電子發(fā)燒友網報道(文/莫婷婷)2024年9月,藍牙技術聯(lián)盟宣布推出藍牙信道探測(Channel Sounding),其技術優(yōu)勢是可以在兩個藍牙設備之間實現(xiàn)安全、精細的測距,為藍牙數(shù)字鑰匙等藍牙設備提供更高的準確性和安全性。
憑借其技術優(yōu)勢藍牙信道探測技術有著廣闊的應用潛力,可以應用在尋物防丟、數(shù)字鑰匙、智能制造、室內導航等多個應用場景。目前,已有多家芯片廠商都在推進藍牙信道探測技術的解決方案,包括TI、芯科科技、高通、NXP、英飛凌、博通、泰凌、匯頂科技等。
信道探測具備更高的安全性,多天線能夠提升測距精準度
藍牙擁有設備定位功能組合,藍牙信道探測是藍牙定位功能組合中的最新成員,讓藍牙定位技術從尋向定位延伸至精密測距。
不同的藍牙定位技術有不同的特性。藍牙技術聯(lián)盟技術市場總監(jiān) Damon Barnes介紹了藍牙信道探測、RSSI、尋向定位、廣播這四大藍牙功能的具體性能。
藍牙信道探測用于測量設備距離,可提供±20厘米精度的精密測距。通常來說,信道探測要求設備相互連接。
RSSI同樣具備設備距離功能,但是測量精度會隨著設備之間距離的增加。且與藍牙信道探測不一樣的是,RSSI可以在設備沒有相互連接的情況下使用。
尋向功能確定的是設備方向,其性能指標是度,通常是±5°,尋向可以在設備相互連接時使用,也可以在無連接情況下使用。藍牙廣播用于確定設備當前是否位于某個地點或場所,廣播可用于確定距離超過100米的設備是否存在,無需連接即可使用。
藍牙信道探測具備精準度、安全性、互聯(lián)互通的優(yōu)勢。在精密測距功能方面,藍牙信道探測融合了相位測距(PBR)和往返時間(RTT)方案,支持72個偽隨機跳頻信道,實現(xiàn)了安全、準確距離測量。
使用PBR的方法時,啟動器(例如智能手機等)可以選擇自己的頻段,比如頻段1 它向反射器設備發(fā)送信號,反射器返回信號,然后通信信道的相位和振幅就能夠被測量到,在多個頻率上重復交換信號,設備之間的距離可以被計算出來,根據這些頻率上發(fā)射和接收信號的相位差。
RTT是藍牙信道探測的輔助測距方法,啟動設備向反射設備發(fā)送加密加擾數(shù)據包,反射設備返回數(shù)據包,設備之間的距離可以通過數(shù)據包來回傳輸?shù)臅r間計算。Damon Barnes表示,RTT可用于對抗復雜的中間人中繼攻擊。
RTT測距原理(圖源:藍牙技術聯(lián)盟)
藍牙信道探測具有很大的靈活性,支持多根天線和最多四條路徑,能提高整個信號的質量。Damon Barnes介紹,支持多天線具備三大好處,一是可以提高距離測量的準確性;二是提供備用路徑選項(干擾緩解);三是當有反射時,有助于更好地區(qū)分最短路徑。
恩智浦半導體低功耗藍牙系統(tǒng)工程經理張清剛分享了一組測試數(shù)據:在一個具有很多反射體的會議室里,評估了單天線和多天線情況下的測距精度。在這項測試中,采用單天線在復雜環(huán)境里測試精度是很難保證的,90%以上的測距精度是在 5.5 米以上。在采用了雙天線后,它的測距精度可以在一米之內。可以明顯看到雙天線可以顯著地提高藍牙信道探測的測距精度。
圖源:NXP
但是從功耗上看,單天線的功耗會低一些,雙天線的功耗會比較高,因為它測試的時間比較長。因此,是選擇單天線的方案還是多天線的方案,需要根據實際應用場景來選擇,如果面向復雜應用,多天線會是一個很好的選項;如果對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
藍牙信道探測在正式規(guī)范發(fā)布前,業(yè)界的芯片供應商、手機、汽車廠商已經形成完整的供應鏈,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牙芯片KW 47,支持藍牙 6.0 標準和信道探測,帶有定位計算引擎 (LCE),采用96MHz Arm Cortex-M33內核,獨立的無線子系統(tǒng)具有專用內核和存儲器。
與上一代 KW45相比,KW47最大的區(qū)別是有自己的硬件引擎,能實現(xiàn)更快地測距,工作溫度可以到 125 度,支持到 CCC 3.0標準、AEC-Q100等。
NXP、匯頂科技都正在推動信道探測技術在汽車數(shù)字鑰匙領域的應用。張清剛表示,為了實現(xiàn)基于信道探測的一對多測距, NXP推出了Connection Handover的解決方案來實現(xiàn)一對多測距。該方案基于RSSI或其他標準,使用一個錨建立BLE鏈接。
據了解,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,還支持藍牙5.3協(xié)議棧,支持2Mbps的物理層速率;+8dBm發(fā)射功率,內置了豐富的外設接口。
芯科科技推出的BG24藍牙SoC也已經支持藍牙信道探測,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,通過支持藍牙測向功能(包括到達角和信道探測技術),BG24可以確定來自多個天線的輸入信號的方向和距離,實現(xiàn)精確定位。
不過Channel Sounding在測量只是把相位時間和相位差測試出來,但是沒有具體到實際的測試距離,藍牙技術聯(lián)盟的規(guī)格中也沒有提到距離測量算法建議和優(yōu)化。芯科科技主任現(xiàn)場應用工程師周耀軍指出,怎么把這兩個時間和相位差轉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。
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