从物联网到汽车与物流：蓝牙信道探测技术引领近距离定位革新

目前，物联网、汽车及物流领域对近距离探测技术的需求持续增长，但现有解决方案普遍受限于安全性不足与定位精度欠佳的问题。蓝牙信道探测（Bluetooth Channel Sounding）技术的出现，实现了该领域的跨越式突破 —— 它能提供更高的定位精度、更强的安全性能，并支持规模化部署。本文将深入剖析其核心信号处理技术，重点阐述实际应用中的关键设计要点，同时评估该技术在安全测距、室内定位等典型场景下的性能优势，并通过详细的设计实例，为开发人员提供在蓝牙设备中集成信道探测技术的完整流程指南。

什么是蓝牙信道探测技术？

低功耗蓝牙（Bluetooth Low Energy, BLE）已广泛应用于全球数十亿台电子设备，涵盖智能手机、笔记本电脑、游戏手柄及车载娱乐系统等。2024 年 9 月，蓝牙技术联盟（Bluetooth Special Interest Group, SIG）发布蓝牙核心规范 6.0 版本，其中新增的蓝牙信道探测技术，此前被称为高精度测距技术，该技术大幅提升了近距离无线测距的精度与安全性。

资产追踪、地理围栏、智能门锁、远程无钥匙进入及仓储管理等诸多应用场景，均对近距离无线测距技术有强烈需求。蓝牙信道探测技术整合了两种成熟的测距方法，可实现两台低功耗蓝牙设备间的距离测量，理论测距范围达 150 米，定位精度高达 ±20 厘米。实际应用中的测距范围与精度，取决于信号质量（即信噪比，SNR），而信噪比又受发射功率、环境条件，以及基于相位测距（PBR）或往返时间（RTT）测量数据进行距离估算的信号处理算法影响。增加天线数量有助于提升获得良好信噪比的概率。

蓝牙信道探测技术同时采用相位测距与往返时间测距两种方式，以保障定位精度与安全性。尽管该技术规范要求设备需同时具备这两种测距能力，但实际应用中，开发人员可根据系统要求与场景需求，选择其中一种或同时使用两种方式进行距离估算。

相位测距（PBR）

蓝牙信道探测技术可用于计算两台配对蓝牙设备间的距离。在双设备架构中，一台设备作为 “发起端”，另一台作为 “反射端”。采用相位测距方式时，发起端向反射端发送正弦波信号，反射端接收信号后原样回传，且该信号交互过程会在多个频率上同步进行。通过分析发射信号与接收信号间的相位差，即可最终确定两台设备间的距离（见图 1）。

图 1：发起端与反射端在多个频率上交互正弦波信号，通过分析产生的相位差确定两台设备间的距离。（来源：蓝牙技术联盟）

往返时间测距（RTT）

采用往返时间测距方式估算两台蓝牙设备（发起端与反射端）间的距离，原理相对简洁。信号数据包从发起端传输至反射端的传播时间（ToFI - R），以及从反射端回传至发起端的传播时间（ToFR - I），共同构成距离计算的基础。已知电子信号以光速（c，恒定常数）传播，设备间距离可通过以下公式计算：c × (ToFI - R + ToFR - I) ÷ 2

需注意，往返时间测距是基于无线传输的计时方式。实际应用中，还需考虑两台设备在信号无线传输前的准备时间，以确保距离计算结果的准确性。

图 2：信号数据包在发起端与反射端之间往返的传播时间，是距离计算的核心依据。（来源：蓝牙技术联盟）

传统蓝牙技术在 2.4GHz 频段共划分 40 个信道，信道间隔为 2MHz。相比之下，蓝牙信道探测技术支持多达 72 个信道，信道间隔仅为 1MHz，可提供更宽的工作带宽。这种扩展的信道配置对提升测量精度和系统稳健性起到关键作用，尤其适用于存在多反射面和多径传播的复杂环境。通过利用数量更多、间隔更窄的信道资源，蓝牙信道探测技术能够更精准地捕捉信道特性，降低干扰影响，从而提升距离估算与定位的可靠性。这一优势使其在存在障碍物和信号反射的实际蓝牙部署场景中具备极高的应用价值。

下图为低功耗蓝牙接收信号强度指示（RSSI）、到达角 / 出发角（AoA/AoD）与信道探测技术的关键特性对比表。

图 3 低功耗蓝牙接收信号强度指示（RSSI）、到达角 / 出发角（AoA/AoD）与信道探测技术的关键特性对比表。集成信道探测技术可同时提升系统性能与安全性。（来源：芯科科技）

信道探测技术的安全性

欺骗攻击和中间人攻击（MITM）是两种常见的网络攻击手段。在欺骗攻击中，恶意攻击者伪造数字身份，伪装成受信任的设备，诱导用户授予访问权限或泄露敏感信息。中间人攻击则是指攻击者秘密侵入两台通信设备之间的链路，拦截甚至篡改设备间的数据交互。一旦成功侵入系统，攻击者便可操纵通信过程或窃取数据，以达成恶意目的。

当相位测距（PBR）与往返时间测距（RTT）两种技术协同工作时，蓝牙信道探测技术的安全性将得到显著增强。由于这两种测距方法基于截然不同的物理原理，攻击者很难在维持正常通信的前提下，同时对两种技术实施破解。这种分层防护的设计，大幅提升了协同欺骗攻击与中间人攻击的实施难度。

信道探测技术的应用场景

芯科科技产品营销经理阿希什・查达表示：“信道探测技术的应用场景十分广泛，涵盖无钥匙进入启动系统（PEPS）、自动绘图以及室内测距等领域。例如在多接入点（AP）网络中，发射功率需根据各接入点与相邻设备的距离进行动态调整。借助信道探测技术，中央协调器可指定某一接入点作为发起端，与其他接入点进行测距，从而确定各接入点的相对位置。对所有接入点重复执行这一流程，即可生成网络布局的几何分布图，实现功率控制优化与空间感知能力提升。”

图 4 蓝牙信道探测技术的目标市场与应用场景。该技术已推动无钥匙进入启动系统（PEPS）、自动绘图、室内测距等多领域应用的跨越式发展。（来源：芯科科技）

蓝牙信道探测技术为近距离应用场景提供了高安全性的测距解决方案。其稳定可靠的距离估算能力与抗欺骗攻击特性，使其在传统信号强度测距方法难以胜任的场景中具备显著优势。以下为两个典型应用案例。

汽车安全无钥匙进入

在传统中继攻击中，一名攻击者潜伏在车主附近，拦截车主智能手机或钥匙扣发出的身份验证信号；另一同伙则通过独立通信链路，将拦截到的信号转发至车辆，从而在未持有原始设备的情况下，实现对车辆的非法解锁。

蓝牙信道探测技术可针对此类攻击提供强有力的防御。该技术整合了基于相位测距（PBR）与往返时间测距（RTT）的高级信号验证机制，构建起难以被同时攻破的安全防护体系。这种分层验证机制能够有效拦截非法解锁尝试，保障车辆门禁系统的安全性与可靠性。

仓储应用：高精度室内定位

在仓库、医院等场所，精准追踪工具与设备的位置是保障运营效率的关键。蓝牙信道探测技术可实现高精度室内定位，大幅减少人工搜寻设备的耗时，优化工作流程。在地震、重大交通事故等紧急情况下，医院急诊科室往往会陷入超负荷运转状态，各类急救设备可能被调配至不同科室使用。此时，精准掌握关键设备的位置就变得至关重要，这有助于加快应急响应速度，提升救治效率。

设计实例

大型商业或工业建筑内的设备通常需要部署多个网络接入点（AP），以维持稳定的网络连接。此类系统的部署过程耗时较长，需完成多项关键步骤：开展现场勘测并生成信号强度热力图、优化接入点的安装位置与配置参数、持续调试系统性能以减少信号衰减和干扰。此外，系统性能并非一成不变 —— 室内家具布局调整、新增微波炉等干扰源，都可能导致系统性能下降。

以下为一个基于信道探测技术室内测距能力、包含四个接入点的性能优化设计实例。如图 5 所示，某医疗场所内部署了四个网络接入点：AP0 位于行政办公室、AP1 面向医护人员办公区、AP2 设置在医生诊室、AP3 用于连接核磁共振（MRI）设备。

室内定位应用设计实例

在室内定位场景中，网络需部署多个接入点（AP），并持续优化性能以降低信号衰减与干扰带来的影响。而定位性能并非一成不变，室内家具摆放调整、新增微波炉等干扰源，都可能导致定位精度下降。

以下以医疗场所为例，介绍一套基于蓝牙信道探测室内测距能力、包含四个接入点的性能优化方案。如图 5 所示，该医疗场所部署了四个网络接入点：AP0 位于行政办公室，AP1 面向医护人员，AP2 设置在诊室，AP3 用于连接核磁共振设备。

图 5：某医疗场所部署的四个网络接入点，分别位于行政办公室（AP0）、医护区（AP1）、诊室（AP2）及核磁共振设备区（AP3）。（来源：Silicon Labs）

接入点部署的核心设计要点，在于合理规划接入点间的距离与通信功率。若接入点间距过近，可通过降低发射功率减少信号干扰，提升网络整体稳定性。蓝牙信道探测技术能精准测量设备间距离，为系统智能优化提供支撑。通过评估设备间距与部署密度，可动态调整发射功率，保障通信效果。

具体操作中，由中央协调器指定一个接入点（如 AP0）作为发起端，其余接入点作为反射端。发起端依次与其他接入点完成测距操作，随后按此流程切换发起端，完成所有接入点间的测距。最终生成网络接入点相对位置的几何分布图（见图 6），为蓝牙应用系统优化通信功率提供数据支撑。

图 6：接入点相对位置几何分布图，蓝牙信道探测技术可依据该图确定各接入点间的最佳通信功率。（来源：Silicon Labs）

本实例中，所有接入点均集成了支持蓝牙信道探测技术的片上系统（SoC），如 Silicon Labs 的 BG24 或 BG24L 芯片，这些芯片可灵活切换发起端与反射端两种工作模式。在初步设计阶段，建议使用搭载双天线信道探测模块的开发套件进行设备测试（见图 7）。这类经过预验证的开发套件，能大幅减少开发过程中的试错环节。设计定型后，可将片上系统集成到体积更小巧的接入点硬件中。此外，Silicon Labs 还为开发套件提供配套软件支持，助力开发流程简化与部署周期缩短。

图 7：双天线信道探测开发板（正面）示例，包含信道探测片上系统、双天线及板载调试器。（来源：Silicon Labs）

Silicon Labs 蓝牙产品经理甘苏・纳塔拉詹表示：“开发人员在基于蓝牙信道探测技术进行产品设计时，需求存在差异。部分应用需强大的计算与存储能力，以完成复杂的测距运算；而部分应用仅需部署具备快速响应能力的简易节点，无需承担繁重的运算任务。引脚兼容的 BG24 与 BG24L 芯片，为开发人员提供了灵活的选择。BG24 芯片配备 256KB 静态随机存取存储器与 1536KB 闪存，适合运行内存占用较高的算法，是信道探测发起端的理想选择；BG24L 芯片则更适用于反射端设备，如资产标签、近距离门禁设备等，这类节点仅需稳定高效地响应指令，无需执行测距运算。”

发展前景

蓝牙信道探测技术为低功耗蓝牙技术带来了重大突破。在接收信号强度指示（RSSI）及到达角 / 出发角（AoA/AoD）技术基础上，叠加信道探测技术后，安全追踪、仓库精准室内定位、智能门锁、地理围栏等诸多应用，均实现了定位精度与安全性的双重提升。本文提供的设计实例，为开发人员提供了集成蓝牙信道探测技术的详细步骤。未来几年，蓝牙信道探测技术将逐步融入全球蓝牙生态系统，推动生态持续扩展。

蓝牙技术联盟技术营销总监达蒙・巴恩斯称：“市场对蓝牙技术的需求将持续增长。据 ABI Research 预测，2025 年全球蓝牙设备出货量将达 53 亿台，到 2029 年有望增至 77 亿台，年复合增长率达 9%。蓝牙技术联盟预计，蓝牙信道探测技术将为市场增长贡献重要力量。”