蓝牙测距原理

蓝牙信道探测（Channel Sounding）技术，作为蓝牙核心规范6.0中的一项关键技术革新，凭借其显著提升的蓝牙距离测量精度，为众多创新应用铺设了坚实的基石。这一全新的安全、精密测距功能有望提高蓝牙互联设备的便利性、安全性和保障性为设备带来真实的距离感知功能，为开发人员和用户创造更多可能性。

本文将首引领大家探讨蓝牙信道探测的测距原理，在随后的文章中，逐步解析蓝牙信道探测的链路层协议、Profile协议。

当前市场上，基于蓝牙的定位技术主要有以下4种：

蓝牙广播：在设定的范围内持续向周围环境发送广播，它允许发射设备主动广播其存在信息，扫描设备则能感知并识别这些信号，从而确定发射设备在有效范围内存在，缺点缺少距离感知。
RSSI（接收信号强度指示）测距法：利用蓝牙信号在空中传播时随距离增加而自然衰减的特性，RSSI测距技术提供了一种简易而有效的距离估算方法。接收设备通过分析接收到的信号强度，能够大致推断出与发射设备之间的距离，缺点是精度有限，缺乏安全防护措施。
基于AOA/AOD的蓝牙寻向功能：AOA（到达角）与AOD（出发角）技术的引入，可以让接收设备确定信号的来源方向，缺点是容易收到多径效应和反射的影响，对多天线设计的技术门槛要求较高。
蓝牙信道探测：作为蓝牙定位技术的前沿探索，信道探测技术以其卓越的性能脱颖而出。它不仅能够在 100 米范围内实现 +/-50 厘米的测量精度，而且能够实现真正意义上的距离感知，这是 RSSI 测距技术不易实现的。同时，该技术还内置了多层安全防护机制，有效抵御了中间人（MITM）攻击，确保了定位过程的安全性与可靠性。

无线电磁波基础概念回顾

在深入探讨蓝牙信道探测测距技术之前，我们先来了解无线电磁波的几个基础概念参数：

振幅：在无线电波中，振幅通常指的是波的最大位移量，也就是波峰到波谷的距离，它决定了波的强度或能量大小。

周期：周期是波完成一次完整振动所需的时间。对于无线电波来说，周期是其基本特性的一个重要方面，它决定了无线电波的频率（频率是周期的倒数）。



波长（λ）：无线电波长是指无线电波传播中，波峰到波峰（或波谷到波谷）之间的距离。



频率与波长之间的关系。

λ = C/f
C为光速，其值为 299792458 米/秒
例如: 频率 2402MHZ的波长
波长（λ）2402 MHZ = C/ f = 12.48095162 厘米

蓝牙信道探测采用了两种成熟的测距方法，即基于相位的测距 (PBR) 和基于往返时间 (RTT)，在蓝牙连接的设备之间实现安全、精细的测距。

一
基于相位的测距原理
（Phase Based Ranging，缩写为PBR）



根据通信原理，可以根据信号传播的周期数得到信号传播的距离。如上图所示，假设信号以一个固定频率f传播，传播速度为光速c，信号波长为λ，信号共传播N个周期，那么可以得到传播距离为：

R = N*λ = N * c/f

但是通常设备无法得到发送设备与接收设备之间的信号传播周期数，因此，PBR涉及一种技术通过其他数据得到设备之间的距离，工作原理如下：







下面将给出基于频率与相位差推导距离的详细公式：






这种方法称为双向测距，即第二个设备将信号传回始发设备，以便进行相位测量。

二
基于往返时间的测距原理
（Round Trip Timing，缩写为RTT）







如果在多个频点重复上述步骤，便可以得到高精度距离。

三
结语

蓝牙信道探测作为蓝牙核心规范 6.0 的关键特性，为蓝牙技术在定位领域的应用开辟了新天地。通过对其测距原理的深入探讨，我们看到了这项技术的巨大潜力。随着后续对链路层协议、Profile 协议以及泰凌蓝牙信道探测测距方案的逐步解析，相信蓝牙信道探测技术将在未来的定位领域发挥更为重要的作用。