距離測(cè)量的能力在眾多應(yīng)用中具有極高的實(shí)用性。例如，它能通過(guò)確保鑰匙或授權(quán)用戶(hù)處于指定距離內(nèi)，為數(shù)字鑰匙增添安全保障，從而解鎖門(mén)禁。

直至不久前，藍(lán)牙技術(shù)僅能大致估算兩個(gè)設(shè)備之間的距離。若需更高的精度，即所謂的“精細(xì)測(cè)距”，設(shè)計(jì)工程師不得不轉(zhuǎn)向其他技術(shù)，如超寬帶（UWB）。

如今，藍(lán)牙已近乎成為電子產(chǎn)品的標(biāo)配。若能僅利用設(shè)備內(nèi)置的藍(lán)牙無(wú)線電模塊，即可實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確且安全的距離測(cè)量，將極大地惠及系統(tǒng)設(shè)計(jì)師，簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)并降低成本。

藍(lán)牙通道探測(cè)（CS）技術(shù)通過(guò)在鏈路層、主控制器接口，尤其是物理層（PHY）的增強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)了這一能力，確保了精細(xì)測(cè)距的準(zhǔn)確性和安全距離測(cè)量。接下來(lái)，讓我們一同審視藍(lán)牙技術(shù)的傳統(tǒng)短板，探討藍(lán)牙CS的工作原理，并深入了解基于這一新型距離測(cè)量功能的藍(lán)牙低功耗設(shè)備測(cè)試的重要性。

PART.01 藍(lán)牙在距離估算上的局限性

十余年來(lái)，藍(lán)牙設(shè)備一直采用接收信號(hào)強(qiáng)度指示（RSSI）來(lái)估算距離——兩個(gè)設(shè)備相距越遠(yuǎn)，信號(hào)越弱。然而，RSSI的準(zhǔn)確測(cè)量范圍僅限于大約三到五米內(nèi)。這對(duì)于安全訪問(wèn)控制、精確實(shí)時(shí)定位和資產(chǎn)追蹤等要求精度低于一米的應(yīng)用而言，顯然力不從心。

RSSI面臨的另一挑戰(zhàn)是其信號(hào)本身相對(duì)不安全，這導(dǎo)致了所謂的“中繼攻擊”。在這種攻擊中，用戶(hù)鑰匙扣的信號(hào)被捕獲，并由另一靠近車(chē)輛的設(shè)備重新發(fā)送，從而解鎖并盜取車(chē)輛。盡管額外的安全檢查和加密措施能提供幫助，但使用藍(lán)牙的這種方式已被證明其安全性顯著低于UWB。

PART.02 藍(lán)牙通道探測(cè)技術(shù)的登場(chǎng)

為克服這些挑戰(zhàn)，業(yè)界轉(zhuǎn)向了藍(lán)牙CS技術(shù)，以期將測(cè)距精度提升至亞米級(jí)別（約50厘米），同時(shí)確保比以往的藍(lán)牙低功耗實(shí)現(xiàn)更高的信號(hào)安全性。2024年9月，通道探測(cè)技術(shù)正式被納入藍(lán)牙6.0規(guī)范。

藍(lán)牙CS采用兩種技術(shù)來(lái)準(zhǔn)確測(cè)量距離：基于相位的測(cè)距（PBR）和飛行時(shí)間（ToF）。

PBR的原理在于，射頻信號(hào)（如藍(lán)牙）的相位與載波頻率和傳輸距離成正比。在藍(lán)牙CS中，第一個(gè)設(shè)備（即“發(fā)起者”）向第二個(gè)設(shè)備（即“反射者”）發(fā)送信號(hào)。隨后，反射者向發(fā)起者發(fā)送類(lèi)似的回傳信號(hào)。

兩個(gè)設(shè)備分別測(cè)量接收信號(hào)相對(duì)于其本地振蕩器的相位。測(cè)量在不同跳頻通道上進(jìn)行，并結(jié)合用于最終的距離估算。

圖1：基于相位的測(cè)距（PBR）

那么，為何還需測(cè)量飛行時(shí)間呢？原因在于，相位每2π弧度會(huì)“翻轉(zhuǎn)”，使得難以區(qū)分距離相差整數(shù)倍信號(hào)波長(zhǎng)的兩個(gè)點(diǎn)。例如，波長(zhǎng)為150米的藍(lán)牙信號(hào)在單程75米處會(huì)翻轉(zhuǎn)，因此PBR無(wú)法區(qū)分距離為xm和x+75m的兩個(gè)設(shè)備。黑客通過(guò)延遲信號(hào)，可使設(shè)備顯得比實(shí)際更近。

為解決這一問(wèn)題，藍(lán)牙CS利用ToF來(lái)優(yōu)化PBR的測(cè)量結(jié)果。兩個(gè)設(shè)備通過(guò)交換數(shù)據(jù)包來(lái)測(cè)量傳播通道的往返時(shí)間（RTT），這提供了第二個(gè)測(cè)量值，用于驗(yàn)證PBR所得的距離。

圖2：飛行時(shí)間（ToF）

PART.03 藍(lán)牙通道探測(cè)與超寬帶的對(duì)比

超寬帶因其作為最準(zhǔn)確且安全的精細(xì)測(cè)距技術(shù)而廣受歡迎，它利用ToF測(cè)量來(lái)計(jì)算距離。超寬帶擁有500兆赫的寬廣帶寬，意味著信號(hào)脈沖極短——僅幾納秒——從而實(shí)現(xiàn)優(yōu)于10厘米的精度。

相比之下，藍(lán)牙的優(yōu)勢(shì)在于其幾乎普及于所有電子設(shè)備，如智能手機(jī)，并且功耗低于超寬帶。盡管如此，這兩種技術(shù)各有千秋，將應(yīng)用于不同場(chǎng)景。超寬帶憑借其強(qiáng)大的安全特性，正被迅速應(yīng)用于汽車(chē)鑰匙扣的數(shù)字訪問(wèn)、倉(cāng)庫(kù)資產(chǎn)追蹤、個(gè)人物品查找，并正考慮用于汽車(chē)內(nèi)的兒童存在檢測(cè)。而藍(lán)牙CS則可用于零售業(yè)的超個(gè)性化營(yíng)銷(xiāo)、制造現(xiàn)場(chǎng)或醫(yī)療保健中的患者監(jiān)測(cè)。事實(shí)上，有些設(shè)備同時(shí)采用這兩種技術(shù)將大有裨益。例如，混合設(shè)置可利用藍(lán)牙CS進(jìn)行低功耗的遠(yuǎn)距離粗略測(cè)距，同時(shí)依賴(lài)超寬帶進(jìn)行精細(xì)定位。

PART.04 LitePoint的藍(lán)牙通道探測(cè)測(cè)試解決方案

LitePoint的IQxel系列測(cè)試儀支持藍(lán)牙CS的物理層測(cè)量。從物理層角度來(lái)看，測(cè)試重點(diǎn)主要圍繞相位、頻率和功率測(cè)量，包括但不限于相位穩(wěn)定性、信噪比輸出控制、射頻掩碼測(cè)試、調(diào)制特性以及發(fā)射器和接收器兩側(cè)的頻率偏移。盡管這聽(tīng)起來(lái)似乎直截了當(dāng)，但這些測(cè)試用例必須在不同的符號(hào)率和通道探測(cè)模式下運(yùn)行，以驗(yàn)證設(shè)備作為發(fā)起者和反射器時(shí)的性能。因此，擁有一款能夠提供簡(jiǎn)單界面以無(wú)縫自動(dòng)化這些測(cè)試用例并循環(huán)運(yùn)行的工具至關(guān)重要。

LitePoint提供了IQfact+軟件工具，這在我們超越研發(fā)工具階段，過(guò)渡到模塊開(kāi)發(fā)和最終產(chǎn)品制造時(shí)尤為有用。在這些階段，IQfact+利用LitePoint測(cè)試儀資源，實(shí)現(xiàn)多設(shè)備測(cè)試，從而優(yōu)化和簡(jiǎn)化生產(chǎn)過(guò)程。

結(jié)論

憑借新的通道探測(cè)功能，藍(lán)牙距離測(cè)量的準(zhǔn)確性將大幅提升。這將助力安全、設(shè)備定位和資產(chǎn)追蹤等精細(xì)測(cè)距應(yīng)用，同時(shí)保持低功耗，且無(wú)需為距離測(cè)量而額外添加技術(shù)所帶來(lái)的復(fù)雜性和成本。

與任何新技術(shù)一樣，對(duì)藍(lán)牙CS進(jìn)行穩(wěn)健且準(zhǔn)確的測(cè)試至關(guān)重要。LitePoint在藍(lán)牙測(cè)試領(lǐng)域的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)使我們能夠?yàn)閺V受歡迎的IQxel-MW7G系列測(cè)試解決方案增添對(duì)藍(lán)牙CS的支持。請(qǐng)?jiān)L問(wèn)我們的產(chǎn)品頁(yè)面，了解更多信息。