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LE 實體層 - LE PHYs
- Link Layer 規範了空口包 (air interface packet) 需要遵守的格式
- 發展過程：
- 在藍牙 v4.2 時，LE 推出了傳輸速度為 1M 的 Uncoded PHY
- 到了藍牙 v5.0 時，LE 又推出了 2M Uncoded 和 Coded PHY
- LE 的每個 channel 的頻寬是 2M Hz，所以速度不能再提高了否則可能干擾其他 channel
- Coded PHY 又稱為 Long Range，因為使用 FEC 編碼，可以支遠更遠的傳輸
- 本章節先討論 Uncoded PHYs，Coded PHY 可以參考 LE Link Layer 系列 (6) – LE Coded PHYs
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封包格式 - LE Uncoded PHYs packet format
- LE Uncoded PHYs 的一個封包包含了四個必填欄位 (Preamble、AA、PDU、CRC) 和一個選填欄位 CTE
- 封包會先傳 Preamble，再依序傳 AA、PDU、CRC（最後可能有 CTE）
- 傳輸封包前 Tx 和 Rx 協商要使用 1M 還是 2M ，一旦決定後傳輸速率就固定了，不得中途更改
- 不含 CTE 的情況下，傳輸一個 packet 需要 44~2128 μs
- 最快: 用 2M 傳 Preamble (16) + AA (32) + PDU (16) + CRC (24) = 88 bit → 44 μs
- 最慢: 用 1M 傳 Preamble (8) + AA (32) + PDU (2064) + CRC (24) = 2128 bit → 2128 μs
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前導碼 - Preamble
- Preamble 的作用是讓 Rx 做 frequency synchronization、symbol timing estimation等
- Preamble 在 1M 的長度是 1 octet，在 2M 的長度則是 2 octets
- Preamble 是交錯的 0 與 1，從哪一個開始由 AA 的 LSB 決定，Preamble 的 LSB 會跟 AA 的 LSB 一致
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存取地址 - Access Address (AA)
- Access Address 長度為 4 octets，用來讓 Rx 識別這個 packet 是不是屬於現在的連線
- 所有的廣播封包，它們的 AA 都訂為
0x8E89BED6
- 不同的 ACL/CIS/BIS/PA 都應該要有不同的 AA，但 BIS 內的成員會共用 AA，靠 Substream ID 分開
- 當 LLSM 處於某個 state 時，以下行為需要重新產生新的 AA：
- Initiating State：每次發送 initiating PDU 時
- Connection State：作為 Central Role 時，每次送出 CIS 時
- Advertising State：每次發送 PA train 或 PAwR 時，PAwR 回應時還需要第二個 AA
- 關於 AA 的限制還有以下幾點：
- AA 的設計規則基本上是為了讓訊號具有足夠的隨機性和判別性
- 過於單調（例如長串 0 或 1）會讓 Rx 難以建立時脈或被雜訊誤導
- 過於鋸齒（0 與 1 完全交錯）則可能讓相關器在雜訊環境中難以區分
- AA 的比對通常是由硬體即時完成，所以必須確保任何一組合法的 AA 都能提供足夠的鑑別度，以降低誤判的機率
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種子存取地址 - Seed Access Address (SAA) (BIG only)
- 在 Isochronous Broadcasting State 時，每個 BIG 會有一個 Seed Access Address (SAA)
- BIS 的 AA 和 BIG 的 Control logical link 將會根據 SAA 產生
- SAA 是一個 32 bit 的隨機數，且遵守：
- $SAA_{19} = SAA_{15}$
- $SAA_{22} = SAA_{16} \neq SAA_{15}$
- $SAA_{25} = 0$
- $SAA_{23} = 1$
- 對於同一個 controller 的任兩個 BIG 的 $SAA_{15-0}$，它們間的 Hamming Distance ≥ 2
- 以下說明 BIS 如何產生 AA：
- 令 $n$ 為
BIS_Number，BIG Control logical link 的 $n=0$
- $D=(35n+42)\ mod\ 128$
- $DW=0bD_0D_0D_0D_0D_0D_0D_1D_6\_D_10D_5D_40D_3D_20\_00000000\_00000000$
- $AA=SAA \oplus DW$
- 我們討論一下為何 SAA 要這樣設計
- $SAA_{22}=SAA_{16} \neq SAA_{19}$，這三位對應到 $DW$ 中 $0$ 的位子，這保證了第二個 octet 的 Run-length $\leq 6$
- 承上，這裡還保證了與廣播地址
0x8E89BED6 的 Hamming Distance $\geq 1$
- $DW_{25}=DW_{23}$，$SAA_{23}\neq SAA_{25}$，這裡也保證了與廣播地址的 Hamming Distance ≥ 1，因此總共 ≥ 2
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協定數據單元 - Protocol Data Unit (PDU)
PDU 會根據 packet 所使用的 physical channel 有不同的格式，我們將在未來的章節討論：
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循環冗餘校驗 - Cyclic Redundancy Check (CRC)
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恆音擴展 - Constant Tone Extension (CTE)