距離測量的能力在眾多應用中具有極高的實用性。例如，它能通過確保鑰匙或授權用戶處于指定距離內，為數字鑰匙增添安全保障，從而解鎖門禁。

直至不久前，藍牙技術僅能大致估算兩個設備之間的距離。若需更高的精度，即所謂的“精細測距”，設計工程師不得不轉向其他技術，如超寬帶（UWB）。

如今，藍牙已近乎成為電子產品的標配。若能僅利用設備內置的藍牙無線電模塊，即可實現準確且安全的距離測量，將極大地惠及系統(tǒng)設計師，簡化設計并降低成本。

藍牙通道探測（CS）技術通過在鏈路層、主控制器接口，尤其是物理層（PHY）的增強，實現了這一能力，確保了精細測距的準確性和安全距離測量。接下來，讓我們一同審視藍牙技術的傳統(tǒng)短板，探討藍牙CS的工作原理，并深入了解基于這一新型距離測量功能的藍牙低功耗設備測試的重要性。

PART.01 藍牙在距離估算上的局限性

十余年來，藍牙設備一直采用接收信號強度指示（RSSI）來估算距離——兩個設備相距越遠，信號越弱。然而，RSSI的準確測量范圍僅限于大約三到五米內。這對于安全訪問控制、精確實時定位和資產追蹤等要求精度低于一米的應用而言，顯然力不從心。

RSSI面臨的另一挑戰(zhàn)是其信號本身相對不安全，這導致了所謂的“中繼攻擊”。在這種攻擊中，用戶鑰匙扣的信號被捕獲，并由另一靠近車輛的設備重新發(fā)送，從而解鎖并盜取車輛。盡管額外的安全檢查和加密措施能提供幫助，但使用藍牙的這種方式已被證明其安全性顯著低于UWB。

PART.02 藍牙通道探測技術的登場

為克服這些挑戰(zhàn)，業(yè)界轉向了藍牙CS技術，以期將測距精度提升至亞米級別（約50厘米），同時確保比以往的藍牙低功耗實現更高的信號安全性。2024年9月，通道探測技術正式被納入藍牙6.0規(guī)范。

藍牙CS采用兩種技術來準確測量距離：基于相位的測距（PBR）和飛行時間（ToF）。

PBR的原理在于，射頻信號（如藍牙）的相位與載波頻率和傳輸距離成正比。在藍牙CS中，第一個設備（即“發(fā)起者”）向第二個設備（即“反射者”）發(fā)送信號。隨后，反射者向發(fā)起者發(fā)送類似的回傳信號。

兩個設備分別測量接收信號相對于其本地振蕩器的相位。測量在不同跳頻通道上進行，并結合用于最終的距離估算。

圖1：基于相位的測距（PBR）

那么，為何還需測量飛行時間呢？原因在于，相位每2π弧度會“翻轉”，使得難以區(qū)分距離相差整數倍信號波長的兩個點。例如，波長為150米的藍牙信號在單程75米處會翻轉，因此PBR無法區(qū)分距離為xm和x+75m的兩個設備。黑客通過延遲信號，可使設備顯得比實際更近。

為解決這一問題，藍牙CS利用ToF來優(yōu)化PBR的測量結果。兩個設備通過交換數據包來測量傳播通道的往返時間（RTT），這提供了第二個測量值，用于驗證PBR所得的距離。

圖2：飛行時間（ToF）

PART.03 藍牙通道探測與超寬帶的對比

超寬帶因其作為最準確且安全的精細測距技術而廣受歡迎，它利用ToF測量來計算距離。超寬帶擁有500兆赫的寬廣帶寬，意味著信號脈沖極短——僅幾納秒——從而實現優(yōu)于10厘米的精度。

相比之下，藍牙的優(yōu)勢在于其幾乎普及于所有電子設備，如智能手機，并且功耗低于超寬帶。盡管如此，這兩種技術各有千秋，將應用于不同場景。超寬帶憑借其強大的安全特性，正被迅速應用于汽車鑰匙扣的數字訪問、倉庫資產追蹤、個人物品查找，并正考慮用于汽車內的兒童存在檢測。而藍牙CS則可用于零售業(yè)的超個性化營銷、制造現場或醫(yī)療保健中的患者監(jiān)測。事實上，有些設備同時采用這兩種技術將大有裨益。例如，混合設置可利用藍牙CS進行低功耗的遠距離粗略測距，同時依賴超寬帶進行精細定位。

PART.04 LitePoint的藍牙通道探測測試解決方案

LitePoint的IQxel系列測試儀支持藍牙CS的物理層測量。從物理層角度來看，測試重點主要圍繞相位、頻率和功率測量，包括但不限于相位穩(wěn)定性、信噪比輸出控制、射頻掩碼測試、調制特性以及發(fā)射器和接收器兩側的頻率偏移。盡管這聽起來似乎直截了當，但這些測試用例必須在不同的符號率和通道探測模式下運行，以驗證設備作為發(fā)起者和反射器時的性能。因此，擁有一款能夠提供簡單界面以無縫自動化這些測試用例并循環(huán)運行的工具至關重要。

LitePoint提供了IQfact+軟件工具，這在我們超越研發(fā)工具階段，過渡到模塊開發(fā)和最終產品制造時尤為有用。在這些階段，IQfact+利用LitePoint測試儀資源，實現多設備測試，從而優(yōu)化和簡化生產過程。

結論

憑借新的通道探測功能，藍牙距離測量的準確性將大幅提升。這將助力安全、設備定位和資產追蹤等精細測距應用，同時保持低功耗，且無需為距離測量而額外添加技術所帶來的復雜性和成本。

與任何新技術一樣，對藍牙CS進行穩(wěn)健且準確的測試至關重要。LitePoint在藍牙測試領域的獨特優(yōu)勢使我們能夠為廣受歡迎的IQxel-MW7G系列測試解決方案增添對藍牙CS的支持。請訪問我們的產品頁面，了解更多信息。