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用蓝牙实现厘米级定位！蓝牙6.0通道探测功能已到来！

EETOP · 公众号 · 硬件 · 2024-09-24 11:30

正文

关于蓝牙6.0通道探测测距，在一年前，就已经在讨论了。如今，蓝牙技术联盟（Bluetooth SIG）刚刚批准了这项新标准，正是时候提醒大家这项新功能能够带来什么。蓝牙核心规范6.0版中引入的通道探测技术，能显著提高基于蓝牙的距离测量精度，将误差从大约3-5米缩小到约30-50厘米。通道探测为无钥匙进入、查找我的设备及其他应用提供了全新、更高效且更安全的选项。

为什么我们需要新的测距标准？

蓝牙无处不在，并且已经通过接收信号强度指示（RSSI）提供了测距支持。这是否意味着我们不需要新标准和新设备？难道我们不能继续使用现有的技术吗？RSSI非常简单，只需测量发射器信号强度的衰减即可。然而，衰减不仅取决于距离，还受到障碍物和衍射的影响。虽然多个信标可以帮助提高零售或医院等场景下的精度，但对于无钥匙汽车进入等个人应用来说，这样的解决方案显然并不奏效。

蓝牙5.1中引入的到达角（AoA）和离开角（AoD）测量技术，可以通过三角法细化来提高精度，但这需要在接收器或发射器上安装多个天线。而且，这些方法同样会受到接收器与发射器之间路径周围表面反射引起的多径传播的影响。

相比之下，蓝牙6.0的通道探测技术则采用基于相位的测距方法。一个设备向另一个设备发送正弦波，后者再将相同的信号发送回原始设备。初始信号与接收信号之间的相位差提供了相当精确的距离测量。更好的是，障碍物反射的信号会比直接返回的信号传播路径更长，表现出更大的相位偏移，从而在距离估计中易于忽略。

在发起方和反射器之间交换的 CS SYNC 数据包

另一方面，超宽带（UWB）技术非常准确，能够提供厘米级甚至更高的定位精度。但权衡之下，UWB需要额外的特定媒体访问控制（MAC）、调制解调器和无线电（可以是集成或单独的芯片组），这增加了设备的材料成本（鉴于设备出于其他原因也需要支持蓝牙）。而且，UWB比蓝牙更耗电，除非在绝对必要时使用，否则会更快地耗尽电池。

是否存在最佳解决方案？

一种想法可能是将RSSI方法用于大致测距，而将UWB用于近距离的精确测距。但这里存在两个问题。首先，较早版本的蓝牙易受中继攻击。在原始的测距尝试中，攻击者可以拦截蓝牙通信并将其中继到另一个设备，如果未使用UWB增加安全性，则可能允许他们打开你的车门。

第二个问题是在某些条件下的功耗问题。假设你的车停在前门附近，而你的车钥匙就在门内的桌子上，处于车的可接收范围内。不难想象，你的钥匙扣会不断尝试与汽车通信，触发UWB测距会话，从而迅速耗尽钥匙扣的电池。

许多人认为，实际应用必须依赖于多种方法的结合。推动UWB发展的FiRa联盟以及汽车连接联盟（CCC）都支持这一方向。一个建议是，在大约30米范围内使用RSSI进行初步粗略估计。然后，当你靠近时，它会切换到信道探测。在此阶段，它可以交换凭证以首次建立安全连接，并在驾驶者接近汽车时进一步细化RSSI估计。在更近的范围内，UWB可以进一步精确估算。

这些方法之间的切换当然应该对用户透明，并且应该进行调整以避免在不需要时不必要地开启UWB。优化这些选择是产品制造商可以与提供所有三个选项的供应商合作以实现差异化的领域。

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