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

直至不久前，藍(lán)牙技術(shù)僅能大致估算兩個設(shè)備之間的距離。若需更高的精度，即所謂的“精細(xì)測距”，設(shè)計工程師不得不轉(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)牙無線電模塊，即可實現(xiàn)準(zhǔn)確且安全的距離測量，將極大地惠及系統(tǒng)設(shè)計師，簡化設(shè)計并降低成本。

藍(lán)牙通道探測（CS）技術(shù)通過在鏈路層、主控制器接口，尤其是物理層（PHY）的增強(qiáng)，實現(xiàn)了這一能力，確保了精細(xì)測距的準(zhǔn)確性和安全距離測量。接下來，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量功能的藍(lán)牙低功耗設(shè)備測試的重要性。

PART.01 藍(lán)牙在距離估算上的局限性

十余年來，藍(lán)牙設(shè)備一直采用接收信號強(qiáng)度指示（RSSI）來估算距離——兩個設(shè)備相距越遠(yuǎn)，信號越弱。然而，RSSI的準(zhǔn)確測量范圍僅限于大約三到五米內(nèi)。這對于安全訪問控制、精確實時定位和資產(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)是其信號本身相對不安全，這導(dǎo)致了所謂的“中繼攻擊”。在這種攻擊中，用戶鑰匙扣的信號被捕獲，并由另一靠近車輛的設(shè)備重新發(fā)送，從而解鎖并盜取車輛。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)牙通道探測技術(shù)的登場

為克服這些挑戰(zhàn)，業(yè)界轉(zhuǎn)向了藍(lán)牙CS技術(shù)，以期將測距精度提升至亞米級別（約50厘米），同時確保比以往的藍(lán)牙低功耗實現(xiàn)更高的信號安全性。2024年9月，通道探測技術(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)來準(zhǔn)確測量距離：基于相位的測距（PBR）和飛行時間（ToF）。

PBR的原理在于，射頻信號（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，第一個設(shè)備（即“發(fā)起者”）向第二個設(shè)備（即“反射者”）發(fā)送信號。隨后，反射者向發(fā)起者發(fā)送類似的回傳信號。

兩個設(shè)備分別測量接收信號相對于其本地振蕩器的相位。測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：基于相位的測距（PBR）

那么，為何還需測量飛行時間呢？原因在于，相位每2π弧度會“翻轉(zhuǎn)”，使得難以區(qū)分距離相差整數(shù)倍信號波長的兩個點。例如，波長為150米的藍(lán)牙信號在單程75米處會翻轉(zhuǎn)，因此PBR無法區(qū)分距離為xm和x+75m的兩個設(shè)備。黑客通過延遲信號，可使設(shè)備顯得比實際更近。

為解決這一問題，藍(lán)牙CS利用ToF來優(yōu)化PBR的測量結(jié)果。兩個設(shè)備通過交換數(shù)據(jù)包來測量傳播通道的往返時間（RTT），這提供了第二個測量值，用于驗證PBR所得的距離。

圖2：飛行時間（ToF）

PART.03 藍(lán)牙通道探測與超寬帶的對比

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

相比之下，藍(lán)牙的優(yōu)勢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)用于汽車鑰匙扣的數(shù)字訪問、倉庫資產(chǎn)追蹤、個人物品查找，并正考慮用于汽車內(nèi)的兒童存在檢測。而藍(lán)牙CS則可用于零售業(yè)的超個性化營銷、制造現(xiàn)場或醫(yī)療保健中的患者監(jiān)測。事實上，有些設(shè)備同時采用這兩種技術(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)距離粗略測距，同時依賴超寬帶進(jìn)行精細(xì)定位。

PART.04 LitePoint的藍(lán)牙通道探測測試解決方案

LitePoint的IQxel系列測試儀支持藍(lán)牙CS的物理層測量。從物理層角度來看，測試重點主要圍繞相位、頻率和功率測量，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。盡管這聽起來似乎直截了當(dāng)，但這些測試用例必須在不同的符號率和通道探測模式下運(yùn)行，以驗證設(shè)備作為發(fā)起者和反射器時的性能。因此，擁有一款能夠提供簡單界面以無縫自動化這些測試用例并循環(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，過渡到模塊開發(fā)和最終產(chǎn)品制造時尤為有用。在這些階段，IQfact+利用LitePoint測試儀資源，實現(xiàn)多設(shè)備測試，從而優(yōu)化和簡化生產(chǎn)過程。

結(jié)論

憑借新的通道探測功能，藍(lán)牙距離測量的準(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)測距應(yīng)用，同時保持低功耗，且無需為距離測量而額外添加技術(shù)所帶來的復(fù)雜性和成本。

與任何新技術(shù)一樣，對藍(lán)牙CS進(jìn)行穩(wěn)健且準(zhǔn)確的測試至關(guān)重要。LitePoint在藍(lán)牙測試領(lǐng)域的獨特優(yōu)勢使我們能夠為廣受歡迎的IQxel-MW7G系列測試解決方案增添對藍(lán)牙CS的支持。請訪問我們的產(chǎn)品頁面，了解更多信息。