基于相位测距(PBR)、往返时间(RTT)或两者并用,精确测量两台低功耗蓝牙连接设备之间的距离。可用于从智能门锁和门禁系统到资产追踪和管理的各个领域,提高地理围栏、门锁、物品追踪等应用的准确性和可靠性。
蓝牙信道检测技术(ChannelSounding)是蓝牙标准演进中的关键技术,旨在通过测量信道状态信息优化通信性能。
早期阶段(蓝牙4.0及之前)以接收信号强度指示(RSSI)为基础,通过信号衰减估算距离,精度约3-5米,主要用于“查找我”等基础定位功能。此时跳频技术以固定序列为主,抗干扰能力有限。
蓝牙5.0测向技术引入,增加到达角(AoA)和出发角(AoD)技术,结合三角定位实现亚米级精度,但依赖复杂天线阵列,硬件成本较高。
2024年发布的蓝牙6.0将信道探测作为核心功能,通过标准化协议实现双向高精度测距,支持基于相位的测距(PBR)和往返时间(RTT),精度达±50厘米,并内置安全机制抵御中继攻击。
一、技术原理
1.核心方法
基于相位的测距(PBR):通过比较设备间信号相位差计算距离,利用多信道重复测量提升精度。
往返时间(RTT):测量信号从发起者到反射者再返回的时间,结合飞行时间(ToF)补偿时钟差异,实现距离估算。
多天线支持:支持最多4条天线路径和8种天线组合,减少多径效应影响。
2.流程与机制
发起者发送信号,反射者回传并保持相位不变,双方通过加密数据包交换相位和时间信息。采用分布式随机位生成器(DRBG)随机化信道选择和数据载荷,确保安全性。
3.与其他技术结合
可与AoA/AoD结合,通过定向天线进一步提升定位精度,适用于复杂室内环境。
二、技术特点
1.高精度
露天环境下精度达±50厘米,复杂室内环境优于RSSI和AoA/AoD,能有效应对多径干扰。
2.低功耗与低成本
无需额外硬件(如UWB芯片),功耗与常规蓝牙传输相当,适合电池供电设备。
3.高安全性
加密连接和随机化处理抵御中间人攻击,标准化协议确保互操作性。
4.灵活性与扩展性
支持72个信道和多天线配置,可根据场景调整精度、延迟和功耗。
三、不足之处
1.复杂环境限制
多径效应可能影响相位测量精度,尤其在金属反射或密集障碍物场景。
2.硬件依赖
多天线支持需特定硬件设计,增加部分设备成本。
3.与UWB的差距
虽然成本低,但精度(±50厘米)仍不及UWB的厘米级。
4.检测延迟
多信道测量和加密处理可能导致测距延迟,影响实时性要求高的场景。
四、应用场景
1.高精度定位与追踪
工业与仓储:资产追踪、库存管理,提升物流效率。
消费电子:宠物项圈、行李标签,实现精准查找。
实时体育:运动员动作捕捉和健身设备追踪。
2.安全与门禁控制
汽车数字钥匙:通过测距验证用户接近,防止中继攻击,减少天线数量。
智能锁:结合地理围栏实现无钥匙进入,提升安全性。
3.物联网与智能家居
室内导航:商场、医院等场所的路径指引,结合电子货架标签(ESL)优化体验。
设备网络优化:根据信道质量动态调整Mesh网络路由,提升稳定性。
4.医疗与健康
可穿戴设备实时监测用户位置,辅助远程医疗和跌倒检测。
结言
蓝牙信道探测技术通过标准化协议和创新测距方法,在精度、安全性和成本间取得平衡,成为物联网和消费电子领域的关键技术。随着蓝牙6.0的普及,其应用场景将进一步扩展,尤其在需要高精度、低功耗和高安全性的场景中展现优势。