信道探測(cè)開啟精準(zhǔn)定位時(shí)代，芯片廠商加速跟進(jìn)

電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/莫婷婷）2024年9月，藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟宣布推出藍(lán)牙信道探測(cè)（Channel Sounding），其技術(shù)優(yōu)勢(shì)是可以在兩個(gè)藍(lán)牙設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)安全、精細(xì)的測(cè)距，為藍(lán)牙數(shù)字鑰匙等藍(lán)牙設(shè)備提供更高的準(zhǔn)確性和安全性。

憑借其技術(shù)優(yōu)勢(shì)藍(lán)牙信道探測(cè)技術(shù)有著廣闊的應(yīng)用潛力，可以應(yīng)用在尋物防丟、數(shù)字鑰匙、智能制造、室內(nèi)導(dǎo)航等多個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景。目前，已有多家芯片廠商都在推進(jìn)藍(lán)牙信道探測(cè)技術(shù)的解決方案，包括TI、芯科科技、高通、NXP、英飛凌、博通、泰凌、匯頂科技等。


信道探測(cè)具備更高的安全性，多天線能夠提升測(cè)距精準(zhǔn)度

藍(lán)牙擁有設(shè)備定位功能組合，藍(lán)牙信道探測(cè)是藍(lán)牙定位功能組合中的最新成員，讓藍(lán)牙定位技術(shù)從尋向定位延伸至精密測(cè)距。

不同的藍(lán)牙定位技術(shù)有不同的特性。藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟技術(shù)市場(chǎng)總監(jiān) Damon Barnes介紹了藍(lán)牙信道探測(cè)、RSSI、尋向定位、廣播這四大藍(lán)牙功能的具體性能。

藍(lán)牙信道探測(cè)用于測(cè)量設(shè)備距離，可提供±20厘米精度的精密測(cè)距。通常來說，信道探測(cè)要求設(shè)備相互連接。

RSSI同樣具備設(shè)備距離功能，但是測(cè)量精度會(huì)隨著設(shè)備之間距離的增加。且與藍(lán)牙信道探測(cè)不一樣的是，RSSI可以在設(shè)備沒有相互連接的情況下使用。

尋向功能確定的是設(shè)備方向，其性能指標(biāo)是度，通常是±5°，尋向可以在設(shè)備相互連接時(shí)使用，也可以在無連接情況下使用。藍(lán)牙廣播用于確定設(shè)備當(dāng)前是否位于某個(gè)地點(diǎn)或場(chǎng)所，廣播可用于確定距離超過100米的設(shè)備是否存在，無需連接即可使用。

藍(lán)牙信道探測(cè)具備精準(zhǔn)度、安全性、互聯(lián)互通的優(yōu)勢(shì)。在精密測(cè)距功能方面，藍(lán)牙信道探測(cè)融合了相位測(cè)距（PBR）和往返時(shí)間（RTT）方案，支持72個(gè)偽隨機(jī)跳頻信道，實(shí)現(xiàn)了安全、準(zhǔn)確距離測(cè)量。

使用PBR的方法時(shí)，啟動(dòng)器（例如智能手機(jī)等）可以選擇自己的頻段，比如頻段1 它向反射器設(shè)備發(fā)送信號(hào)，反射器返回信號(hào)，然后通信信道的相位和振幅就能夠被測(cè)量到，在多個(gè)頻率上重復(fù)交換信號(hào)，設(shè)備之間的距離可以被計(jì)算出來，根據(jù)這些頻率上發(fā)射和接收信號(hào)的相位差。

RTT是藍(lán)牙信道探測(cè)的輔助測(cè)距方法，啟動(dòng)設(shè)備向反射設(shè)備發(fā)送加密加擾數(shù)據(jù)包，反射設(shè)備返回?cái)?shù)據(jù)包，設(shè)備之間的距離可以通過數(shù)據(jù)包來回傳輸?shù)臅r(shí)間計(jì)算。Damon Barnes表示，RTT可用于對(duì)抗復(fù)雜的中間人中繼攻擊。

RTT測(cè)距原理（圖源：藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟）

藍(lán)牙信道探測(cè)具有很大的靈活性，支持多根天線和最多四條路徑，能提高整個(gè)信號(hào)的質(zhì)量。Damon Barnes介紹，支持多天線具備三大好處，一是可以提高距離測(cè)量的準(zhǔn)確性；二是提供備用路徑選項(xiàng)(干擾緩解)；三是當(dāng)有反射時(shí)，有助于更好地區(qū)分最短路徑。

恩智浦半導(dǎo)體低功耗藍(lán)牙系統(tǒng)工程經(jīng)理張清剛分享了一組測(cè)試數(shù)據(jù)：在一個(gè)具有很多反射體的會(huì)議室里，評(píng)估了單天線和多天線情況下的測(cè)距精度。在這項(xiàng)測(cè)試中，采用單天線在復(fù)雜環(huán)境里測(cè)試精度是很難保證的，90%以上的測(cè)距精度是在 5.5 米以上。在采用了雙天線后，它的測(cè)距精度可以在一米之內(nèi)?？梢悦黠@看到雙天線可以顯著地提高藍(lán)牙信道探測(cè)的測(cè)距精度。

圖源：NXP

但是從功耗上看，單天線的功耗會(huì)低一些，雙天線的功耗會(huì)比較高，因?yàn)樗鼫y(cè)試的時(shí)間比較長(zhǎng)。因此，是選擇單天線的方案還是多天線的方案，需要根據(jù)實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景來選擇，如果面向復(fù)雜應(yīng)用，多天線會(huì)是一個(gè)很好的選項(xiàng)；如果對(duì)功耗的要求非常高的話，那么可以選擇單天線。


NXP、匯頂科技、芯科科技的芯片方案

藍(lán)牙信道探測(cè)在正式規(guī)范發(fā)布前，業(yè)界的芯片供應(yīng)商、手機(jī)、汽車廠商已經(jīng)形成完整的供應(yīng)鏈，其中芯片廠商包括TI、高通、恩智浦、英飛凌、博通、泰凌等。

NXP推出了第四代低功耗藍(lán)牙芯片KW 47，支持藍(lán)牙 6.0 標(biāo)準(zhǔn)和信道探測(cè)，帶有定位計(jì)算引擎 (LCE)，采用96MHz Arm Cortex-M33內(nèi)核，獨(dú)立的無線子系統(tǒng)具有專用內(nèi)核和存儲(chǔ)器。

與上一代 KW45相比，KW47最大的區(qū)別是有自己的硬件引擎，能實(shí)現(xiàn)更快地測(cè)距，工作溫度可以到 125 度，支持到 CCC 3.0標(biāo)準(zhǔn)、AEC-Q100等。

NXP、匯頂科技都正在推動(dòng)信道探測(cè)技術(shù)在汽車數(shù)字鑰匙領(lǐng)域的應(yīng)用。張清剛表示，為了實(shí)現(xiàn)基于信道探測(cè)的一對(duì)多測(cè)距， NXP推出了Connection Handover的解決方案來實(shí)現(xiàn)一對(duì)多測(cè)距。該方案基于RSSI或其他標(biāo)準(zhǔn)，使用一個(gè)錨建立BLE鏈接。

據(jù)了解，匯頂科技正在研發(fā)的GR5410、GR5310均能支持Channel Sounding，帶有豐富的外設(shè)接口選擇，例如CAN-FD,UART等，還支持Secure Boot、Secure debug。TI的CC2340R5同樣支持Channel Sounding，還支持藍(lán)牙5.3協(xié)議棧，支持2Mbps的物理層速率；+8dBm發(fā)射功率，內(nèi)置了豐富的外設(shè)接口。

芯科科技推出的BG24藍(lán)牙SoC也已經(jīng)支持藍(lán)牙信道探測(cè)，具備低功耗、小型化等特性，睡眠功耗可以低至1.3μA。官方介紹，通過支持藍(lán)牙測(cè)向功能（包括到達(dá)角和信道探測(cè)技術(shù)），BG24可以確定來自多個(gè)天線的輸入信號(hào)的方向和距離，實(shí)現(xiàn)精確定位。

不過Channel Sounding在測(cè)量只是把相位時(shí)間和相位差測(cè)試出來，但是沒有具體到實(shí)際的測(cè)試距離，藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟的規(guī)格中也沒有提到距離測(cè)量算法建議和優(yōu)化。芯科科技主任現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用工程師周耀軍指出，怎么把這兩個(gè)時(shí)間和相位差轉(zhuǎn)換成我們能觀察到的距離，這部分沒有規(guī)定，這部分規(guī)定是由各個(gè)方案提供商所提供的規(guī)定，這也是Channel Sounding方案的有所差異的原因之一。