為什么藍牙信道探測將引領高精度定位服務？

從藍牙耳機到智能家居設備，藍牙技術因其成熟的音頻流和數據傳輸功能已成為我們生活中的一部分。一項新技術——藍牙信道探測（Bluetooth Channel Sounding）正向高精度定位服務市場邁進。

本文信馳達（RF-star）將介紹藍牙信道探測技術定義、工作原理 、在定位服務中的優勢、以及Channel Sounding的主要應用場景。最后，我們還將為您介紹藍牙信道探測技術與UWB超寬帶技術的混合解決方案在高精度定位服務領域的應用。

藍牙信道探測是什么

藍牙信道探測，英文全稱為：Bluetooth Channel Sounding, 先前被稱為高精度距離測量（High-Accuracy Distance Measurement），它是一種計算兩個低功耗藍牙設備之間精準距離和定位的新技術。該技術是利用多個信道上的相位測距（Phase-Based Ranging）來獲得準確的距離測量。

藍牙信道探測工作原理

如圖1所示，當使用信道探測測算距離時， 設備A啟動程序(initiator)， 設備B在不修改相位的情況下重復信號傳輸(reflector)。設備A向設備B發送無線信號，然后設備B測量這個信號的相位，并以相同的相位將其傳回設備A。隨后，設備A評估所發送和接收的無線信號之間的相位差異，來精確估計兩個藍牙設備之間的距離。為了提高測量精度，這個過程會在不同的信道頻率上重復多次，因此藍牙設備可以利用相位數據精確地估算出距離。

圖1 藍牙信道探測技術定位原理

藍牙信道探測技術優點

高達10厘米的測距精度

盡管現有的藍牙測距技術（如RSSI，AoA和AoD）仍然有其實用價值，但它們在測距精度方面可能無法滿足更具挑戰性的應用場景。

接收信號強度指示（Received Signal Strength Indicator），簡稱RSSI，是最原始的藍牙測距技術。它是根據兩個設備之間信號強度在傳輸距離中的衰減程度進行距離估算。但是，RSSI的定位精度只有3~5米左右。此外，RSSI容易受到外部因素干擾，比如吸收和衍射。后來，更先進的距離定位測量技術誕生了——到達角（AoA）和出發角（AoD）。AoA和AoD不直接估算距離，而是利用三角定位法從發出或接收無線信號的角度進行距離測量。AoA和AoD可以實現亞米級的精度。然而，由于周圍環境的影響，其測量精度仍可能有較大波動。例如，在有大量障礙物和反射面的室內空間中，多徑傳播可能會影響測量的精確性。與先前的藍牙測距技術不同的是，藍牙信道探測是基于相位測距（PBR）的，其精度可高達10厘米。即使藍牙設備處于比較復雜的室內環境中，Channel Sounding也比RSSI、AoA/AoD能夠提供更準確的位置信息。

高安全——防中繼攻擊

RSSI除了精度低之外，還存在安全風險。其信號容易受中繼攻擊侵擾，可能導致一些高安全性要求的方案中出現漏洞。例如，在PEPS系統中，攻擊者可能會增強RSSI信號強度，通過中繼手段欺騙系統認為數字鑰匙位于附近。這些漏洞使RSSI不適用于高安全性的應用。

而藍牙信道探測基于相位的測距算法可以防止中繼攻擊。此外，藍牙信道探測的鏈路層處理了廣播、掃描、連接管理、異步和常時等量數據通信以及數據加密等過程。因此，藍牙信道探測功能在車輛安全進入、門禁控制、數字鑰匙等高安全性應用中表現突出。

低成本定位解決方案

AoA和AoD需要藍牙天線陣列才能獲得比較準確的測量結果，這無疑會增加整體項目成本。

超寬帶（UWB）是另一種高精度定位技術，可以達到厘米級的精度。但是，要使用UWB需要為無線設備添加新的芯片，而且相比低功耗藍牙技術，UWB的功耗更高，所以增加了成本預算和技術復雜性。

不難看出，利用信道探測的單天線低功耗藍牙方案比UWB解決方案更具有成本效益。

易集成 & 互操作

藍牙信道探測是通過現有的藍牙技術引入的，很容易集成到已有基礎設施和設備中。這意味著企業和開發者將能夠快速獲得一種安全、低成本且高精度的定位解決方案，而無需增加額外的芯片。

總的來說，具有更高的準確性、安全性和靈活性的藍牙信道探測功能為許多應用提供了更有競爭力的解決方案。那么，藍牙信道探測技術有哪些主要的應用場景？

高精度測距定位應用

室內導航：在大型購物中心，信道探測與其他新的藍牙技術，如電子貨架標簽（ESL）協議的結合可以徹底改變室內導航體驗，為用戶提供精確的方向和實時更新的數據。

資產跟蹤：工業和倉儲的資產跟蹤系統中已廣泛使用基于低功耗藍牙的定位服務。開發者可以利用信道探測功能提升資產跟蹤的定位精度。這不僅有助于防止丟失或盜竊，還能簡化庫存管理流程，提高運營效率。此外，它為一些更具挑戰性的系統提供了先進的功能，比如專業體育運動的實時追蹤。

汽車數字鑰匙：與依賴接收信號強度指示進行距離估算的舊系統相比，利用信道探測測距定位的無鑰匙方案準確性更高。這讓汽車制造商不僅能夠滿足精確度的標準，同時還能減少車輛上的藍牙天線數量。因此，汽車數字鑰匙總成本也隨之降低。此外，信道探測的安全性能也能有效防止對無鑰匙進入系統的各種攻擊。

總之，與先前的藍牙定位技術相比，高安全、高精度、低功耗和低成本使藍牙信道探測非常適用于工業、倉儲和消費者資產跟蹤、ESL系統、實時體育/健身追蹤以及汽車數字鑰匙等應用。

目前，德州儀器（TI）正與藍牙聯盟（SIG）通力合作，推動藍牙信道探測技術規范的制定。TI CC2340R5系列低功耗藍牙芯片未來將全面支持這一創新技術。

作為全球領先的低功耗藍牙（BLE）解決方案提供商，TI中國第三方IDH，信馳達（RF-star）一直致力于低功耗藍牙技術在國內的推廣和應用?；赥I CC2340R5芯片多款藍牙模塊也將支持信道探測功能，未來更新SDK即可支持。信馳達的低功耗藍牙方案將為物聯網、工業和汽車應用提供高精度、高安全、低成本的測距定位服務。

未來，基于藍牙信道探測解決方案將在高精度定位服務中扮演重要角色。它可能不會完全替代UWB等其他定位測距技術，而是會與多種測距技術結合，形成混合解決方案被廣泛應用。

審核編輯 黃宇