BLE（低功耗藍牙）的 PHY（物理層）幀結構根據傳輸模式（廣播、數據）和 PHY 類型（1M、2M、Coded PHY）有所差異，但基本框架一致。以下是 BLE PHY 幀的通用結構及各部分含義：
一、BLE PHY 幀的基本結構
BLE PHY 幀由 4 個核心部分組成，從發送到接收的順序為：
前導碼（Preamble）→ 接入地址（Access Address）→ PDU（協議數據單元）→ CRC（循環冗余校驗）
| 字段 | 長度（比特） | 作用 |
|---|---|---|
| 前導碼 | 8（1M/2M PHY）或 16（Coded PHY） | 用于接收端同步（頻率、時鐘），區分幀類型。 |
| 接入地址 | 32 | 標識幀的歸屬（廣播、連接、特定設備），用于幀同步和設備識別。 |
| PDU | 可變（最長 255 字節，即 2040 比特） | 包含實際數據（廣播信息、用戶數據等），分廣播 PDU 和數據 PDU。 |
| CRC | 24 | 用于檢測傳輸錯誤，接收端通過 CRC 校驗判斷幀是否有效。 |
二、各字段詳解
1. 前導碼（Preamble）
- 長度：
- 1M PHY 和 2M PHY：8 比特
- Coded PHY（S=2 或 S=8 編碼）：16 比特（因編碼擴展，實際傳輸時對應 32 或 128 符號）
- 內容：
- 廣播幀：前導碼為
0xAA（10101010），用于所有設備識別廣播信號。 - 連接幀：前導碼由接入地址的最低位（LSB）決定，若接入地址 LSB 為 0，則前導碼為
0x00（00000000）；若為 1，則為0xFF（11111111）。
- 廣播幀：前導碼為
- 作用：幫助接收端快速實現頻率同步和符號定時同步。
2. 接入地址（Access Address）
- 長度：32 比特，無符號整數。
- 類型與含義：
- 廣播接入地址：固定為
0x8E89BED6，所有廣播幀（如 ADV_IND、SCAN_REQ）均使用此地址，用于標識廣播信道的幀。 - 連接接入地址：每個連接唯一，由主設備在建立連接時隨機生成（32 比特），僅主從設備知曉，用于區分不同連接的幀，增強安全性。
- 定向接入地址：用于定向廣播（如 ADV_DIRECT_IND），由目標設備的 BD_ADDR（MAC 地址）生成，確保僅目標設備響應。
- 廣播接入地址：固定為
- 作用：幀同步（接收端通過匹配接入地址確認幀的開始）和設備 / 連接識別。
3. PDU（Protocol Data Unit，協議數據單元）
- 長度：可變，由 1 字節的 “長度字段”（Length）決定，最長 255 字節（即 2040 比特）。
- 結構：
- PDU 頭（Header）：2 字節（16 比特），包含類型（Type）、預留位（RFU）、長度（Length）等控制信息。
- PDU 載荷（Payload）：0~255 字節，具體內容取決于幀類型：
- 廣播 PDU（如 ADV_IND）：包含設備名稱、UUID、廣播數據等。
- 數據 PDU（如 ATT、GATT 消息）：包含用戶數據或控制指令。
- 編碼：在 Coded PHY 中，PDU 會經過卷積編碼（S=2 或 S=8）擴展符號長度，提升抗干擾能力。
4. CRC（Cyclic Redundancy Check）
- 長度：24 比特。
- 生成方式：基于接入地址和 PDU 內容，通過多項式
0x00065B（藍牙規范定義）計算得出。 - 作用：接收端對接收的接入地址 + PDU 重新計算 CRC，與發送端的 CRC 比對，若不一致則判定幀錯誤并丟棄。
三、不同 PHY 類型的幀結構差異
| PHY 類型 | 前導碼長度 | PDU 編碼方式 | 傳輸速率 | 適用場景 |
|---|---|---|---|---|
| 1M PHY | 8 比特 | 無編碼（1:1 映射） | 1Mbps | 通用低功耗場景（如智能手環） |
| 2M PHY | 8 比特 | 無編碼（1:1 映射） | 2Mbps | 高速短距離傳輸（如耳機） |
| Coded PHY | 16 比特 | S=2（500kbps）或 S=8（125kbps） | 500kbps/125kbps | 遠距離 / 強干擾場景（如傳感器） |
總結
BLE PHY 幀結構通過 “前導碼 - 接入地址 - PDU-CRC” 的分層設計，實現了高效的同步、識別、數據傳輸和錯誤檢測。不同 PHY 類型通過調整前導碼長度和編碼方式，平衡了傳輸速率、距離和抗干擾能力，適配多樣化的低功耗藍牙應用場景。具體細節可參考藍牙核心規范（Core Specification）中 “PHY Layer” 章節。
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