原创 从 “模糊” 到 “精准”，蓝牙6.0凭什么实现厘米级定位？

蓝牙6.0是蓝牙技术联盟（Bluetooth SIG）最新推出的核心规范，而蓝牙信道探测（Channel Sounding）则是该规范中最重要的一项创新功能，可广泛应用在室内定位，距离检测及靠近感应等应用场景中。蓝牙信道探测是专为提高蓝牙设备测距的准确性与安全性而设计，不同于粗略测距的传统接收信号强度指示（RSSI）方法，蓝牙信道探测是一种更为精密的测距功能。

现阶段，蓝牙技术已经成为人们生活中不可分割的一部分，每天都有数十亿的蓝牙设备运行在广阔的物联网领域之中，而蓝牙信道探测功能的出现则可为这些蓝牙设备带来“厘米级”的距离感知能力与定位能力。在未来，蓝牙设备之间不仅能更精确地、安全地探测到彼此之间的相对位置，为开发人员和用户创造更多可能性，还将有望推动蓝牙技术进入全新的应用时代，释放物联网的更多潜力。

蓝牙6.0，如何实现“厘米级”的距离感知能力？

蓝牙技术联盟方面表示，蓝牙信道探测功能主要使用两种经过验证的测距方法，即基于相位的测距（PBR）和往返时间（RTT），以便在蓝牙连接的设备之间实现安全、精细的测距。

蓝牙信道探测利用基于相位的测距 （PBR） 来实现两个设备之间的精确距离测量。在 PBR 中，发起方设备向反射器设备发送信号，反射器设备返回该信号。此过程在多个频率中重复。设备之间的距离是根据这些频率上发射和接收信号之间的相位差计算的。

图源：Bluetooth SIG

用于高精度距离测量的基于相位的测距（PBR）

蓝牙信道探测还采用了一种称为往返时间 （RTT） 的辅助测距方法，作为对抗复杂的中间人 （MITM） 中继攻击的对策。在 RTT 中，发起方设备将加密加扰的数据包发送到反射器设备，后者返回数据包。然后，根据数据包来回传输所花费的时间计算设备之间的距离。

图源：Bluetooth SIG

安全距离边界的往返时间（RTT）

RTT 作为一种安全的距离边界技术，提供独立的距离测量来交叉检查PBR测量，从而可显著降低MITM攻击的风险。

图源：Bluetooth SIG

蓝牙信道探测应用程序与蓝牙协议栈

综上所述，通过结合PBR和RTT，蓝牙信道探测功能可在蓝牙设备之间实现安全精确的测距。在信道探测过程中，发起者通过指定的2.4 GHz信道发送载波信号或数据包，反射者则通过将数据发回给发起者来进行响应。数据包的往返时间以及发送和接收的载波信号之间的相位差都可以用来确定距离。

蓝牙技术联盟表示，从测试情况看，蓝牙信道探测功能可实现100米的测量距离，且精度误差可以做到在±50厘米以内；而在距离小于5米时，甚至可以将精度误差做到接近10厘米以内。

可以预期，在此“厘米级”的距离感知能力下，蓝牙信道探测功能将会为工业、家庭和零售等行业带来诸多交互上的革新应用。例如：汽车和房屋的无钥匙进入以及基于地理围栏的安全策略，在用户接近时，为获得正确授权的用户开门；如果用户在敏感区域停留太长时间，则会发出警报。蓝牙鼠标、键盘和游戏控制器可以根据它们与智能手机、平板电脑或笔记本电脑的距离自动在活动与非活动状态之间切换。

蓝牙6.0，如何实现“厘米级”的定位能力？

定位技术有着非常广泛的应用，例如在全球范围内普遍使用的GPS。然而，GPS在室内环境下并不能很好地工作，因此需要有一种切实可行的室内定位技术，可以使用追踪系统来追踪目标物体的具体位置或方向，或者让设备自行追踪目标物体在室内环境中的位置。

而蓝牙信道探测功能通过与蓝牙5.1所支持的测向功能（到达角（AoA）、出发角（AoD））配合使用，现已可在室内实现“厘米级”的定位功能，其允许在彼此无线覆盖范围内的两台设备以安全、准确的方式确定它们之间的距离，这极大地增强了低功耗蓝牙中已经存在的位置服务和定位功能。

在到达角（AoA）方法中，多个接收器会阵列设置，单个发射器发射的无线电波将以不同的相位到达不同的接收器天线。通过采集从不同天线上所接收到信号的相位差，就可以计算出无线电波的方向。而由于无线电波的入射角度是相对于接收器确定的，因此这种技术被称之为到达角（AoA）。

图源：Bluetooth SIG

使用 AoA 和 AoD 进行测向

在出发角（AoD）方法中，多个发射器会阵列设置，并以相同的初始相位发射无线电波，而单个接收器则可以测量不同入射波的相位差，从而计算出线电波的方向。而由于无线电波的入射角度是相对于发射器确定的，因此这种技术被称之为出发角（AoD）。

可以预期，在此“厘米级”的定位能力以及庞大的蓝牙生态下，蓝牙信道探测功能将有望被广泛应用于室内环境中的物品管理、物品追踪与宠物追踪等领域。例如：当家中的小型设备如遥控器、钥匙、耳机等丢失时，可通过手机等设备利用蓝牙6.0信道探测功能快速定位其位置。

基于对未来蓝牙测距与定位市场的乐观预期，华普微将于近期推出一款全新升级的蓝牙6.0高精度测距模组HM-BT2401DA。目前，该模组的样品研发及测试验证工作已接近完成，产品即将上市，敬请期待。

HM-BT2401DA 样品实拍

HM-BT2401DA是一款基于新一代高性能、超低功耗蓝牙6.0芯片，具备“厘米级”测距与定位能力的蓝牙模组，可广泛应用在需要位置或距离测试的应用场景，包含室内定位，距离检测，及靠近感应等应用。HM-BT2401DA采用32位78MHz ARM Cortex®-M33内核，片上集成258KB SRAM、1536KB FLASH，集成先进射频收发器，内置AI/ML硬件加速器，搭载双PCB天线，支持无线数据透传功能，可快速实现蓝牙主从设备之间的连接通信。

可以明确的是，蓝牙高精度测距模组具有显著的商业价值，能够满足多个行业对精确定位、低成本、低功耗的需求。展望未来，随着蓝牙技术的不断成熟与市场需求的持续增长，蓝牙高精度测距模组将在物联网、智能制造、资产管理等领域中发挥更加重要的作用。