作者：Sophia物联网智库 原创

近日，蓝牙技术联盟（SIG）重磅发布了蓝牙 6.0 核心规范，新版本的蓝牙引出了一项重大创新——“信道探测”（Channel Sounding）功能，预计将为数十亿蓝牙设备带来革命性的真实距离感知能力，能够“在相当远的距离内实现厘米级定位精度”。

此前，SIG 发布的《2024年蓝牙市场最新资讯》显示，预计到 2028 年，蓝牙设备的年出货量将达到 75 亿台，五年复合年增长率（CAGR）为 8%。

如此庞大的出货量，可以说蓝牙和人们的日常生活息息相关，因此其每一代标准的迭代都都备受业界关注。本文将基于新一代蓝牙标准的发布，来看看6.0版本都新增了哪些功能？信道探测的创新体现在哪里？以及这将对整个产业产生哪些影响？

蓝牙 6.0 的新功能/增强功能

在蓝牙技术联盟的官网，我们可以查找到有关蓝牙 6.0 新功能和增强功能的介绍：

①蓝牙信道探测

蓝牙信道探测可实现两个蓝牙设备之间的安全精确测距。这项创新技术引入了真正的距离感知，为各种应用带来了变革性的优势。比如，此前苹果手机有一项名为“查找我的设备”的应用，这是一个非常实用的工具，允许用户定位、保护和找回丢失或被盗的 Apple 设备，如今，蓝牙信道探测功能可以让类似解决方案的用户体验得到极大改善，使查找丢失物品变得更容易、更快捷。

在数字钥匙解决方案中，蓝牙信道探测将增加一层强大的安全保护，确保只有在指定范围内的授权用户才能解锁门或进入安全区。此外，通过为数十亿日常设备注入真实的距离感知功能，蓝牙信道探测为开发人员开启了一个无限可能的世界，激发他们的想象力，创造出将不断增强我们与设备、人与人以及与周围世界连接的创新体验。

②基于决策的广告过滤

Bluetooth LE（低功耗蓝牙）扩展广告功能支持在主无线电信道和辅助无线电信道上传输一系列相关数据包。基于决策的广告过滤允许扫描设备使用在主广告信道上收到的数据包内容来决定是否应在辅助信道上扫描相关数据包，从而通过减少在辅助信道上扫描可能不包含与应用程序相关的 PDU 的数据包所花费的时间来提高扫描效率。

③广告监控

观察器设备的主机组件可以指示 Bluetooth LE 控制器过滤重复的广告数据包。当此类过滤激活时，主机只会从每个唯一设备接收一个广告数据包（根据核心规范中对唯一设备的定义）。这提高了主机的效率，但缺点是，主机无法知道当观察设备应该尝试连接某个设备时，该设备是否仍在范围内。这可能导致观察设备在高占空比扫描中浪费能量，以扫描一个已经不在范围内的先前发现的设备。

与之前相比，新版本的变化在于——当感兴趣的设备进入或离开范围时，新的广告监控功能使用主机控制器接口（HCI）事件来通知主机。

④ISOAL 增强功能

等时适配层 (ISOAL) 使得较大的数据帧可以在较小的链路层数据包中传输，并确保可以重构接收器正确处理数据所需的相关时序信息。ISOAL 可以根据某些变量生成帧式或非帧式 PDU。如果生成帧式 PDU，则可能会增加延迟。

在蓝牙核心规范版本 6.0 中，ISOAL 已得到改进，通过定义一种新的帧模式，可以减少对此问题特别敏感的用例的延迟。该功能还可以提高可靠性。

⑤LL 扩展功能集

借助这一进步，设备可以交换各自支持的链路层功能的信息。此功能在新版本中得到增强，可支持更多功能，随着低功耗蓝牙的复杂性和多功能性不断提高，这一点已成为必需。

⑥帧间隔更新

蓝牙核心规范的早期版本定义了一个常量值，用于分隔连接事件或已连接同步流 (CIS) 子事件中相邻数据包传输的时间。该值在规范中指定为 T_IFS，固定值为 150 µs。在蓝牙核心规范 6.0 版中，连接或已连接同步流中使用的帧间隔现在是可协商的，可以短于或长于 150 µs。

纵观这些新功能/增强功能，可以说蓝牙 6.0 延续了蓝牙技术定期更新新功能和技术改进的趋势——信道探测将提供一种基于标准的安全方法，实现可靠且精确的距离测量，许多类型的产品将因此受益；基于决策的广告过滤将提高使用蓝牙扩展广告进行无连接数据传输时的吞吐量和可靠性；广告监控功能将对应用开发者有所帮助，提供更好的用户界面和改进的用户体验；对 ISOAL 的改进将有利于对低延迟有要求的音频应用；而 LL 扩展功能集能力使得在最复杂、功能最丰富的设备中能够发现功能支持情况。

蓝牙信道探测改进点在哪里？

在 6.0 版本的新功能中，最值得关注无疑是信道探测。

熟悉蓝牙发展的朋友应该知道，2019年，蓝牙技术联盟（SIG）发布新的蓝牙 5.1 标准，并在其中引入新的“寻向”功能，这一“新颖”的技术创新，使得基于蓝牙技术的定位精度提升到了 0.1-1 米，达到与 UWB 几乎是同一个定位精度级别——到达角AoA（Angle of Arrival）和离开角AoD（Angel of Departure）定位算法是其中的两种主要定位方法。

AoA是一种利用天线阵列和相位差来估计到达角度的方法，发射器使用单个天线发射信号，而接收器内置至少两个天线阵列，当信号通过时，会因每个天线接收到的信号距离不同而产生相位差，进而计算出信号的方向。

AoD的原理相同，也是利用信号相位差从而计算角度。只不过是将发射器和接收器的角色进行了交换，发射器有多个天线，而接收器是单天线的，接收器使用角度相对发射器的位置就像迎角一样，可以通过接收到的信号计算出来波的方向，进而定位。

许多应用需要计算两个蓝牙设备之间的距离——在蓝牙 6.0 规范发布之前，计算两个蓝牙设备之间的距离只能通过一种称为路径损耗计算的方法来实现。该方法要求接收设备测量接收到的信号强度（称为 RSSI），并且需要知道远程设备在某个参考距离（如 1 米）处传输的信号强度。此外，相关物理原理表明，接收端的信号强度与其与发射端距离的平方成反比。利用发射端的参考信号强度、RSSI 和这个简单的数学关系，就可以计算出一个距离值。

路径损耗计算适用于当距离计算的精度要求不高，以及计算的一致性和可靠性要求不高的情况。由于在两个设备之间的距离相对较小时，信号强度会迅速下降，路径损耗计算能够产生相对较好的结果。但在较长距离时，微小的信号强度变化可能对应较大的距离范围，使得计算对小误差非常敏感。该方法易受干扰和其他环境因素的影响。此外，它也不安全，容易使应用程序面临例如距离欺骗等攻击的风险。像资产追踪、无钥匙进入和点火系统等应用的更高要求，需要一种更复杂、安全且标准化的方法，以提供更准确和可靠的结果。

与此前相比，新版本的信道探测功能包括两种不同的距离测量方法，可以单独使用，也可以结合使用。这两种方法分别称为相位测距法（PBR）和往返定时法（RTT）。与路径损耗法相比，该系统支持更精确的距离测量计算，不易受干扰和环境因素的影响，并集成了多种安全机制。

相位测距法（PBR）

PBR 方法利用了无线电信号的一个基本特性，即相位及其与频率和波长的关系。相位可视为波周期的一部分，通常用 0 至 2π 弧度之间的角度表示。相位的变化有时归因于相位旋转。下图显示了无线电信号中对应于不同点的示例相位值，注意到这些值在多个波周期中具有周期性和重复性。

使用 PBR 时，启动器以给定频率 (f1) 向反射器发射信号。反射器向启动器发回信号，启动器在收到回复后，测量接收信号的相位，我们在此将其称为 (Pf1)。

接着，发射器发射另一个无线电信号，这次频率不同，为 (f2)。反射器再次将接收到的信号回传给发射器。频率的改变会改变波长，因此发射器在接收到反射器回波时测量到的相位 (Pf2) 也会随之改变。

现在，启动器可以使用频率差（(f1)-(f2)）、相位差（(Pf1)-(Pf2)）和光速公式计算两个设备之间的距离。

在实际应用中，设备通常会以两个以上的不同频率交换两个以上的信号，因为有了更多的低电平测量值，就能提高应用计算距离测量值的精度。

启动器测量到的相位值会随着设备之间距离的增加而变化，但在某一点上会重置为零，相位值开始重复。这是因为相位旋转具有周期性。在距离测量中，这种现象被称为“距离模糊”，因为相同的相位值可能在多个不同的距离上出现。究竟何时首次出现距离模糊，取决于信道探测信号频率之间的差值。这个差值被称为频率间隔。一般来说，频率间隔越大，距离模糊越早出现。Bluetooth CS 使用 1 MHz 的频率分离，距离模糊不会在 150 米以内出现。

将 PBR 与第二种距离测量方法 “往返计时 “结合使用，可以解决距离模糊的问题。

循环时序 (RTT)

RTT 方法是发射器向反射器发送数据包，反射器再发回同样的数据包。只有在这一点上与 PBR 方法有相似之处。

为了进行距离测量计算，发起设备在发送数据包时记录一个时间戳，称为发送时间（ToD）。当它接收到反射设备返回的数据包时，再次记录一个时间戳，称为到达时间（ToA）。

如果我们将从 ToD 到 ToA 之间经过的时间称为 TA-D，则可以通过将 TA-D 乘以光速（c），然后再除以 2（因为这是一个双向的往返时间）来得到一个粗略的距离估算。然而，这个估算非常粗糙，因为它没有考虑反射设备接收数据包、处理数据包、生成响应并发送响应所花费的时间。这一处理过程虽然看起来时间短且影响微小，但无线电波以光速传播（在真空中），在一微秒内可以传播 300 米，因此在飞行时间计算中的微小误差会对计算出的距离产生重大影响。因此，准确确定无线电信号实际在飞行中所花费的时间是 RTT 方法中获得精确距离测量的关键。

蓝牙信道探测中的 RTT 方法确保了反射设备处理接收到的 CS 数据包并将其返回给发起设备所需的时间是已知的，因此该时间值可以用于计算，从而得出更准确的飞行时间。

蓝牙核心规范定义了几种不同的捕获 ToA 和 ToD 时间戳的方法。这些方法在复杂性和精确度上有所不同。最精确的时间捕获方法称为分数定时估计。尽可能精确地捕获 ToA 和 ToD 值将产生最准确的距离测量结果。

就技术特性来看：蓝牙信道探测功能具有以下三大优势：

①精确性——蓝牙信道探测采用了基于相位的测距技术，这种技术可以实现蓝牙设备之间的高精度测距。即便是在较长的距离内，也能保持厘米级的精度，满足了绝大多数应用的需求。这意味着，即使是简单的互联设备，也能够充分利用这一真实距离感知功能。

②安全性——随着物联网设备数量的激增，确保连接的安全性变得越来越重要。蓝牙信道探测功能采取了一系列多层安全措施，包括辅助测距方法和基于往返时间的距离约束，这些措施有效地增强了对抗复杂的中间人攻击的能力，保护了用户的数据和隐私安全。

③普遍性——蓝牙技术已经在全球范围内得到了广泛的应用，从智能手机、平板电脑到笔记本电脑，各种主流消费电子产品都支持蓝牙技术。蓝牙信道探测的引入，意味着开发人员无需设计全新的无线技术方案，就可以为现有的蓝牙设备添加真实距离感知功能，这大大降低了开发成本，并提高了技术的普及速度。

写在最后

蓝牙 6.0 核心规范的发布，不仅为蓝牙技术带来了新的生命，也为用户提供了更加丰富和安全的无线连接体验。随着这一新技术的普及，可以预见，未来将有更多的智能设备能够实现更加精准和安全的互联互通。虽然目前还不清楚首批搭载蓝牙 6.0 的设备何时发布，但鉴于该规范刚刚向硬件制造商和开发商开放，首批支持该规范的设备可能至少还需要一年时间才能发布。

参考资料：

《Bluetooth(®)核心规范 6.0 版》，bluetooth

《Now Available: New Version of the Bluetooth Core Specification》，bluetooth

《蓝牙6.0核心规范发布，信道探测功能带来精准定位与安全连接新时代》，新浪财经

       原文标题 : 厘米级定位！蓝牙 6.0 引入的“信道探测（Channel Sounding）”功能牛在哪里？