天下武功，唯快不破。所有試圖掌控電磁波并讓其服務于位置偵測的技術，無非都是看中了電磁波的“快“這一特性。確實，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“這個殺手锏。那么，藍牙6.0的新技術，”準“在哪兒呢？

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

根據(jù)藍牙6.0 SIG技術網(wǎng)站的描述，藍牙的位置服務包含三個方案：RSS, RTT和PBR. 它們適用于不同的場景，也可能會結合使用以便于提供更安全精準的位置服務。

對于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。盡管由于空間的復雜導致結果不是那么準確，但是這種方式也可以用于標簽的檢測和簡單的導航。

對于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)射時間，去除接收者的處理時間，除以2，就可以得到我們想要的單程飛行時間（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，這個方法對時間的測量要極其精準，并且保證雙方的時間是一致的，才能克服光速在時間上積累巨大的距離誤差，幸運的是，目前已經(jīng)有很多方法能夠盡可能的消除時間的差距。

那么對于PBR，又是基于什么樣的原理呢？

藍牙6.0的PBR測距，有2個角色，分別是Initiator(啟動器)和Reflector（反射器）。

啟動器是希望計算自己到反射器的距離是多少，所以會主動發(fā)起信號，我們?yōu)榉奖阌嬎愫头治?，假定測相基頻信號表示為

在Channel Sounding的流程開始前，會有同步過程，啟動器和反射器之間要完成簡單的時間同步，這個過程類似于BLE的Central-Master（中心設備）和Peripheral-Slave（外設）之間建立連接。這是一個簡化可能的同步過程：

假設在tsync時刻，啟動器與反射器已精準完成頻率的同步fk（k= 0,1,2,3,…N-1，為第N次跳頻）, 并在此后的跳頻頻點上鎖相環(huán)始終處于鎖定狀態(tài)，啟動器發(fā)射的測相信號為，那么反射器收到的信號為

反射器的本振信號為，進行下變頻采集后的基頻信號為

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

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

如果fk以fo為起始頻率，△f為頻率步長進行跳頻測相，即?, 其中N為可用頻點數(shù)。我們可以得到任意兩個信道間隔的相位差滿足

反過來?，我們就能根據(jù)兩個信道之間頻點差和相位差得到雙方之間的距離。需要注意，按照此公式，對于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個信道，除去3個主廣播信道和4個保護信道不可用，CS可用72個1MHz信號用于跳頻通信。

在這整個過程中，有啟動器和反射器之間的頻率交互，時間交互，相位交互，這是外功。至于如何將頻率做到精準，相位做到精準，算法也做到精準，這只能是精修內(nèi)功了。俗話說，工欲善其事，必先利其器。對于藍牙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呢？

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

模式-0測量頻率補償(校準)：CS SYNC 用于信道探測的數(shù)據(jù)包，其中包含一個用于同步、安全保護和往返時間估計的接入地址。

◆模式-0測量頻率補償(校準)：CS SYNC 用于信道探測的數(shù)據(jù)包，其中包含一個用于同步、安全保護和往返時間估計的接入地址。

◆模式-1測量RTT

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

◆模式-3同時測量RTT和相位偏差

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

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

同時，基于CMW500/270平臺的自動化工具，R&SCMWrun序列器軟件工具中包含了一個現(xiàn)成的測試用例計劃，該計劃全面覆蓋了所有CS預符合性RF-PHY（射頻物理層）測試用例。測試用例可以單獨運行，也可以與完整的預符合性測試一起運行，并生成測試報告。R&SCMWrun序列器軟件工具還會在每次測試運行后生成日志文件，使得回歸測試和預符合性測試變得比以往更加容易。

以下是部分測試結果：

穩(wěn)定相位的測量基于模式-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，也提到了對于信號安全性和健壯性的需求，比如CS伴隨信號以及新調(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）攻擊者預測從合法發(fā)射設備接收到的部分符號的值，并轉發(fā)這些符號的完整、生成版本，同時操縱時間，使合法接收者誤算往返時間，從而誤算距離。攻擊者的信號通常會被放大，這樣目標設備就會將被操縱的信號視為主要信號，而不是較弱的原始信號，因為原始信號很可能看起來像反射信號。持續(xù)時間較長的符號比持續(xù)時間較短的符號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），其符號脈沖的持續(xù)時間比其他 PHY 的相關脈沖短，從而降低了此類攻擊的風險。

可以預見的是，后續(xù)的Channel Sounding版本會對這些特性進一步優(yōu)化，以提升測距相關的體驗。R & S在藍牙技術的發(fā)展過程中，始終伴隨并推動著技術標準的優(yōu)化和落地。在未來的藍牙測試方案中，我們會推出更方便行業(yè)發(fā)展的新的測試內(nèi)容和測試方式，以供選擇。

后 記

羅德與施瓦茨（Rohde & Schwarz）提供的藍牙低功耗（Low Energy）信道探測測試與測量解決方案采用R&SCMW平臺，全面覆蓋產(chǎn)品設計過程中的所有驗證需求，包括功能測試、射頻（RF）參數(shù)測量以及生產(chǎn)要求。配合R&SCMWrun，現(xiàn)成的測試計劃可確?；貧w測試和預符合性測試的效率。完整方案配置如下：

羅德與施瓦茨業(yè)務涵蓋測試測量、技術系統(tǒng)、網(wǎng)絡與網(wǎng)絡安全，致力于打造一個更加安全、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，通過發(fā)展尖端技術，不斷突破技術界限。公司領先的產(chǎn)品和解決方案賦能眾多行業(yè)客戶，助其獲得數(shù)字技術領導力。羅德與施瓦茨總部位于德國慕尼黑，作為一家私有企業(yè)，公司在全球范圍內(nèi)獨立、長期、可持續(xù)地開展業(yè)務。