天下武功，唯快不破。所有試圖掌控電磁波并讓其服務(wù)于位置偵測(cè)的技術(shù)，無非都是看中了電磁波的“快“這一特性。確實(shí)，目前這顆星球上能夠得到最快的速度，只能是光與電磁波。但是也正如同人類馴服光的過程一樣，真正想掌控電磁波這把快劍，所需要的還有“準(zhǔn)“這個(gè)殺手锏。那么，藍(lán)牙6.0的新技術(shù)，”準(zhǔn)“在哪兒呢？

電磁波的描述，往往包含著3個(gè)要素：振幅，波長(zhǎng)（頻率）以及相位。藍(lán)牙的新測(cè)距技術(shù)名稱并不直白，但是所用的備選技術(shù)也只能是這幾種要素或者組合。在電磁波測(cè)距的歷史上，2個(gè)準(zhǔn)確度的測(cè)量始終在人類的掌控目標(biāo)上，一是時(shí)間，二曰頻率和相位。在此之前，不是沒有人嘗試過用振幅測(cè)試過距離，可空間的復(fù)雜性很快給了這個(gè)想法悶頭一擊，只能再次看向時(shí)間這個(gè)神奇無比的魔法師。

根據(jù)藍(lán)牙6.0 SIG技術(shù)網(wǎng)站的描述，藍(lán)牙的位置服務(wù)包含三個(gè)方案：RSS, RTT和PBR. 它們適用于不同的場(chǎng)景，也可能會(huì)結(jié)合使用以便于提供更安全精準(zhǔn)的位置服務(wù)。

對(duì)于RSS, 我們可以根據(jù)自由空間衰落的公式得到特定頻率的電磁波隨距離衰減的強(qiáng)度，來推算發(fā)射者與接收者之間的大致距離。盡管由于空間的復(fù)雜導(dǎo)致結(jié)果不是那么準(zhǔn)確，但是這種方式也可以用于標(biāo)簽的檢測(cè)和簡(jiǎn)單的導(dǎo)航。

對(duì)于RTT方式，我們已經(jīng)知道電磁波在空氣中的傳播速度。那么根據(jù)發(fā)射者的發(fā)射時(shí)間，去除接收者的處理時(shí)間，除以2，就可以得到我們想要的單程飛行時(shí)間（TOF），再乘以光速，就得到了兩者之間的距離。根據(jù)之前的描述，這個(gè)方法對(duì)時(shí)間的測(cè)量要極其精準(zhǔn)，并且保證雙方的時(shí)間是一致的，才能克服光速在時(shí)間上積累巨大的距離誤差，幸運(yùn)的是，目前已經(jīng)有很多方法能夠盡可能的消除時(shí)間的差距。

那么對(duì)于PBR，又是基于什么樣的原理呢？

藍(lán)牙6.0的PBR測(cè)距，有2個(gè)角色，分別是Initiator(啟動(dòng)器)和Reflector（反射器）。

啟動(dòng)器是希望計(jì)算自己到反射器的距離是多少，所以會(huì)主動(dòng)發(fā)起信號(hào)，我們?yōu)榉奖阌?jì)算和分析，假定測(cè)相基頻信號(hào)表示為

在Channel Sounding的流程開始前，會(huì)有同步過程，啟動(dòng)器和反射器之間要完成簡(jiǎn)單的時(shí)間同步，這個(gè)過程類似于BLE的Central-Master（中心設(shè)備）和Peripheral-Slave（外設(shè)）之間建立連接。這是一個(gè)簡(jiǎn)化可能的同步過程：

假設(shè)在tsync時(shí)刻，啟動(dòng)器與反射器已精準(zhǔn)完成頻率的同步fk（k= 0,1,2,3,…N-1，為第N次跳頻）, 并在此后的跳頻頻點(diǎn)上鎖相環(huán)始終處于鎖定狀態(tài)，啟動(dòng)器發(fā)射的測(cè)相信號(hào)為，那么反射器收到的信號(hào)為

反射器的本振信號(hào)為，進(jìn)行下變頻采集后的基頻信號(hào)為

其中，為啟動(dòng)器和反射器的相位差。由于雙方約定了已知的參考信號(hào)，所以最終可以得到反射器在基帶中不同時(shí)刻采樣獲得的相位記為

同樣，經(jīng)過反射器發(fā)送，啟動(dòng)器接收后在基帶中不同時(shí)刻采樣獲得的相位記為

如果fk以fo為起始頻率，△f為頻率步長(zhǎng)進(jìn)行跳頻測(cè)相，即?, 其中N為可用頻點(diǎn)數(shù)。我們可以得到任意兩個(gè)信道間隔的相位差滿足

反過來?，我們就能根據(jù)兩個(gè)信道之間頻點(diǎn)差和相位差得到雙方之間的距離。需要注意，按照此公式，對(duì)于2MHz的頻率間隔，不產(chǎn)生相位模糊的最大距離約為75m，所以為了讓相位模糊的最大距離增加，CS引入了1MHz的信道間隔，就有從CH0到CH78共79個(gè)信道，除去3個(gè)主廣播信道和4個(gè)保護(hù)信道不可用，CS可用72個(gè)1MHz信號(hào)用于跳頻通信。

在這整個(gè)過程中，有啟動(dòng)器和反射器之間的頻率交互，時(shí)間交互，相位交互，這是外功。至于如何將頻率做到精準(zhǔn)，相位做到精準(zhǔn)，算法也做到精準(zhǔn)，這只能是精修內(nèi)功了。俗話說，工欲善其事，必先利其器。對(duì)于藍(lán)牙6.0這樣的利器，去使用的話，如何確保它是真的如傳說中的快和準(zhǔn)呢？

根據(jù)之前的描述，我們知曉藍(lán)牙Channel Sounding對(duì)頻率和相位的要求極其嚴(yán)格，所以對(duì)啟動(dòng)器和反射器的測(cè)試也基本基于此結(jié)論展開。需要了解的是，在Channel Sounding的步驟中，SIG定義了4種模式，來決定步驟的目標(biāo)以及在步驟種開展的活動(dòng)類型，分別為模式-0、模式-1、模式-2 和模式-3，描述如下：

模式-0測(cè)量頻率補(bǔ)償(校準(zhǔn))：CS SYNC 用于信道探測(cè)的數(shù)據(jù)包，其中包含一個(gè)用于同步、安全保護(hù)和往返時(shí)間估計(jì)的接入地址。

◆模式-0測(cè)量頻率補(bǔ)償(校準(zhǔn))：CS SYNC 用于信道探測(cè)的數(shù)據(jù)包，其中包含一個(gè)用于同步、安全保護(hù)和往返時(shí)間估計(jì)的接入地址。

◆模式-1測(cè)量RTT

◆模式-2測(cè)量相位旋轉(zhuǎn)（偏差）：CS Tone 使用ASK調(diào)制技術(shù)時(shí)，符號(hào)是通過在固定頻率下傳輸固定幅度的載波，并在特定時(shí)間持續(xù)期內(nèi)發(fā)送來傳遞的。

◆模式-3同時(shí)測(cè)量RTT和相位偏差

需要注意的是對(duì)模式-3 的支持不是強(qiáng)制性的。應(yīng)用程序希望將 PBR 和 RTT 結(jié)合起來，但通過能力交換程序發(fā)現(xiàn)啟動(dòng)程序和反射程序都不支持模式-3，則可以使用結(jié)合模式-2 和模式-1 步驟的模式序列。

考慮到最有可能成為SIG RF-PHY認(rèn)證組成部分的關(guān)鍵系統(tǒng)參數(shù)包含Phase Stability (transmit)，Phase Measurement Accuracy (receive)，以及Frequency Offset/stability (transmit). 還有模式-0的校準(zhǔn)步驟。羅德與施瓦茨在CMW500/270平臺(tái)上基于藍(lán)牙技術(shù)的核心要求和測(cè)試規(guī)范，支持了新的RF-PHY（射頻物理層）測(cè)試用例以確?？煽啃院蜏?zhǔn)確性。

同時(shí)，基于CMW500/270平臺(tái)的自動(dòng)化工具，R&SCMWrun序列器軟件工具中包含了一個(gè)現(xiàn)成的測(cè)試用例計(jì)劃，該計(jì)劃全面覆蓋了所有CS預(yù)符合性RF-PHY（射頻物理層）測(cè)試用例。測(cè)試用例可以單獨(dú)運(yùn)行，也可以與完整的預(yù)符合性測(cè)試一起運(yùn)行，并生成測(cè)試報(bào)告。R&SCMWrun序列器軟件工具還會(huì)在每次測(cè)試運(yùn)行后生成日志文件，使得回歸測(cè)試和預(yù)符合性測(cè)試變得比以往更加容易。

以下是部分測(cè)試結(jié)果：

穩(wěn)定相位的測(cè)量基于模式-2和模式-3的過程中。

R&S根據(jù)最新的SIG RF-PHY規(guī)范推出了CS的解決方案，在CS的發(fā)布過程中，也提到了對(duì)于信號(hào)安全性和健壯性的需求，比如CS伴隨信號(hào)以及新調(diào)制LE 2M 2BT PHY。這種主要解決RTT過程中的安全問題的脈沖類型，其原理是，有許多已知的物理層攻擊涉及中間人（MITM）攻擊者預(yù)測(cè)從合法發(fā)射設(shè)備接收到的部分符號(hào)的值，并轉(zhuǎn)發(fā)這些符號(hào)的完整、生成版本，同時(shí)操縱時(shí)間，使合法接收者誤算往返時(shí)間，從而誤算距離。攻擊者的信號(hào)通常會(huì)被放大，這樣目標(biāo)設(shè)備就會(huì)將被操縱的信號(hào)視為主要信號(hào)，而不是較弱的原始信號(hào)，因?yàn)樵夹盘?hào)很可能看起來像反射信號(hào)。持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)的符號(hào)比持續(xù)時(shí)間較短的符號(hào)更容易受到這種攻擊。

LE 2M 2BT PHY 的帶寬比特周期乘積值為 2.0（普通為0.5），其符號(hào)脈沖的持續(xù)時(shí)間比其他 PHY 的相關(guān)脈沖短，從而降低了此類攻擊的風(fēng)險(xiǎn)。

可以預(yù)見的是，后續(xù)的Channel Sounding版本會(huì)對(duì)這些特性進(jìn)一步優(yōu)化，以提升測(cè)距相關(guān)的體驗(yàn)。R & S在藍(lán)牙技術(shù)的發(fā)展過程中，始終伴隨并推動(dòng)著技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的優(yōu)化和落地。在未來的藍(lán)牙測(cè)試方案中，我們會(huì)推出更方便行業(yè)發(fā)展的新的測(cè)試內(nèi)容和測(cè)試方式，以供選擇。

后 記

羅德與施瓦茨（Rohde & Schwarz）提供的藍(lán)牙低功耗（Low Energy）信道探測(cè)測(cè)試與測(cè)量解決方案采用R&SCMW平臺(tái)，全面覆蓋產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中的所有驗(yàn)證需求，包括功能測(cè)試、射頻（RF）參數(shù)測(cè)量以及生產(chǎn)要求。配合R&SCMWrun，現(xiàn)成的測(cè)試計(jì)劃可確保回歸測(cè)試和預(yù)符合性測(cè)試的效率。完整方案配置如下：

羅德與施瓦茨業(yè)務(wù)涵蓋測(cè)試測(cè)量、技術(shù)系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)與網(wǎng)絡(luò)安全，致力于打造一個(gè)更加安全、互聯(lián)的世界。成立90 年來，羅德與施瓦茨作為全球科技集團(tuán)，通過發(fā)展尖端技術(shù)，不斷突破技術(shù)界限。公司領(lǐng)先的產(chǎn)品和解決方案賦能眾多行業(yè)客戶，助其獲得數(shù)字技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)力。羅德與施瓦茨總部位于德國(guó)慕尼黑，作為一家私有企業(yè)，公司在全球范圍內(nèi)獨(dú)立、長(zhǎng)期、可持續(xù)地開展業(yè)務(wù)。