從 “模糊” 到 “精準”，藍牙6.0憑什么實現厘米級定位？

藍牙6.0是藍牙技術聯盟（Bluetooth SIG）最新推出的核心規(guī)范，而藍牙信道探測（Channel Sounding）則是該規(guī)范中最重要的一項創(chuàng)新功能，可廣泛應用在室內定位，距離檢測及靠近感應等應用場景中。藍牙信道探測是專為提高藍牙設備測距的準確性與安全性而設計，不同于粗略測距的傳統接收信號強度指示（RSSI）方法，藍牙信道探測是一種更為精密的測距功能。

現階段，藍牙技術已經成為人們生活中不可分割的一部分，每天都有數十億的藍牙設備運行在廣闊的物聯網領域之中，而藍牙信道探測功能的出現則可為這些藍牙設備帶來“厘米級”的距離感知能力與定位能力。在未來，藍牙設備之間不僅能更精確地、安全地探測到彼此之間的相對位置，為開發(fā)人員和用戶創(chuàng)造更多可能性，還將有望推動藍牙技術進入全新的應用時代，釋放物聯網的更多潛力。

藍牙6.0，如何實現“厘米級”的距離感知能力？

藍牙技術聯盟方面表示，藍牙信道探測功能主要使用兩種經過驗證的測距方法，即基于相位的測距（PBR）和往返時間（RTT），以便在藍牙連接的設備之間實現安全、精細的測距。

藍牙信道探測利用基于相位的測距 （PBR） 來實現兩個設備之間的精確距離測量。在 PBR 中，發(fā)起方設備向反射器設備發(fā)送信號，反射器設備返回該信號。此過程在多個頻率中重復。設備之間的距離是根據這些頻率上發(fā)射和接收信號之間的相位差計算的。

用于高精度距離測量的基于相位的測距（PBR）

藍牙信道探測還采用了一種稱為往返時間 （RTT） 的輔助測距方法，作為對抗復雜的中間人 （MITM） 中繼攻擊的對策。在 RTT 中，發(fā)起方設備將加密加擾的數據包發(fā)送到反射器設備，后者返回數據包。然后，根據數據包來回傳輸所花費的時間計算設備之間的距離。

安全距離邊界的往返時間（RTT）

RTT 作為一種安全的距離邊界技術，提供獨立的距離測量來交叉檢查PBR測量，從而可顯著降低MITM攻擊的風險。

藍牙信道探測應用程序與藍牙協議棧

綜上所述，通過結合PBR和RTT，藍牙信道探測功能可在藍牙設備之間實現安全精確的測距。在信道探測過程中，發(fā)起者通過指定的2.4 GHz信道發(fā)送載波信號或數據包，反射者則通過將數據發(fā)回給發(fā)起者來進行響應。數據包的往返時間以及發(fā)送和接收的載波信號之間的相位差都可以用來確定距離。

藍牙技術聯盟表示，從測試情況看，藍牙信道探測功能可實現100米的測量距離，且精度誤差可以做到在±50厘米以內；而在距離小于5米時，甚至可以將精度誤差做到接近10厘米以內。

可以預期，在此“厘米級”的距離感知能力下，藍牙信道探測功能將會為工業(yè)、家庭和零售等行業(yè)帶來諸多交互上的革新應用。例如：汽車和房屋的無鑰匙進入以及基于地理圍欄的安全策略，在用戶接近時，為獲得正確授權的用戶開門；如果用戶在敏感區(qū)域停留太長時間，則會發(fā)出警報。藍牙鼠標、鍵盤和游戲控制器可以根據它們與智能手機、平板電腦或筆記本電腦的距離自動在活動與非活動狀態(tài)之間切換。

藍牙6.0，如何實現“厘米級”的定位能力？

定位技術有著非常廣泛的應用，例如在全球范圍內普遍使用的GPS。然而，GPS在室內環(huán)境下并不能很好地工作，因此需要有一種切實可行的室內定位技術，可以使用追蹤系統來追蹤目標物體的具體位置或方向，或者讓設備自行追蹤目標物體在室內環(huán)境中的位置。

而藍牙信道探測功能通過與藍牙5.1所支持的測向功能（到達角（AoA）、出發(fā)角（AoD））配合使用，現已可在室內實現“厘米級”的定位功能，其允許在彼此無線覆蓋范圍內的兩臺設備以安全、準確的方式確定它們之間的距離，這極大地增強了低功耗藍牙中已經存在的位置服務和定位功能。

在到達角（AoA）方法中，多個接收器會陣列設置，單個發(fā)射器發(fā)射的無線電波將以不同的相位到達不同的接收器天線。通過采集從不同天線上所接收到信號的相位差，就可以計算出無線電波的方向。而由于無線電波的入射角度是相對于接收器確定的，因此這種技術被稱之為到達角（AoA）。

使用 AoA 和 AoD 進行測向

在出發(fā)角（AoD）方法中，多個發(fā)射器會陣列設置，并以相同的初始相位發(fā)射無線電波，而單個接收器則可以測量不同入射波的相位差，從而計算出線電波的方向。而由于無線電波的入射角度是相對于發(fā)射器確定的，因此這種技術被稱之為出發(fā)角（AoD）。

可以預期，在此“厘米級”的定位能力以及龐大的藍牙生態(tài)下，藍牙信道探測功能將有望被廣泛應用于室內環(huán)境中的物品管理、物品追蹤與寵物追蹤等領域。例如：當家中的小型設備如遙控器、鑰匙、耳機等丟失時，可通過手機等設備利用藍牙6.0信道探測功能快速定位其位置。

基于對未來藍牙測距與定位市場的樂觀預期，華普微將于近期推出一款全新升級的藍牙6.0高精度測距模組HM-BT2401DA。目前，該模組的樣品研發(fā)及測試驗證工作已接近完成，產品即將上市，敬請期待。

HM-BT2401DA是一款基于新一代高性能、超低功耗藍牙6.0芯片，具備“厘米級”測距與定位能力的藍牙模組，可廣泛應用在需要位置或距離測試的應用場景，包含室內定位，距離檢測，及靠近感應等應用。HM-BT2401DA采用32位78MHz ARM Cortex?-M33內核，片上集成258KB SRAM、1536KB FLASH，集成先進射頻收發(fā)器，內置AI/ML硬件加速器，搭載雙PCB天線，支持無線數據透傳功能，可快速實現藍牙主從設備之間的連接通信。

可以明確的是，藍牙高精度測距模組具有顯著的商業(yè)價值，能夠滿足多個行業(yè)對精確定位、低成本、低功耗的需求。展望未來，隨著藍牙技術的不斷成熟與市場需求的持續(xù)增長，藍牙高精度測距模組將在物聯網、智能制造、資產管理等領域中發(fā)揮更加重要的作用。

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