Bluetooth 4.2 → 5の更新点を15分で解説

1. Bluetooth 4.2 → 5 で
なにが変わったか？
フォトシンス 15分勉強会 2017/08/03
対象：エンジニア
レベル：軽め
制作者：す〜

2. Bluetooth 歴史
Classic Bluetooth / Bluetooth Low Energy
タイトル ver. 年代 主な機能 主な用途
Classic
Bluetooth
Bluetooth BR 1.0 1999年 Basic Rate : 721.2kbps キーボード、マウス
Bluetooth EDR 2.0 2005年 Enhanced Data Rate :
2.1Mbps
キーボード、マウス
Bluetooth HS 3.0 2009年 High Speed : 24Mbps ヘッドホン
BLE Bluetooth LE 4.0 2010年 Low Energy : 1Mbps IoT、ウェアラブル
4.1 2013年 Secure connection
4.2 2014年
Bluetooth LE 2M 5 2016年 Low Energy : 2M/1Mbps
500k/125ksps
より幅広いIoT（高速、
中距離）

3. Bluetooth 4.x → 5 の特長
1. 通信速度 2倍
2. 通信範囲 4倍
3. 通信キャパシティ 8倍

4. 仕様書 “CHANGES FROM v4.2 TO 5.0”
• Slot Availability Mask (SAM)
• 2 Msym/s PHY for LE → 通信速度2倍
• LE Long Range → 通信範囲4倍
• High Duty Cycle Non-Connectable Advertising
• LE Advertising Extensions → 通信キャパシティ 8倍
• LE Channel Selection Algorithm #2
Bluetooth Core Specification v5.0 p.291 “CHANGES FROM v4.2 TO 5.0” より引用

5. 1.通信速度 ２倍
2.通信範囲 4倍
BT 4.x BT5 転送モード 受信可能強度 飛距離理論値
◯ 2Mbps mode -89 dBm
◯ ◯ 1Mbps mode -93 dBm 100 m
◯ 500ksps coded mode -99 dBm
◯ 125ksps coded mode -103 dBm 400 m
飛距離
４倍
通信
速度
２倍
通信速度 2倍モード、飛距離 4倍モードが追加され
た

6. 3. 通信キャパシティ 8倍
拡張アドバタイズ
(BT 5で追加)
通常アドバタイズ
(BT 4.2以下)
アドバタイズ（ブロードキャスト通信）の容量が8倍になった
LE Advertising Extensions
アドバタイズ通信容量 8倍

7. [通信速度 2倍][実験] 通信速度 実測値
mode 2M LE 1M LE 128k coded
speed(kbps) 1360.85 757.6 57.16
測定条件
nrf52840 Dev board x 2
2台間距離 10cm
Data Length Extention : ON
MTU : 247bit
Connection Interval : 400 ms
良好な実測値 ※条件による
SDK サンプルコード
examples/ble_central_and_peripheral/experimental/ble_app_att_mtu_throughput

8. [通信範囲 4倍][実験] 見通し 770m
ドローンに
受信BLE
見通しの良い場所で通信範囲実験
125ksps mode : 770m
手元に送信BLE
https://youtu.be/w4PbxVwg83M?t=3m15s

9. [通信範囲 4倍] なぜ飛距離がのびるのか？
500ksps/125ksps 前方エラー訂正符号
受信された3ビット 解釈
000 0
001 0
010 0
100 0
111 1
110 1
101 1
011 1
FEC 3bitの場合
FEC(Forward Error Correction)
送信者がメッセージに冗長性を持たせることで、受信者
が自ら誤りを検出し訂正することを可能とする手法
500ksps は 2bit, 125kspsは 8bit のFECを採用
BLE
送信
BLE
受信noise
111 101
BLE
送信
BLE
受信noise
1 0
FECなし
FECあり
ノイズに強くなる→受信感度が上がる→飛距離がのびる

10. その他 変更
● Slot Availability Mask (SAM)
○ Classic Bluetooth用。BR/EDRの送受信タイムスロットを2デバイス間で通知し合うことでス
ケジューリングを改良。転送効率を向上させる。
● High Duty Cycle Non-Connectable Advertising
○ ConnectableだけでなくNon-Connectable においてHigh Dutyを追加
○ 通常 DutyはAdvertise Interval 20msec - 10.24sec、High Dutyは3.75msec
● LE Channel Selection Algorithm #2
○ BLEの接続およびアドバタイズパケットのチャネル選択アルゴリズム
○ #1と比べ、電波干渉やマルチパスフェーディングの影響がより少ない

11. Bluetooth 5 の勘違い
× 飛距離４倍だからワイヤレスヘッドホンの飛距離も４倍延びる！？
→ Classic Bluetoothの仕様は変更なし
× 通信速度２倍かつ通信範囲４倍にできる！？
→ 通信速度と通信範囲はトレードオフの関係にある
・通信速度を 2 倍 にすると通信範囲はおおよそ ¾ 倍 になる
・通信速度を ⅛倍 にすると通信範囲はおおよそ 4 倍 になる
× Bluetooth MeshはBluetooth 5の仕様！？
→ Bluetooth 5とMeshの仕様は別々のワーキンググループで策定
Bluetooth MeshはBluetooth 4.xでも実装可能

12. まとめ
Bluetooth 5でなにが変わったか？
1. 通信速度 2倍
BLE通信で 1Mbps → 2Mbps が選択可になった
2. 通信範囲 4倍
Codedモードが加わり受信感度がよくなった
3. 通信キャパシティ 8倍
拡張アドバタイズによってアドバタイズ容量が8倍になった

13. 参考資料
Bluetooth SIG - Bluetooth Core Specification
https://www.bluetooth.com/specifications/bluetooth-core-specification
Nordic - Bluetooth 5
https://www.nordicsemi.com/eng/Products/Bluetooth-5
TI - Channel Selection Algorithm #2
http://dev.ti.com/tirex/content/simplelink_cc2640r2_sdk_1_35_00_33/docs/ble5stack/ble_use
r_guide/html/ble-stack/channel-selection-algorithm-number-two.html
Qiita - Bluetooth 5仕様書の変更点 @eggman氏
https://qiita.com/eggman/items/d2abd06cf89a8f62c568