距离加倍会导致接收位置的能量密度降低至1/4水平。但在现实世界中，由于降水、湿度、信号反射等因素会使得信号进一步恶化，路径损耗会更高。
反之亦然，考虑到成功接收信号需要的最小能量密度，可以通过增加输出功率来提高传输距离。因为这样可以在传输更远的距离时维持最小的能量密度!
蓝牙5长距离简述
长距离功能提供了一种在不增加输出功率的情况下增加传输距离的方法。即在硬件(物理)层将前向纠错码(FEC)应用到传输中。其专业术语叫“Coded PHY”。当然，这需要舍弃一些数据速率。
这就像通过调整发射器来增加接收器的灵敏度。理论上，对于蓝牙长距离来说，与1 Mbps模式相比，在Coded PHY 125 Kbps速度的情况下，预期功耗为12 dB。这应该会带来4倍的传输距离。在现实生活中，支持长距离传输的标准蓝牙设备实现了约8dB的提升。这能让射程提高到两倍多一点。让我们看看测试如何进行。
简单介绍一下测试过程
长距离测试在不同地方会有不同的信号传播特性和路径损耗。为了简化测试过程，我们选择在室外进行此测试。在室内会有太多的限制因素，很难从结果中得出结论。
我们使用Nordic nRF52840 Rev C进行了传输距离测试，对比1Mbps PHY和Coded PHY(长距离)@ 125Kbps来最小化随机变量对无线电信号的影响，从而可以只专注于长距离特征的提升。
延伸阅读: Nordic Semiconductor nRF52840
这次测试的重点是传输距离，而不是功耗，所以不是一个针对电源效率优化的测试。测试过程中，我们尽量在大部分时间保持无线电处于工作状态，并使用LED作为视觉指示。
测试结果
对于非连接*)状态(0 dBm Tx功率)，1Mbps PHY 0 dBm Tx的传输距离为654.92米。Coded PHY 0 dBm Tx的传输距离为1300米。因此，Coded PHY的传输距离是1Mbps PHY 的两倍。
对于连接**)状态(0 dBm Tx功率)，1Mbps PHY 0 dBm Tx的传输距离为681.9米，而对于Coded PHY 0 dBm Tx的传输距离为1300米。与0 dBm连接状态下的1Mbps相比，Coded PHY的传输距离几乎增加了一倍。
例如: 在我们的例子中，为了测量更远的距离，我们必须使用涉及海上信号传播的位置，而对于1Mbps模式，一切测试都是在陆地上进行的……换句话说，我们无法为我们的测试创造完全相同的条件。因此，我们预计会增加2.5倍，但结果却略低于2倍。
像这样的环境因素是我们在未来的测试中要注意的，看看是否有任何我们可以识别的特定原因或规律。
测试结论
扫描日志表明，在1M PHY的条件下，我们可以得到信号强度约为-93 dBm的adv数据包。在Coded PHY @ 125kbps的情况下，该扫描仪仍然可以检测到信号强度约为-101 dBm的adv包。无线电灵敏度的提升表明长距离功能在发挥作用。
灵敏度增加6 dBm，传输距离理论上应该翻倍。在现实生活中，可能无法实现全部100%的提升，因为这取决于许多环境因素。
自行测试: 您需要的一切都在DevZone博客上。
传输距离的提升还将取决于无线电传播特性，这是蓝牙5这个功能无法控制的。传输路径沿线的物体会使室内的信号变差。无论如何，与1Mbps PHY相比，您仍然应该看到传输距离增加，但确切的数字无法一概而论。
*)未连接状态: 在建立连接时，或用作信标时。
**)已连接状态: 在蓝牙已连接期间。