蓝牙通道探测技术的工作原理

距离测量的能力在众多应用中具有极高的实用性。例如，它能通过确保钥匙或授权用户处于指定距离内，为数字钥匙增添安全保障，从而解锁门禁。

直至不久前，蓝牙技术仅能大致估算两个设备之间的距离。若需更高的精度，即所谓的“精细测距”，设计工程师不得不转向其他技术，如超宽带（UWB）。

如今，蓝牙已近乎成为电子产品的标配。若能仅利用设备内置的蓝牙无线电模块，即可实现准确且安全的距离测量，将极大地惠及系统设计师，简化设计并降低成本。

蓝牙通道探测（CS）技术通过在链路层、主控制器接口，尤其是物理层（PHY）的增强，实现了这一能力，确保了精细测距的准确性和安全距离测量。接下来，让我们一同审视蓝牙技术的传统短板，探讨蓝牙CS的工作原理，并深入了解基于这一新型距离测量功能的蓝牙低功耗设备测试的重要性。

PART.01 蓝牙在距离估算上的局限性

十余年来，蓝牙设备一直采用接收信号强度指示（RSSI）来估算距离——两个设备相距越远，信号越弱。然而，RSSI的准确测量范围仅限于大约三到五米内。这对于安全访问控制、精确实时定位和资产追踪等要求精度低于一米的应用而言，显然力不从心。

RSSI面临的另一挑战是其信号本身相对不安全，这导致了所谓的“中继攻击”。在这种攻击中，用户钥匙扣的信号被捕获，并由另一靠近车辆的设备重新发送，从而解锁并盗取车辆。尽管额外的安全检查和加密措施能提供帮助，但使用蓝牙的这种方式已被证明其安全性显著低于UWB。

PART.02 蓝牙通道探测技术的登场

为克服这些挑战，业界转向了蓝牙CS技术，以期将测距精度提升至亚米级别（约50厘米），同时确保比以往的蓝牙低功耗实现更高的信号安全性。2024年9月，通道探测技术正式被纳入蓝牙6.0规范。

蓝牙CS采用两种技术来准确测量距离：基于相位的测距（PBR）和飞行时间（ToF）。

PBR的原理在于，射频信号（如蓝牙）的相位与载波频率和传输距离成正比。在蓝牙CS中，第一个设备（即“发起者”）向第二个设备（即“反射者”）发送信号。随后，反射者向发起者发送类似的回传信号。

两个设备分别测量接收信号相对于其本地振荡器的相位。测量在不同跳频通道上进行，并结合用于最终的距离估算。

图1：基于相位的测距（PBR）

那么，为何还需测量飞行时间呢？原因在于，相位每2π弧度会“翻转”，使得难以区分距离相差整数倍信号波长的两个点。例如，波长为150米的蓝牙信号在单程75米处会翻转，因此PBR无法区分距离为xm和x+75m的两个设备。黑客通过延迟信号，可使设备显得比实际更近。

为解决这一问题，蓝牙CS利用ToF来优化PBR的测量结果。两个设备通过交换数据包来测量传播通道的往返时间（RTT），这提供了第二个测量值，用于验证PBR所得的距离。

图2：飞行时间（ToF）

PART.03 蓝牙通道探测与超宽带的对比

超宽带因其作为最准确且安全的精细测距技术而广受欢迎，它利用ToF测量来计算距离。超宽带拥有500兆赫的宽广带宽，意味着信号脉冲极短——仅几纳秒——从而实现优于10厘米的精度。

相比之下，蓝牙的优势在于其几乎普及于所有电子设备，如智能手机，并且功耗低于超宽带。尽管如此，这两种技术各有千秋，将应用于不同场景。超宽带凭借其强大的安全特性，正被迅速应用于汽车钥匙扣的数字访问、仓库资产追踪、个人物品查找，并正考虑用于汽车内的儿童存在检测。而蓝牙CS则可用于零售业的超个性化营销、制造现场或医疗保健中的患者监测。事实上，有些设备同时采用这两种技术将大有裨益。例如，混合设置可利用蓝牙CS进行低功耗的远距离粗略测距，同时依赖超宽带进行精细定位。

PART.04 LitePoint的蓝牙通道探测测试解决方案

LitePoint的IQxel系列测试仪支持蓝牙CS的物理层测量。从物理层角度来看，测试重点主要围绕相位、频率和功率测量，包括但不限于相位稳定性、信噪比输出控制、射频掩码测试、调制特性以及发射器和接收器两侧的频率偏移。尽管这听起来似乎直截了当，但这些测试用例必须在不同的符号率和通道探测模式下运行，以验证设备作为发起者和反射器时的性能。因此，拥有一款能够提供简单界面以无缝自动化这些测试用例并循环运行的工具至关重要。

LitePoint提供了IQfact+软件工具，这在我们超越研发工具阶段，过渡到模块开发和最终产品制造时尤为有用。在这些阶段，IQfact+利用LitePoint测试仪资源，实现多设备测试，从而优化和简化生产过程。

结论

凭借新的通道探测功能，蓝牙距离测量的准确性将大幅提升。这将助力安全、设备定位和资产追踪等精细测距应用，同时保持低功耗，且无需为距离测量而额外添加技术所带来的复杂性和成本。

与任何新技术一样，对蓝牙CS进行稳健且准确的测试至关重要。LitePoint在蓝牙测试领域的独特优势使我们能够为广受欢迎的IQxel-MW7G系列测试解决方案增添对蓝牙CS的支持。请访问我们的产品页面，了解更多信息。