精確且安全的距離測量對于工業物聯網 (IIoT) 環境至關重要。其應用范圍涵蓋安全資產追蹤、自動化倉儲系統、樓宇自動化及門禁控制系統等。然而，普通的測距方法難以滿足現代工業物聯網應用對精度和安全性的高標準要求。

恩智浦MCX W72無線微控制器單元 (MCU) 集成了藍牙信道探測技術，并通過FRDM-MCXW72和MCXW72-LOC開發板提供硬件支持，能夠從容應對這些挑戰，助力快速原型設計和部署。

藍牙信道探測技術的優勢

多年來，藍牙測距主要依賴接收信號強度指示 (RSSI) 和到達角/離開角 (AoA/AoD) 技術。這些方法雖然易于實現，但存在精度有限和安全漏洞等問題。例如，RSSI測量極易受環境因素和多徑干擾影響，且兩種方法都容易受到中間人 (MITM) 攻擊，攻擊者可通過操控信號強度來偽造距離測量結果。

藍牙信道探測技術將往返時間與基于相位的測距方法相結合。

藍牙信道探測技術是Bluetooth 6.0標準的一部分，它采用了一種截然不同的測距方式，結合了往返時間 (RTT) 和基于相位的測距 (PBR) 這兩種互補的技術。RTT通過加密、帶時間戳的數據包提供安全、粗略的距離估計，這些數據包無法被攻擊者復制。隨后，PBR通過測量交換音調中的相移，實現細粒度精度，在露天環境中通常可達到±0.5米的典型精度。

信道探測技術通過使用帶時間戳的加密數據包，并對RTT和PBR測量結果進行交叉驗證，構建了堅固的防御體系，有效抵抗中繼和放大攻擊。此技術非常適合那些需要精確、準確的距離測量、且這些測量結果直接影響安全性的應用領域，例如智能鎖、門禁系統、無鑰匙車輛進入、數字家居門禁以及樓宇自動化系統。

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MCX W72：面向工業IIoT的信道探測方案

MCX W72是恩智浦通過Bluetooth 6.0信道探測認證的無線MCU，專為工業物聯網應用設計。該平臺支持多協議連接，包括低功耗藍牙、基于Thread的Matter和Zigbee。

MCX W72的結構框圖。

MCX W72測距能力的核心是一個專用的定位計算引擎 (LCE)。這個專用硬件可將定位算法運算速度提升至主Arm Cortex-M33內核的10倍，從而將算法執行時間減少近45%。其結果是更低的延遲和更少的功耗，這對于電池供電的工業物聯網設備至關重要。

恩智浦MCX W72通過集成的EdgeLock安全區域核心配置文件確保信息安全，可以隔離敏感加密操作，如密鑰存儲和可信啟動流程等。此外，其先進的低功耗藍牙無線單元支持多達24個同步連接，為復雜工業物聯網部署提供了強大的連接，適用于需要多個設備進行通信和協調測距操作的場景。

硬件支持：用于快速原型設計的開發板

為幫助開發人員將藍牙信道探測技術應用于實際場景，恩智浦提供了專用的硬件平臺以加速原型設計。該系列開發板簡化了評估流程，加快了產品上市進程，并為構建安全、精確的測距解決方案提供了靈活選擇。

FRDM-MCXW72開發平臺

FRDM-MCXW72將恩智浦成熟的FRDM平臺引入無線開發。這款經濟高效的開發板預裝了一個無線演示，可立即與恩智浦IoT Toolbox移動應用配合使用，讓開發人員在開箱后幾分鐘內即可評估基本功能。

該板提供多種擴展選項，包括Arduino接頭、mikroBUS和外設模塊 (Pmod) 連接器，便于為特定應用原型制作添加傳感器和外設。基于LPC55S69的板載MCULink調試器也消除了對外部調試工具的需求。其他功能還包括外部閃存、I2C傳感器、光傳感器、RGB和藍色LED、CAN連接、PCB天線以及用于傳導 (電纜) 測量的uFL連接器。

MCXW72-LOC定位板

對于專門專注于信道探測應用的開發人員而言，MCXW72-LOC提供了一個專用評估平臺。這款工業物聯網評估套件為MCX W72的多協議無線支持提供了詳盡的測試能力，包括低功耗藍牙、Zigbee、Thread、Matter和CAN連接。

MCXW72-LOC采用雙天線分集系統，通過射頻開關在兩個2.4GHz天線之間動態選擇，與FRDM-MCXW72板的單天線相比，提高了測距精度。通過重新焊接電容，可以選擇SMA連接器替代天線，從而支持傳導 (電纜) 測量實驗。

MCXW72-LOC板預裝了一個信道探測演示。開發人員可以將兩塊MCXW72-LOC板配對，無縫演示無線測距會話，并在實際條件下評估性能。該平臺還提供了一個先進的MCU-Link硬件調試器、多種電源和低功耗選項、雙CAN收發器、按鈕、開關、LED以及一個便于集成傳感器的MikroE Click連接器。

開發生態合作體系支持

兩款板均與恩智浦的開發生態系統完全兼容。MCUXpresso軟件開發套件 (SDK) 提供了驅動程序、示例和全面的文檔。此外，應用代碼中心 (ACH) 提供了專家編寫的代碼示例以加速開發，而擴展板中心 (EHB) 則在開發人員與恩智浦及其生態系統合作伙伴的兼容附加板之間架起了一座橋梁。恩智浦的專有算法負責將原始信道探測測量數據轉換為精確的距離估計，為應用開發人員抽象了復雜的數學運算。

KW47：將信道探測技術引入汽車系統

盡管MCX W72主要面向工業物聯網，但恩智浦的KW47將同樣的信道探測能力帶入了汽車應用領域。作為恩智浦首款車規級Bluetooth 6.0信道探測MCU，KW47滿足AEC-Q100 2級認證要求，并支持ASPICE、MISRA軟件標準以及集成CAN通信的AUTOSAR。

KW47架構。

恩智浦KW47能夠實現安全的數字鑰匙系統和汽車門禁應用，其探測范圍令人印象深刻——能夠在遠達100米的距離內檢測到駕駛員，并在近距離提供20-50厘米的精度。KW47與MCX W72采用同一個平臺架構 (包括相同的LCE和EdgeLock安全技術)，確保在汽車與工業物聯網應用中提供一致的開發體驗和互操作性。KW47-LOC開發板也為汽車開發人員提供了與面向工業物聯網應用的MCXW72-LOC類似的評估工具。

方案已量產，即刻開啟無限可能

恩智浦MCX W72和KW47均已量產。開發板現已上市，開發人員可使用這些板立即開始原型設計，為產品量產做好準備。

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本文作者

Miguel Reyes，恩智浦半導體的系統賦能工程師，負責領導汽車低功耗藍牙及物聯網應用的產品開發。他專注于信道探測等高級低功耗藍牙功能，以及對基于IEEE 802.15.4的協議支持，包括Matter、ZigBee和OpenThread。Miguel在恩智浦擁有近15年的工作經驗，曾為系統、應用及賦能團隊做出關鍵貢獻，涉足廣泛的嵌入式系統與無線連接解決方案領域。他的工作有力地推動了恩智浦無線產品組合的客戶參與及大眾市場推廣，特別是在汽車與物聯網領域。