【導讀】在精確感知成為萬物互聯核心需求的今天，從智能家居到自動駕駛，再到智慧倉儲，對厘米級精準定位與可靠安全測距的追求正推動底層技術革新。傳統無線定位方案在精度、抗干擾與規模化應用間面臨取舍。新興的藍牙信道探測（Channel Sounding）技術，通過分析無線信道本身的物理特征，實現了從“粗略存在性檢測”到“精確距離與位置感知”的本質躍遷。本文將解析這一技術如何重塑近距離感知的規則，探討其在高安全性門禁、復雜室內導航與大規模資產追蹤等場景中的關鍵設計考量與實施路徑，為開發者提供邁向下一代定位應用的實用指南。
在精確感知成為萬物互聯核心需求的今天，從智能家居到自動駕駛，再到智慧倉儲，對厘米級精準定位與可靠安全測距的追求正推動底層技術革新。傳統無線定位方案在精度、抗干擾與規模化應用間面臨取舍。新興的藍牙信道探測（Channel Sounding）技術，通過分析無線信道本身的物理特征，實現了從“粗略存在性檢測”到“精確距離與位置感知”的本質躍遷。本文將解析這一技術如何重塑近距離感知的規則，探討其在高安全性門禁、復雜室內導航與大規模資產追蹤等場景中的關鍵設計考量與實施路徑，為開發者提供邁向下一代定位應用的實用指南。
什么是藍牙信道探測技術？
低功耗藍牙（Bluetooth Low Energy, BLE）已廣泛應用于全球數十億臺電子設備，涵蓋智能手機、筆記本電腦、游戲手柄及車載娛樂系統等。2024 年 9 月，藍牙技術聯盟（Bluetooth Special Interest Group, SIG）發布藍牙核心規范 6.0 版本，其中新增的藍牙信道探測技術，此前被稱為高精度測距技術，該技術大幅提升了近距離無線測距的精度與安全性。
資產追蹤、地理圍欄、智能門鎖、遠程無鑰匙進入及倉儲管理等諸多應用場景，均對近距離無線測距技術有強烈需求。藍牙信道探測技術整合了兩種成熟的測距方法，可實現兩臺低功耗藍牙設備間的距離測量，理論測距范圍達 150 米，定位精度高達 ±20 厘米。實際應用中的測距范圍與精度，取決于信號質量（即信噪比，SNR），而信噪比又受發射功率、環境條件，以及基于相位測距（PBR）或往返時間（RTT）測量數據進行距離估算的信號處理算法影響。增加天線數量有助于提升獲得良好信噪比的概率。
藍牙信道探測技術同時采用相位測距與往返時間測距兩種方式，以保障定位精度與安全性。盡管該技術規范要求設備需同時具備這兩種測距能力，但實際應用中，開發人員可根據系統要求與場景需求，選擇其中一種或同時使用兩種方式進行距離估算。
相位測距（PBR）
藍牙信道探測技術可用于計算兩臺配對藍牙設備間的距離。在雙設備架構中，一臺設備作為 “發起端”，另一臺作為 “反射端”。采用相位測距方式時，發起端向反射端發送正弦波信號，反射端接收信號后原樣回傳，且該信號交互過程會在多個頻率上同步進行。通過分析發射信號與接收信號間的相位差，即可最終確定兩臺設備間的距離（見圖 1）。
圖 1：發起端與反射端在多個頻率上交互正弦波信號，通過分析產生的相位差確定兩臺設備間的距離。（來源：藍牙技術聯盟）
往返時間測距（RTT）
采用往返時間測距方式估算兩臺藍牙設備（發起端與反射端）間的距離，原理相對簡潔。信號數據包從發起端傳輸至反射端的傳播時間（ToFI - R），以及從反射端回傳至發起端的傳播時間（ToFR - I），共同構成距離計算的基礎。已知電子信號以光速（c，恒定常數）傳播，設備間距離可通過以下公式計算：c × (ToFI - R + ToFR - I) ÷ 2
需注意，往返時間測距是基于無線傳輸的計時方式。實際應用中，還需考慮兩臺設備在信號無線傳輸前的準備時間，以確保距離計算結果的準確性。
圖 2：信號數據包在發起端與反射端之間往返的傳播時間，是距離計算的核心依據。（來源：藍牙技術聯盟）
傳統藍牙技術在 2.4GHz 頻段共劃分 40 個信道，信道間隔為 2MHz。相比之下，藍牙信道探測技術支持多達 72 個信道，信道間隔僅為 1MHz，可提供更寬的工作帶寬。這種擴展的信道配置對提升測量精度和系統穩健性起到關鍵作用，尤其適用于存在多反射面和多徑傳播的復雜環境。通過利用數量更多、間隔更窄的信道資源，藍牙信道探測技術能夠更精準地捕捉信道特性，降低干擾影響，從而提升距離估算與定位的可靠性。這一優勢使其在存在障礙物和信號反射的實際藍牙部署場景中具備極高的應用價值。
下圖為低功耗藍牙接收信號強度指示（RSSI）、到達角 / 出發角（AoA/AoD）與信道探測技術的關鍵特性對比表。
圖 3 低功耗藍牙接收信號強度指示（RSSI）、到達角 / 出發角（AoA/AoD）與信道探測技術的關鍵特性對比表。集成信道探測技術可同時提升系統性能與安全性。（來源：芯科科技）
信道探測技術的安全性
欺騙攻擊和中間人攻擊（MITM）是兩種常見的網絡攻擊手段。在欺騙攻擊中，惡意攻擊者偽造數字身份，偽裝成受信任的設備，誘導用戶授予訪問權限或泄露敏感信息。中間人攻擊則是指攻擊者秘密侵入兩臺通信設備之間的鏈路，攔截甚至篡改設備間的數據交互。一旦成功侵入系統，攻擊者便可操縱通信過程或竊取數據，以達成惡意目的。
當相位測距（PBR）與往返時間測距（RTT）兩種技術協同工作時，藍牙信道探測技術的安全性將得到顯著增強。由于這兩種測距方法基于截然不同的物理原理，攻擊者很難在維持正常通信的前提下，同時對兩種技術實施破解。這種分層防護的設計，大幅提升了協同欺騙攻擊與中間人攻擊的實施難度。
信道探測技術的應用場景
芯科科技產品營銷經理阿希什?查達表示：“信道探測技術的應用場景十分廣泛，涵蓋無鑰匙進入啟動系統（PEPS）、自動繪圖以及室內測距等領域。例如在多接入點（AP）網絡中，發射功率需根據各接入點與相鄰設備的距離進行動態調整。借助信道探測技術，中央協調器可指定某一接入點作為發起端，與其他接入點進行測距，從而確定各接入點的相對位置。對所有接入點重復執行這一流程，即可生成網絡布局的幾何分布圖，實現功率控制優化與空間感知能力提升。”
圖 4 藍牙信道探測技術的目標市場與應用場景。該技術已推動無鑰匙進入啟動系統（PEPS）、自動繪圖、室內測距等多領域應用的跨越式發展。（來源：芯科科技）
藍牙信道探測技術為近距離應用場景提供了高安全性的測距解決方案。其穩定可靠的距離估算能力與抗欺騙攻擊特性，使其在傳統信號強度測距方法難以勝任的場景中具備顯著優勢。以下為兩個典型應用案例。
汽車安全無鑰匙進入
在傳統中繼攻擊中，一名攻擊者潛伏在車主附近，攔截車主智能手機或鑰匙扣發出的身份驗證信號；另一同伙則通過獨立通信鏈路，將攔截到的信號轉發至車輛，從而在未持有原始設備的情況下，實現對車輛的非法解鎖。
藍牙信道探測技術可針對此類攻擊提供強有力的防御。該技術整合了基于相位測距（PBR）與往返時間測距（RTT）的高級信號驗證機制，構建起難以被同時攻破的安全防護體系。這種分層驗證機制能夠有效攔截非法解鎖嘗試，保障車輛門禁系統的安全性與可靠性。
倉儲應用：高精度室內定位
在倉庫、醫院等場所，精準追蹤工具與設備的位置是保障運營效率的關鍵。藍牙信道探測技術可實現高精度室內定位，大幅減少人工搜尋設備的耗時，優化工作流程。在地震、重大交通事故等緊急情況下，醫院急診科室往往會陷入超負荷運轉狀態，各類急救設備可能被調配至不同科室使用。此時，精準掌握關鍵設備的位置就變得至關重要，這有助于加快應急響應速度，提升救治效率。
設計實例
大型商業或工業建筑內的設備通常需要部署多個網絡接入點（AP），以維持穩定的網絡連接。此類系統的部署過程耗時較長，需完成多項關鍵步驟：開展現場勘測并生成信號強度熱力圖、優化接入點的安裝位置與配置參數、持續調試系統性能以減少信號衰減和干擾。此外，系統性能并非一成不變 —— 室內家具布局調整、新增微波爐等干擾源，都可能導致系統性能下降。
以下為一個基于信道探測技術室內測距能力、包含四個接入點的性能優化設計實例。如圖 5 所示，某醫療場所內部署了四個網絡接入點：AP0 位于行政辦公室、AP1 面向醫護人員辦公區、AP2 設置在醫生診室、AP3 用于連接核磁共振（MRI）設備。
室內定位應用設計實例
在室內定位場景中，網絡需部署多個接入點（AP），并持續優化性能以降低信號衰減與干擾帶來的影響。而定位性能并非一成不變，室內家具擺放調整、新增微波爐等干擾源，都可能導致定位精度下降。
以下以醫療場所為例，介紹一套基于藍牙信道探測室內測距能力、包含四個接入點的性能優化方案。如圖 5 所示，該醫療場所部署了四個網絡接入點：AP0 位于行政辦公室，AP1 面向醫護人員，AP2 設置在診室，AP3 用于連接核磁共振設備。
圖 5：某醫療場所部署的四個網絡接入點，分別位于行政辦公室（AP0）、醫護區（AP1）、診室（AP2）及核磁共振設備區（AP3）。（來源：Silicon Labs）
接入點部署的核心設計要點，在于合理規劃接入點間的距離與通信功率。若接入點間距過近，可通過降低發射功率減少信號干擾，提升網絡整體穩定性。藍牙信道探測技術能精準測量設備間距離，為系統智能優化提供支撐。通過評估設備間距與部署密度，可動態調整發射功率，保障通信效果。
具體操作中，由中央協調器指定一個接入點（如 AP0）作為發起端，其余接入點作為反射端。發起端依次與其他接入點完成測距操作，隨后按此流程切換發起端，完成所有接入點間的測距。最終生成網絡接入點相對位置的幾何分布圖（見圖 6），為藍牙應用系統優化通信功率提供數據支撐。
圖 6：接入點相對位置幾何分布圖，藍牙信道探測技術可依據該圖確定各接入點間的最佳通信功率。（來源：Silicon Labs）
本實例中，所有接入點均集成了支持藍牙信道探測技術的片上系統（SoC），如 Silicon Labs 的 BG24 或 BG24L 芯片，這些芯片可靈活切換發起端與反射端兩種工作模式。在初步設計階段，建議使用搭載雙天線信道探測模塊的開發套件進行設備測試（見圖 7）。這類經過預驗證的開發套件，能大幅減少開發過程中的試錯環節。設計定型后，可將片上系統集成到體積更小巧的接入點硬件中。此外，Silicon Labs 還為開發套件提供配套軟件支持，助力開發流程簡化與部署周期縮短。
圖 7：雙天線信道探測開發板（正面）示例，包含信道探測片上系統、雙天線及板載調試器。（來源：Silicon Labs）
Silicon Labs 藍牙產品經理甘蘇?納塔拉詹表示：“開發人員在基于藍牙信道探測技術進行產品設計時，需求存在差異。部分應用需強大的計算與存儲能力，以完成復雜的測距運算；而部分應用僅需部署具備快速響應能力的簡易節點，無需承擔繁重的運算任務。引腳兼容的 BG24 與 BG24L 芯片，為開發人員提供了靈活的選擇。BG24 芯片配備 256KB 靜態隨機存取存儲器與 1536KB 閃存，適合運行內存占用較高的算法，是信道探測發起端的理想選擇；BG24L 芯片則更適用于反射端設備，如資產標簽、近距離門禁設備等，這類節點僅需穩定高效地響應指令，無需執行測距運算。”
發展前景
藍牙信道探測技術為低功耗藍牙技術帶來了重大突破。在接收信號強度指示（RSSI）及到達角 / 出發角（AoA/AoD）技術基礎上，疊加信道探測技術后，安全追蹤、倉庫精準室內定位、智能門鎖、地理圍欄等諸多應用，均實現了定位精度與安全性的雙重提升。本文提供的設計實例，為開發人員提供了集成藍牙信道探測技術的詳細步驟。未來幾年，藍牙信道探測技術將逐步融入全球藍牙生態系統，推動生態持續擴展。
藍牙技術聯盟技術營銷總監達蒙?巴恩斯稱：“市場對藍牙技術的需求將持續增長。據 ABI Research 預測，2025 年全球藍牙設備出貨量將達 53 億臺，到 2029 年有望增至 77 億臺，年復合增長率達 9%。藍牙技術聯盟預計，藍牙信道探測技術將為市場增長貢獻重要力量。”
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