近日,蓝牙技术联盟(SIG)发布全新蓝牙 6.0 核心规范,迎来蓝牙技术新的里程碑。主要更新包括蓝牙信道探测(Bluetooth Channel Sounding)、基于决策的广告过滤、监测广告商、同步适配层(ISOAL )的改进、LL 扩展功能集和帧空间更新。
蓝牙6.0的核心亮点在于其引入了一项名为“信道探测”(Channel Sounding)的创新功能,该功能将实现两个蓝牙 LE 设备间的双向测距,为电子设备上的“查找”功能带来前所未有的精确定位能力。另外,蓝牙6.0在传输速度和稳定性上都有明显的提升,可以更快速、更流畅的提供大容量的数据交换。
对于信道探测(Channel Sounding)功能的应用,SIG列举了两个关键场景:蓝牙“查找我的(Find My)”解决方案和数字钥匙解决方案。在钥匙、钱包、背包或行李等个人物品上粘贴蓝牙标签,通过蓝牙的信道探测功能可以更方便快捷的找到丢失的物品。汽车车门、房门、保险箱、自行车等场景都可以使用蓝牙数字钥匙带来更好的体验,信道探测可以增强数字钥匙场景中的安全性和用户体验。除此之外,蓝牙的信道探测还能为各种互联设备提供更多的可能。
蓝牙6.0在“查找我的(Find My)”解决方案有望大幅提升苹果Find My应用的精确定位能力。目前苹果手机在“查找”应用中的“精确查找”功能主要依赖于UWB超宽带技术实现特定配件的定位。未来,蓝牙6.0则很有可能在苹果的手机、电视和其他设备上得到应用。
蓝牙6.0的主要优势包括以下几点:
1.厘米级的精准定位能力:蓝牙信道探测利用PBR和RTT技术可以实现蓝牙设备之间的高精度测距。
2.更高的安全性:蓝牙6.0的数据表使用LE 2M 2BT PHY 传输,其符号脉冲的持续时间比其他PHY的相关脉冲短,降低了物理层涉及的中间人攻击(MITM)。并且信噪比(SNR)控制会增加攻击者的分析难度和速度,轻松过滤人为添加的噪音,具有更高的安全性。
3.低功耗高能效:基于决策的广告过滤通过减少在次级信道上扫描数据包的时间,从而提高扫描效率,增强了蓝牙低功耗(BLE)的扩展广告功能。监控广告功能则在主机无法确定设备是否在范围内时提高了能效。
4.蓝牙技术存在普遍性:蓝牙技术在全球范围内被广泛应用,各种智能电子均支持蓝牙技术,设备链接更便利,开发者可以更低成本的应用距离感知功能。
蓝牙6.0的信道探测功能可以计算两个蓝牙设备之间的距离,其精确度远远高于使用第一代RSSI 和路径损耗的测量方式。
蓝牙6.0信道探测为应用提供了灵活的距离测量工具包,可进行多种不同的配置,主要使用基于相位的测距(PBR)和往返定时(RTT)两种距离测量方法。通常以PBR作为主要测量方法并用RTT辅助测量,以提供更精准的数据。
基于相位的测距(PBR):在信道探测中,从事通信的两个设备称为发射器(Transmitter)和接收器(Receiver)。发射器发送特定信号,接收器接收该信号,进行一些处理,并将其发送回去。通过比较发射和接收信号的相位,相对相位差提供了发射器和接收器之间距离的度量。
往返定时(RTT):无线电 (RF) 传输以光速进行,光速是一个已知常数。通过计算出两个设备之间传输所需的时间,就能计算出距离,用往返时间乘以光速。
然而,在现实世界中,精确测量距离的工作更为复杂,使用的真实设备要想取得令人满意的结果,存在更多复杂难题,而蓝牙技术中的高精度距离测量技术,有效解决了现实世界中的复杂问题,蓝牙信道探测技术的产品实现了比以往更高精度的距离测量。
一个完整的信道探测过程在协议里叫做程序(Procedure)。蓝牙信道探测在一系列程序中进行。每个程序由若干个 信道探测事件(CS Event)组成,每个 信道探测事件又被进一步划分为信道探测子事件(Subevents)。在这一分级方案中,最小单位是步骤(Step)。数据包(Packets)或音调(Tones)就是在步骤内发送和接收的,如下图:
在步骤(Step)中,发起方和接收方之间进行射频信号交换。根据应用层选择使用的信道探测方法(PBR 和/或 RTT),细节会有所不同。CS步骤包括4种不同的模式,根据步骤的目标以及在步骤中开展的活动类型进行定义,分别为Mode-0, Mode-1, Mode-2, Mode-3。
蓝牙的核心规范定义了模式的组合和排序规则,蓝牙信道探测通过多个步骤序列的执行和至少两种模式混合,获取来自更多的数据包和音频交换,获得质量更好、更精准的测距结果。
蓝牙主要分为经典蓝牙(BT)和低功耗蓝牙(BLE),本次蓝牙6.0版本发布的信道探测功能主要基于低功耗蓝牙的开发。
为准电子的综测仪全系列仪表不仅支持基础BLE包括的三种PHY即LE 1M,L1 2M还有LE coded phy,针对新增的蓝牙6.0信道探测格式包括:CS SYNC、CS tone、CS SYNC followed by a CS Tone、CS tone followed by a CS SYNC,可通过现有仪表软件升级的方式完成测试。
CS SYNC主要基于LE 1M、LE 2M和LE 2M 2BT(蓝牙6.0新增),CS SYNC和基础BLE调制方式相同,以GFSK调制,CS TONE是采用ASK调制。
在信号调制方面蓝牙6.0的规则中有新要求:1)针对Stable Phase有95% Zmd的指标要求;2)小数频偏Fractional Frequency Offset (FFO)主要用于Mode-0测量Reflector响应的信号中的CS TONE部分,协议中规定测量值要小于50ppm。
为准电子的现有仪表可以通过软件升级可以在功率测量,频谱测量和调制质量测量中支持蓝牙6.0的新要求,完成蓝牙6.0相关产品的无线测试。