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» 2017年09月14日 11時00分 公開

Bluetooth 5の特長を知る(2):Bluetooth 5 通信距離「従来比4倍」の仕組み (4/4)

[Martin Woolley(Bluetooth SIG),EDN Japan]
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LE Coded PHYのパケット構造

・LE Coded PHYのパケット構造

 LE Coded PHYは以下に示すように、修正されたパケット構造になっています。

LE Coded PHY利用時のパケット構造 出典:Bluetooth SIG

 Bluetooth 4およびLE 1Mとの違いを以下に示します。

・拡張プリアンブル:プリアンブル領域はゲインコントロールを設定するために受信機が使用し、0と1を表すために使われた周波数の判定とシンボルタイミングの予測を行います。Bluetooth 4パケットとBluetooth 5のLE 1Mパケットは、1と0が交互に並んだ8ビットのプリアンブルを使います。LE 2Mは16ビットのプリアンブルを使いますが、シンボルレートが2倍のため受信までの時間は同じになります。一方、LE Codedは8ビットのパターン、「00111100」を10回繰り返すことで80ビットのプリアンブルを使います。ここで重要なことは、プリアンブル領域はFECコード対象ではない、ということです。また、プリアンブルはパケットがどのPHYに対応しているかを判定するためにも使用されます。

・FECブロック1:パケットの残りはFECブロック1とFECブロック2に分けられます。FECブロック1は最大の冗長性のためにS=8で符号化され、FECブロック2の符号化に使われたコーディングインジケーター(CI)を含みます(S=2またはS=8)。各ブロックはビットパターン000のTERM値で終わります。ビットストリーム処理工程で、TERM値はFEC符号器の初期化のタイミングを与えます。

・FECブロック2:FECブロック2は、PDU(Protocol Data Unit/上位階層へ受け渡すあるいは上位階層から受け取ったデータ領域)とCRCなどパケットの残りを含んでいます。このブロックはFECブロック1のCIで指定された、S=2またはS=8のいずれかで符号化されます。

・LE Coded PHYシンボルレート

 LE Coded PHYは1Ms/sのシンボルレートを使います。これはLE 1Mで使用されるものと同じシンボルレートです。

3つのPHYの比較

 以下の表は、Bluetooth 5における3つのPHYに関連した主な諸元を表しています。

現在のPHYの変更

 この記事では、新規LE Coded PHYを活用する、Bluetooth 5の新しい「長距離」機能に焦点を当ててきましたが、ここで補足があります。新しいホストコントローラーインタフェース(HCI)の「LE Set PHY」コマンドは、それぞれの送信(TX)および受信(RX)用に、対向したホストが使用したいPHYを互いに独立して選択できるようにします。例えば、最高のデータレートが求められる時に「2Ms/sモード」を使い、必要な時には「長距離モード」(ドローンの制御に好適)に切り替えるアプリケーションが予測できます。

 また、HCI「LE Set Default PHY」コマンドを使ってデフォルトのPHYを設定し、HCI「LE Read Remote Features」コマンドで遠隔対向デバイスの機能を問い合わせることも可能となります。後者 ではリモートデバイスが対応するPHYの詳細を含めて、さまざまな情報が返されます。

まとめ

 Bluetooth 5はBluetooth技術における大きな変革を体現しています。

 居住家屋および建築物全体が、長距離LE Coded PHYの対象です。新しい産業用途やスマートシティーへの応用も可能となるでしょう。Bluetooth 5は、IoTに適した低消費電力の無線通信技術としての地位を築くことを目指しています。

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