強化定位服務(wù) 提高距離測量精度 藍牙6.0技術(shù)探勘

備受期待的藍牙6.0（Bluetooth 6.0）核心規范版本終于在近期發(fā)布了，這揭示了藍牙技術(shù)的重大飛躍。本次更新包括對現有功能的重大增強，包括廣告和同步通道（isochronous channels），以及支持定位服務(wù)的突破性新功能。這些升級和增強延續了該標準對藍牙功能集的不懈擴展，從而透過(guò)解鎖互操作和安全的性能來(lái)實(shí)現更多應用案例。
藍牙6.0新增功能特性
藍牙規范的每次更新都會(huì )實(shí)現新功能的標準化，從而解鎖新應用案例或提升現有的應用案例。例如，藍牙 5.1 透過(guò)引入測向功能增強了定位服務(wù)，藍牙 5.2 透過(guò)標準化低功耗藍牙音頻，使其在音頻串流方面的支持邁出了新的一步，并且藍牙 5.3 和 5.4 透過(guò)定期廣告為設備聯(lián)網(wǎng)帶來(lái)了變革性的增強。
那么，藍牙 6.0 與其前代產(chǎn)品有何區別？用戶(hù)可以期待哪些新功能的出現？
藍牙 6.0 是最近的重大更新，對音頻串流、設備網(wǎng)絡(luò )，特別是定位服務(wù)提供了重大增強。在這些新功能帶來(lái)的最重要影響中，包括增強了安全性，以及提高了距離測量的精度。下面看看讓我們興奮的所有升級功能和特性：

藍牙通道探測
藍牙 6.0 最顯著(zhù)的一個(gè)功能是增加了信道探測（Channel Sounding） ，從而在兩個(gè)低功耗藍牙設備之間實(shí)現了雙向測距。本次升級旨在徹底改變距離測量的精度和測距，稍后將在此部落格文章的后面詳加討論。

基于決策的廣告過(guò)濾和廣告主監控
基于決策的廣告過(guò)濾和廣告主監控（Decision-Based Advertising Filtering and Monitoring Advertisers） 這些功能可提高藍牙設備的掃描效率?；跊Q策的廣告過(guò)濾有助于透過(guò)減少掃描數據報所花費的時(shí)間來(lái)提高效率，而廣告主監控使用主機控制接口（HCI）來(lái)跟蹤設備何時(shí)進(jìn)入和離開(kāi)范圍。
?ISOAL 增強 – 提高數據傳輸的可靠性，并減少生成成幀 PDU 帶來(lái)的延遲。
?LL 擴展功能集 – 此功能讓設備能夠交換它們支持的鏈路層功能。
?幀空間（Frame Space）更新 – 它可實(shí)現同步流與連接事件之間的可協(xié)商間隔，從而提升數據吞吐量。


藍牙通道探測
如前所述，藍牙通道探測是藍牙 6.0新規范中最顯著(zhù)的一個(gè)功能。它支持以連接為導向的雙向測距，可透過(guò)在設備之間支持多達四個(gè)天線(xiàn)路徑最大限度地減少多路徑效應，并且可保護距離測量免受中間人攻擊。與使用接收信號強度（RSSI）在低功耗藍牙設備之間進(jìn)行的現有測距相比，此功能標志著(zhù)藍牙技術(shù)的重大突破。信道探測的工作原理如下：

在兩個(gè)低功耗藍牙設備間實(shí)現精密測距
它使用基于相位的測距（PBR）和往返時(shí)間 （RTT）測量，在連接的兩個(gè)低功耗藍牙設備之間實(shí)現精密測距。在藍牙信道探測程序中，一臺設備識別為發(fā)起者，而另一臺設備識別為反射者。發(fā)起者傳輸信號，而反射者設備則檢測和接收信號。
然后，這些設備使用 PBR、RTT 或同時(shí)使用兩者來(lái)協(xié)調 2.4 GHz 頻譜內多達 72 個(gè)通道之間的測距，同時(shí)還在連接的兩個(gè)設備之間使用一到四個(gè)天線(xiàn)路徑。RTT 使用飛行時(shí)間（ToF）來(lái)估計發(fā)起者和反射者之間的距離。將記錄兩個(gè)設備的到達時(shí)間（ToA）和離開(kāi)時(shí)間（ToD），并使用它們之間的差異精確計算這些設備之間的距離。該標準還提供設置和校準過(guò)程，以補償兩個(gè)設備之間的時(shí)鐘差異。

 
圖一 : 在發(fā)起者和反射者之間交換 CS SYNC 數據報

PBR 利用發(fā)射信號和接收信號的相位差來(lái)計算發(fā)起者和反射者設備之間的距離。比較這些設備之間的相位差有助于準確測量它們之間的距離。

 
圖二 : 在發(fā)起者和反射者之間交換 CS Tone在每個(gè)步驟中執行天線(xiàn)路徑

四條天線(xiàn)路徑 八種天線(xiàn)組合
它在設備之間支持多達四條天線(xiàn)路徑，有八種可能的天線(xiàn)組合。藍牙信道探測增強距離測量穩健和精度的另一種方式是它能夠支持多個(gè)天線(xiàn)路徑。這使得能夠在出現任何干擾或噪聲的情況下使用替代路線(xiàn)傳播信號，對資產(chǎn)卷標等設備特別有用。

可與到達角/出發(fā)角結合使用
可與到達角/出發(fā)角（AoX）結合使用。藍牙通道探測可與AoA和AoD結合使用，以便讓室內定位或資產(chǎn)跟蹤等應用從中受益，在這些應用中，結合使用定向和距離估計功能可以改善用戶(hù)體驗。

提供增強型安全功能
藍牙通道探測提供多個(gè)內置安全功能，有助于減少中間人攻擊和中繼攻擊。這些功能包括分布式隨機位生成器（DRBG），它有助于隨機化測距的各個(gè)方面，例如通道選擇。此外，所有測距和數據交換都透過(guò)加密連接進(jìn)行。

無(wú)縫整合 無(wú)需其他組件
藍牙通道探測的另一個(gè)重要優(yōu)勢是，作為標準化藍牙功能，它有望在產(chǎn)品中廣泛使用，透過(guò)正式的資格認證計劃強制實(shí)施互操作性。許多需要估計距離等定位服務(wù)的目標應用已經(jīng)需要為數據信道使用低功耗藍牙。在這些應用中，可以在無(wú)需增加任何額外組件或硬件空間的情況下啟用藍牙信道探測，與超寬帶（UWB）等其他技術(shù)相比，這降低了實(shí)施成本。它還變得更加簡(jiǎn)單，延長(cháng)了電池壽命，甚至擴展了與眾多設備的兼容性。

藍牙 6.0 目標應用
隨著(zhù)對一系列新功能和開(kāi)發(fā)的展望，新的藍牙6.0 必定會(huì )對連接的無(wú)線(xiàn)智能設備的性能和效率產(chǎn)生重大影響。這一改進(jìn)主要由藍牙通道探測的引入驅動(dòng)，藍牙信道探測將瞄準以下兩類(lèi)應用：定位和接近感知。
?定位：這包括寵物和資產(chǎn)追蹤器等應用，它們利用定位器設備來(lái)查找追蹤設備的確切位置。
?接近感知：這包括智能鎖和無(wú)鑰匙進(jìn)入系統等應用，它們利用增強型安全功能來(lái)限制和控制對安全空間和系統的訪(fǎng)問(wèn)。應用包括智能鎖、地理圍欄、FindMy 和車(chē)輛無(wú)鑰匙進(jìn)入。在這些應用中，安全對于確保沒(méi)有未經(jīng)授權的用戶(hù)能夠訪(fǎng)問(wèn)網(wǎng)絡(luò )至關(guān)重要。

目前Silicon Labs已經(jīng)提供支持藍牙6.0和信道探測的產(chǎn)品。
Silicon Labs（芯科科技）透過(guò)創(chuàng )新的無(wú)線(xiàn)產(chǎn)品和強大的技術(shù)支持能力，在幫助物聯(lián)網(wǎng)轉型方面有著(zhù)悠久的歷史。芯科科技的藍牙產(chǎn)品組合和藍牙架構現已支持藍牙6.0 和藍牙通道探測。我們的專(zhuān)家團隊已經(jīng)精心策劃了單天線(xiàn)和雙天線(xiàn)解決方案，以滿(mǎn)足廣泛的應用需求。
RB4198A是單天線(xiàn)解決方案，更適合需要較低功耗的應用，如資產(chǎn)跟蹤器，而DK2606A是雙天線(xiàn)解決方案，非常適合尺寸受限的應用，如鑰匙扣。
(本文由Silicon Labs芯科科技提供)