# RF 共存

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## 概览

ESP系列芯片最多支持三种射频收发模块: Bluetooth（BT 和 BLE）, IEEE 802.15.4 (Thread / Zigbee) 和 Wi-Fi, 而每款芯片只支持一路被多个射频收发模块共享的 RF，不同模块无法同时使用 RF 收发数据，因此采用时分复用的方法调节不同模块的数据包收发。

## ESP32-C5 支持的共存场景

Wi-Fi 和 BLE 共存支持功能
| BLE
Scan | Advertising | Connected
Wi-Fi | STA | Scan | Y | Y | Y
Connecting | Y | Y | Y
Connected | Y | Y | Y
SOFTAP | TX Beacon | Y | Y | Y
Connecting | C1 | C1 | C1
Connected | C1 | C1 | C1
Sniffer | RX | C1 | C1 | C1
ESP-NOW | RX | S | S | S
TX | Y | Y | Y

Wi-Fi 和 IEEE 802.15.4 (Thread / Zigbee) 共存支持功能
| Thread / Zigbee
Scan | Router | End Device
Wi-Fi | STA | Scan | C1 | C1 | Y
Connecting | C1 | C1 | Y
Connected | C1 | C1 | Y
SOFTAP | TX Beacon | Y | X | Y
Connecting | C1 | X | C1
Connected | C1 | X | C1
Sniffer | RX | C1 | X | C1

IEEE 802.15.4 (Thread / Zigbee) 和 BLE 共存支持功能
| BLE
Scan | Advertising | Connected
Thread / Zigbee | Scan | X | Y | Y
Router | X | Y | Y
End Device | C1 | Y | Y

备注

- Y：支持且性能稳定。

- C1：不能保证性能处于稳定状态。

- X：不支持。

- S：在 STA 模式下支持且性能稳定，否则不支持。

备注

Thread 和 Zigbee 网络中的路由节点与其邻居保持非同步连接，因此需要持续接收信号。在仅有单一 RF 通路的情况下，Wi-Fi 或 BLE 流量的增加可能导致 Thread 和 Zigbee 通信的丢包率上升。

为了构建基于 Wi-Fi 的 Thread 边界路由器或 Zigbee 网关产品，我们推荐采用双 SoC 方案（例如 ESP32-S3 + ESP32-H2），使用独立的 RF。这种配置能够同时接收 Wi-Fi 和 802.15.4 信号，确保最佳性能。

## 共存机制与策略

### 共存机制

基于优先级抢占的 RF 资源分配机制，如下图所示，Bluetooth，Wi-Fi 和 802.15.4 模块向共存模块申请 RF 资源，共存模块根据三者的优先级高低裁决 RF 归谁使用。

共存机制

### 共存策略

#### 共存周期和时间片

Wi-Fi、BLE 二者对于 RF 的使用，主要是按照时间片来划分的。在 Wi-Fi 的时间片内，Wi-Fi 会向共存仲裁模块发出较高优先级的请求，在 Bluetooth 的时间片内，BLE 会具有较高优先级。共存周期大小和各个时间片占比根据 Wi-Fi 的状态分成四类：

1. IDLE 状态：RF 模块由 Bluetooth 模块控制。

2. CONNECTED 状态：共存周期以目标信标传输时间 (Target Beacon Transmission Time, TBTT) 点为起始点，周期大于 100 ms。

3. SCAN 状态：Wi-Fi 时间片以及共存周期都比在 CONNECTED 状态下的长。为了确保蓝牙的性能，蓝牙的时间片也会做相应的调整。

4. CONNECTING 状态：Wi-Fi 时间片比在 CONNECTED 状态下的长。为了确保蓝牙的性能，蓝牙的时间片也会做相应的调整。

共存逻辑会根据当前 Wi-Fi 和 Bluetooth 的使用场景来选取不同的共存周期和共存时间片的划分策略。对应一个使用场景的共存策略，我们称之为“共存模板”。比如，Wi-Fi CONNECTED 与 BLE CONNECTED 的场景，就对应有一个共存模板。在这个共存模板中，一个共存周期内 Wi-Fi 和 BLE 的时间片各占 50%，时间分配如下图所示：

Wi-Fi CONNECTED 和 BLE CONNECTED 共存状态下时间片划分图

IEEE 802.15.4 模块根据预先分配的优先级请求 RF 资源。普通的接收操作被分配为最低优先级，这意味着 Wi-Fi 和 BLE 在需要时会优先占用 RF，而 802.15.4 只能在剩余时间内进行接收。其他 802.15.4 操作，例如发送和接收 ACK 以及在指定时间内的发送和接收，被分配了更高的优先级。然而，它们能否实际获得 RF 资源最终取决于当时 Wi-Fi 和 BLE 操作的优先级。

#### 动态优先级

共存模块为每个模块的不同状态分配不同的优先级。每种状态下的优先级并不是一成不变的，例如对于 BLE，每 N 个广播事件 (Advertising event) 中会有一个广播事件使用高优先级。如果高优先级的广播事件发生在 Wi-Fi 时间片内，RF 的使用权可能会被 BLE 抢占。

#### Wi-Fi 非连接模块的共存

在一定程度上，某些 Wi-Fi 非连接模块功耗参数 Window 与 Interval 的组合会导致共存模块在 Wi-Fi 时间片外申请共存优先级。这是为了按设定的功耗参数在共存时获取 RF 资源，但这会影响既定的蓝牙性能。

如果 Wi-Fi 非连接模块功耗参数为默认值时，上述动作不会发生，共存模块会按照性能稳定的模式运行。因此，除非你对特定非连接功耗参数下的共存性能有足够的测试，请在共存场景下将 Wi-Fi 非连接模块功耗参数配置为默认参数。

请参考 非连接模块功耗管理 获取更多信息。

## 如何使用共存功能

### 共存 API 的使用

在大多数共存情况下，ESP32-C5 会自动进行共存状态切换，无需调用 API 对其进行干预。但是对于 BLE MESH 和 Wi-Fi 的共存，ESP32-C5 对其提供了两个 API。当 BLE MESH 的状态发生变化时，应先调用 `esp_coex_status_bit_clear` 对上一个状态进行清除，然后调用 `esp_coex_status_bit_set` 设置当前状态。

#### BLE MESH 共存状态描述

由于 Wi-Fi 和 Bluetooth 固件无法获知当前的上层应用的场景，一些共存模板需要应用代码调用共存的 API 才能生效。BLE MESH 的工作状态就需要由应用层通知给共存模块，用于选择共存模板。

> - ESP_COEX_BLE_ST_MESH_CONFIG：正在组网。

> - ESP_COEX_BLE_ST_MESH_TRAFFIC：正在传输数据。

> - ESP_COEX_BLE_ST_MESH_STANDBY：处于空闲状态，无大量数据交互。

### 共存 API 错误代码

所有共存 API 都有自定义的返回值，即错误代码。这些代码可分类为：

> - 无错误，例如：返回值为 ESP_OK 代表 API 成功返回。

> - 可恢复错误，例如: 返回值为 ESP_ERR_INVALID_ARG 代表 API 参数错误。

### 设置共存编译时选项

- 在完成共存程序编写的时候，您必须通过 menuconfig 选择 CONFIG_ESP_COEX_SW_COEXIST_ENABLE 打开软件共存配置选项，否则就无法使用上文中提到的共存功能。

- 您可以通过修改以下 menuconfig 选项，以减小内存开销：

  - CONFIG_BT_BLE_DYNAMIC_ENV_MEMORY 选择打开蓝牙协议栈动态内存配置选项。

  - CONFIG_ESP_WIFI_STATIC_RX_BUFFER_NUM 选择减少 Wi-Fi 静态接收数据缓冲区的数量。

  - CONFIG_ESP_WIFI_DYNAMIC_RX_BUFFER_NUM 选择减少 Wi-Fi 动态接收数据缓冲区的数量。

  - CONFIG_ESP_WIFI_TX_BUFFER 选择使用动态分配发送数据缓冲区配置选项。

  - CONFIG_ESP_WIFI_DYNAMIC_TX_BUFFER_NUM 选择减少 Wi-Fi 动态发送数据缓冲区的数量。

  - CONFIG_ESP_WIFI_TX_BA_WIN 选择减少 Wi-Fi Block Ack TX 窗口的数量。

  - CONFIG_ESP_WIFI_RX_BA_WIN 选择减少 Wi-Fi Block Ack RX 窗口的数量。

  - CONFIG_ESP_WIFI_MGMT_SBUF_NUM 选择减少 Wi-Fi 管理短缓冲区的数量。

  - CONFIG_ESP_WIFI_RX_IRAM_OPT 选择关闭此配置选项，关闭此配置选项将会减少大约 17 KB 的 IRAM 内存。

  - CONFIG_LWIP_TCP_SND_BUF_DEFAULT 选择减小 TCP 套接字默认发送缓存区。

  - CONFIG_LWIP_TCP_WND_DEFAULT 选择减小 TCP 套接字默认接收窗口。

  - CONFIG_LWIP_TCP_RECVMBOX_SIZE 可配置减小 TCP 接收邮箱。接收邮箱负责缓冲 TCP 连接中的数据，确保数据流畅传输。

  - CONFIG_LWIP_TCP_ACCEPTMBOX_SIZE 管理传入的连接请求，可配置减小 TCP 接受邮箱。接受邮箱负责管理传入的连接请求，促进建立新的 TCP 连接。

  - CONFIG_LWIP_UDP_RECVMBOX_SIZE 选择减小 UDP 接收邮箱。

  - CONFIG_LWIP_TCPIP_RECVMBOX_SIZE 选择减小 TCPIP 任务接收邮箱。

备注

由于共存配置选项依赖于任何两个已启用的射频收发模块的存在，请在配置任何共存功能之前，确保至少使能了两个射频收发模块。

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