一、簡介

什么是共存

共存是指允許多個2.4GHZ（頻段范圍2400-2483.5MHZ）技術（包括WiFi、Zigbee、Thread和藍牙）同時存在而不會發生來自一個無線電的信號干擾相鄰無線信號的現象

為什么要用WiFi、藍牙共存

藍牙和WiFi是現代生活中常用的無線通信技術。通過將藍牙和WiFi功能整合到一個設備中，用戶可以享受到更加便利和靈活的無線連接體驗，提高設備之間的互操作性和數據傳輸速度。藍牙WiFi二合一不僅簡化了設備配置和連接過程，還為用戶提供了更廣泛的無線通信選項。

藍牙和WiFi作為無線通信技術，各自具備獨特的優勢和用途。藍牙主要用于短距離的設備間通信，如無線耳機和智能手環等，而WiFi則提供了更高速的長距離數據傳輸能力，適用于連接互聯網和局域網。然而，為了實現不同設備之間的連接和數據傳輸，用戶經常需要同時使用藍牙和WiFi，這可能導致連接繁瑣、資源浪費和用戶體驗下降的問題。藍牙WiFi二合一的概念應運而生，旨在解決這些問題并提供更便利的無線連接選項。

1、簡化設備配置和連接過程：

藍牙WiFi二合一的好處之一是簡化設備配置和連接過程。傳統情況下，用戶需要分別打開藍牙和WiFi功能，并在設備之間進行繁瑣的配對和連接步驟。而藍牙WiFi二合一設備將這兩種功能整合到一個設備中，用戶只需進行一次設備連接配置，即可同時使用藍牙和WiFi，簡化了操作流程，提高了使用便捷性。

2.提高設備互操作性：

藍牙WiFi二合一的另一個好處是提高了設備之間的互操作性。傳統情況下，某些設備可能只支持藍牙連接，而另一些設備則只支持WiFi連接。藍牙WiFi二合一設備的出現，使得不同類型的設備能夠通過同一個設備實現連接和通信，消除了互操作性的限制。例如，用戶可以通過藍牙WiFi二合一耳機將手機上的音樂通過藍牙傳輸到耳機，并通過WiFi連接上互聯網收聽在線音樂，實現了不同網絡環境下的音樂播放。

3.提供更廣泛的無線通信選項：

藍牙WiFi二合一設備還為用戶提供了更廣泛的無線通信選項。藍牙和WiFi仍然是各自獨立的無線通信技術，藍牙WiFi二合一設備只是在同一設備中集成了這兩種功能，以提供更便捷的連接方式。藍牙WiFi二合一設備的主要好處是簡化設備配置和連接過程，以及提高設備之間的互操作性。用戶無需同時使用兩個獨立設備或在不同設備之間切換，而是可以通過一個設備實現藍牙和WiFi的連接和通信。

二、WiFi、藍牙共存原理

技術難點

藍牙和WiFi都工作在2.4GHZ頻段，最主要的技術難點就是信號干擾，通常來說在設計上有些方法能夠減少相互干擾，現主流的方法是AFH（自適應跳頻）和分時復用；而在設計上去減少干擾，首先需要知道有哪些方面會存在相互干擾和相互干擾是否嚴重，受以下幾條影響：

1．共用天線還是單獨用自己天線

2．干擾是噪音還是阻塞

3．藍牙通信頻率是否落在wifi帶內

4．藍牙和wifi是接收還是發射

5．藍牙和wifi的具體應用的通信特點

共用天線還是單獨用自己天線

如果藍牙和wifi使用單獨的天線，藍牙天線和wifi天線之間的隔離大小會影響干擾的程度。如果認為有一定的隔離度，藍牙和wifi是可以同時發射或者接收的。如果藍牙和wifi共用天線，藍牙和wifi不可以同時工作。

干擾是噪音還是阻塞

干擾分為兩種。一種是噪音，主要發生在頻率沖突時；另一種是大信號阻塞，和頻率是否沖突沒有關系，和具體射頻設計及天線間隔離有關系。

藍牙通信頻率是否落在wifi帶內

如果藍牙通信頻率落在wifi頻帶內，噪音干擾和阻塞干擾都會有。如果藍牙通信頻率落在wifi頻帶外，只有阻塞干擾。AFH是針對噪音干擾最好的方法，藍牙和wifi的性能都能維持100％。唯一問題是無法解決阻塞干擾。

藍牙和wifi是接收還是發射

假設藍牙和wifi使用自己單獨的天線，藍牙和wifi是能夠同時發射和同時接收的。如果一個發射，一個接收，在頻率沖突時會有相互干擾。另外，同時發射可能會對另一側設備帶來干擾。

藍牙和wifi的具體應用的通信特點

共存時相互干擾是否嚴重還和具體應用時通信特點有關。比如數據量是否大，是否是數據流，是否是timecritical的。所以有的設計是host可以根據不同應用配置不同的優先級，以達到最好的平衡。

AFH（自適應跳頻）和分時復用

AFH(自適應跳頻)

AFH是解決噪音干擾的最好方法。通過在跳頻頻率中避開wifi的頻帶，既可以避免頻率沖突帶來的干擾，也絲毫不損失藍牙和wifi的性能。另外，當藍牙進入AFH狀態后，其跳頻序列可使用的跳頻點N的數量是動態變化的，其值不超過79。

自適應跳頻選擇機制的實現是基于原79跳系統的頻率選擇，在其基礎上增加了AFH_mode和AFH_channel_map兩個參數。

AFH_mode指出當前選頻是否可以使用自適應跳頻序列；AFH_channel_map中指明哪些信道是可用的，哪些信道是不可用的。首先，原選頻生成一個信道，如果這個信道是AFH_channel_map中定義的可用信道，則不作任何調整，直接作為跳頻序列的輸出；如果此信道包含在不可用信道中，則通過重定位函數將其映射成一個可用的信道。這種映射關系是一一對應的，就是說，如果給定了藍牙地址、時鐘以及AFH_channel_map，一個不可用的射頻信道將被地轉換為一可用信道，這樣保證了在同一網段中使用AFH機制的主從設備能夠保持跳頻序列的同步。

AFH技術的另一點改變是：在原跳頻系統中，主從節點分別采用不同的頻率發送數據；當處于AFH狀態時，在主從對話期間，從節點使用與主節點相同的射頻信道向主節點響應數據包，這被稱作AFH的相同信道機制。使用相同信道機制主要是由于在網中存在干擾的情況下，減少跳頻可以防止從節點在發送響應分組時跳到可能發生沖突的信道上，保證至少在主從對話的過程中數據不易受到干擾，達到提高吞吐率的目的。

什么是79跳系統？

在Bluetooth中,ISM頻段被劃分為79個帶寬1 MHz的頻道,載頻間距1 MHz,彼此之間正交。跳頻系統載頻受偽隨機碼控制,不斷隨機跳變,可以看成載波按一定規律變化的多頻頻移鍵控。

分時復用

有AFH機制后，為什么還要采用分時復用機制？

因為諸如AFH等技術是專門為2.4GHz設備設計用于檢測和避免干擾的，還不足以實現藍牙與WLAN的共存。當藍牙與802.11設備共存于同一設計中時作為獨立技術的AFH是遠遠不夠的，這主要是因為WLAN設備必須提供較高的輸出功率才能支持長距離、高數據速率、可靠的互聯網、語音、數據和視頻傳輸。單獨使用AFH技術使用藍牙耳機的通話效果不是很好，為了解決這種問題，在使用AFH技術的基礎上又使用了分時復用技術。

分時復用原理：

分時是利用藍牙和wifi間的握手信號，使藍牙和wifi分時在2.4G工作，這樣可以避免噪音干擾和阻塞干擾。問題是會降低藍牙和wifi的throughput。所以這個機制應該只在AFH不能提供良好效果時使用。這些握手信號都差不多。簡單說明如下：

1. 兩線方案

Wifi給藍牙信號WIFI_ACTIVE，表示wifi有通信，如果這個信號asserted，藍牙應該只接收/發射highpriority的包，其它包delay。

藍牙給wifi信號BT_priority，表示藍牙要發highpriority的包，wifi必須停止當前通信。

可以看出，這兩根信號分別是保護wifi和藍牙通信的。

從藍牙芯片設計的角度，藍牙芯片必須支持對于包優先級的區分和delay包的處理。一般來說，定時同步，inquiry，page，SCO等是高優先級，傳送數據的包則是普通優先級。如果處理得細致和靈活，很多參數是需要可以配置和可調的，因為可能需要host根據具體應用來配置。

2. 三線方案

三線方案和兩線方案相似。多加一根藍牙輸出的bt_active，這樣和bt_priority一起可以表示兩種優先級的藍牙通信。

一般是3線模式，有3根線，分別是BT_ACTIVE、WIFI_ACTIVE 和BT_priority。

當Bluetooth（BT 和 BLE）要用天線的時候BT_ACTIVE 信號有效，告訴WIFI，希望將天線切換到Bluetooth（BT 和 BLE）狀態；

當WIFI要用天線的時候 WIFI_ACTIVE信號有效，告訴Bluetooth（BT 和 BLE），WIFI要用天線；當Bluetooth（BT 和 BLE）要用天線，Bluetooth（BT 和 BLE）的BT_priority 信號有效告訴WIFI，要求WIFI馬上將天線卻換到Bluetooth（BT 和 BLE）狀態。

3. 四線方案

四線方案和三線方案相似，再多加一根藍牙輸出的bt_freq，指示藍牙通信是否和wifi頻帶沖突。

三、樂鑫WiFi、藍牙共存方案

概覽

ESP32只支持一路RF，Bluetooth（BT 和 BLE）和Wi-Fi共享這一路RF，無法同時收發數據，因此采用分時復用的方法進行收發數據包。

ESP32支持的共存場景

共存機制與策略

共存機制

基于優先級搶占的 RF 資源分配機制，如下圖所示，Bluetooth 模塊和 Wi-Fi 模塊向共存模塊申請 RF 資源，共存模塊根據二者的優先級高低裁決 RF 歸誰使用。

共存策略

共存周期和時間片

Wi-Fi、BT、BLE 三者對于 RF 的使用，主要是按照時間片來劃分的。在一個共存周期內，按照 Wi-Fi、BT、BLE 的順序劃分時間片。在 Wi-Fi 的時間片內，Wi-Fi 會向共存仲裁模塊發出較高優先級的請求，同理，BT/BLE 在自己的時間片內會具有較高優先級。共存周期大小和各個時間片占比根據 Wi-Fi 的狀態分成四類：

1. IDLE 狀態：BT 和 BLE 共存由 Bluetooth 模塊控制。

2. CONNECTED 狀態：共存周期以目標信標傳輸時間 (Target Beacon Transmission Time, TBTT) 點為起始點，周期大于 100 ms。

3. SCAN 狀態：Wi-Fi時間片以及共存周期都比在 CONNECTED 狀態下的長。為了確保藍牙的性能，藍牙的時間片也會做相應的調整。

4. CONNECTING 狀態：Wi-Fi 時間片比在 CONNECTED 狀態下的長。為了確保藍牙的性能，藍牙的時間片也會做相應的調整。

共存邏輯會根據當前 Wi-Fi 和 Bluetooth 的使用場景來選取不同的共存周期和共存時間片的劃分策略。對應一個使用場景的共存策略，我們稱之為“共存模板”。比如，Wi-Fi CONNECTED 與 BLE CONNECTED的場景，就對應有一個共存模板。在這個共存模板中，一個共存周期內 Wi-Fi 和 BLE 的時間片各占50%，時間分配如下圖所示：

動態優先級

共存模塊對 Wi-Fi 和 Bluetooth 不同的狀態賦予其不同的優先級。每種狀態下的優先級并不是一成不變的，例如每 N 個廣播事件 (Advertising event) 中會有一個廣播事件使用高優先級。如果高優先級的廣播事件發生在 Wi-Fi 時間片內，RF 的使用權可能會被BLE搶占。