信道探测开启精准定位时代，芯片厂商加速跟进

电子发烧友网报道（文/莫婷婷）2024年9月，蓝牙技术联盟宣布推出蓝牙信道探测（Channel Sounding），其技术优势是可以在两个蓝牙设备之间实现安全、精细的测距，为蓝牙数字钥匙等蓝牙设备提供更高的准确性和安全性。

凭借其技术优势蓝牙信道探测技术有着广阔的应用潜力，可以应用在寻物防丢、数字钥匙、智能制造、室内导航等多个应用场景。目前，已有多家芯片厂商都在推进蓝牙信道探测技术的解决方案，包括TI、芯科科技、高通、NXP、英飞凌、博通、泰凌、汇顶科技等。


信道探测具备更高的安全性，多天线能够提升测距精准度

蓝牙拥有设备定位功能组合，蓝牙信道探测是蓝牙定位功能组合中的最新成员，让蓝牙定位技术从寻向定位延伸至精密测距。

不同的蓝牙定位技术有不同的特性。蓝牙技术联盟技术市场总监 Damon Barnes介绍了蓝牙信道探测、RSSI、寻向定位、广播这四大蓝牙功能的具体性能。

蓝牙信道探测用于测量设备距离，可提供±20厘米精度的精密测距。通常来说，信道探测要求设备相互连接。

RSSI同样具备设备距离功能，但是测量精度会随着设备之间距离的增加。且与蓝牙信道探测不一样的是，RSSI可以在设备没有相互连接的情况下使用。

寻向功能确定的是设备方向，其性能指标是度，通常是±5°，寻向可以在设备相互连接时使用，也可以在无连接情况下使用。蓝牙广播用于确定设备当前是否位于某个地点或场所，广播可用于确定距离超过100米的设备是否存在，无需连接即可使用。

蓝牙信道探测具备精准度、安全性、互联互通的优势。在精密测距功能方面，蓝牙信道探测融合了相位测距（PBR）和往返时间（RTT）方案，支持72个伪随机跳频信道，实现了安全、准确距离测量。

使用PBR的方法时，启动器（例如智能手机等）可以选择自己的频段，比如频段1 它向反射器设备发送信号，反射器返回信号，然后通信信道的相位和振幅就能够被测量到，在多个频率上重复交换信号，设备之间的距离可以被计算出来，根据这些频率上发射和接收信号的相位差。

RTT是蓝牙信道探测的辅助测距方法，启动设备向反射设备发送加密加扰数据包，反射设备返回数据包，设备之间的距离可以通过数据包来回传输的时间计算。Damon Barnes表示，RTT可用于对抗复杂的中间人中继攻击。

RTT测距原理（图源：蓝牙技术联盟）

蓝牙信道探测具有很大的灵活性，支持多根天线和最多四条路径，能提高整个信号的质量。Damon Barnes介绍，支持多天线具备三大好处，一是可以提高距离测量的准确性；二是提供备用路径选项(干扰缓解)；三是当有反射时，有助于更好地区分最短路径。

恩智浦半导体低功耗蓝牙系统工程经理张清刚分享了一组测试数据：在一个具有很多反射体的会议室里，评估了单天线和多天线情况下的测距精度。在这项测试中，采用单天线在复杂环境里测试精度是很难保证的，90%以上的测距精度是在 5.5 米以上。在采用了双天线后，它的测距精度可以在一米之内。可以明显看到双天线可以显著地提高蓝牙信道探测的测距精度。

图源：NXP

但是从功耗上看，单天线的功耗会低一些，双天线的功耗会比较高，因为它测试的时间比较长。因此，是选择单天线的方案还是多天线的方案，需要根据实际应用场景来选择，如果面向复杂应用，多天线会是一个很好的选项；如果对功耗的要求非常高的话，那么可以选择单天线。


NXP、汇顶科技、芯科科技的芯片方案

蓝牙信道探测在正式规范发布前，业界的芯片供应商、手机、汽车厂商已经形成完整的供应链，其中芯片厂商包括TI、高通、恩智浦、英飞凌、博通、泰凌等。

NXP推出了第四代低功耗蓝牙芯片KW 47，支持蓝牙 6.0 标准和信道探测，带有定位计算引擎 (LCE)，采用96MHz Arm Cortex-M33内核，独立的无线子系统具有专用内核和存储器。

与上一代 KW45相比，KW47最大的区别是有自己的硬件引擎，能实现更快地测距，工作温度可以到 125 度，支持到 CCC 3.0标准、AEC-Q100等。

NXP、汇顶科技都正在推动信道探测技术在汽车数字钥匙领域的应用。张清刚表示，为了实现基于信道探测的一对多测距， NXP推出了Connection Handover的解决方案来实现一对多测距。该方案基于RSSI或其他标准，使用一个锚建立BLE链接。

据了解，汇顶科技正在研发的GR5410、GR5310均能支持Channel Sounding，带有丰富的外设接口选择，例如CAN-FD,UART等，还支持Secure Boot、Secure debug。TI的CC2340R5同样支持Channel Sounding，还支持蓝牙5.3协议栈，支持2Mbps的物理层速率；+8dBm发射功率，内置了丰富的外设接口。

芯科科技推出的BG24蓝牙SoC也已经支持蓝牙信道探测，具备低功耗、小型化等特性，睡眠功耗可以低至1.3μA。官方介绍，通过支持蓝牙测向功能（包括到达角和信道探测技术），BG24可以确定来自多个天线的输入信号的方向和距离，实现精确定位。

不过Channel Sounding在测量只是把相位时间和相位差测试出来，但是没有具体到实际的测试距离，蓝牙技术联盟的规格中也没有提到距离测量算法建议和优化。芯科科技主任现场应用工程师周耀军指出，怎么把这两个时间和相位差转换成我们能观察到的距离，这部分没有规定，这部分规定是由各个方案提供商所提供的规定，这也是Channel Sounding方案的有所差异的原因之一。