Channel Sounding功能将加入蓝牙数字钥匙，将为位置服务应用带来什么新发展？

作为在消费电子领域发展的十分成功、在手机上已属于常规功能且装机率100%的蓝牙技术，经过多年的发展已经被消费者们熟悉和信任。蓝牙技术应用主要分为四大块：音频传输、数据传输、设备网络、位置服务。基于蓝牙技术的位置服务是近年增长最快的蓝牙技术应用领域之一。汽车数字钥匙在车辆访问控制领域发挥着关键作用，是蓝牙技术在位置服务应用中的重要方向。

蓝牙技术应用的四大领域

图1 蓝牙技术应用的四大领域

●音频传输：无线耳机、无线音箱、车载系统

●数据传输：运动与健身、电脑外设与配件、健康与保健

●数据网络：联网照明控制、监控系统、电子货架标签

●位置服务：资产跟踪、室内导航、个人寻物、数字钥匙

蓝牙技术在位置服务领域增长最快

基于蓝牙技术的位置服务是近年增长最快的蓝牙技术应用领域之一，蓝牙位置服务设备目前的年出货量超过2.5亿，预计将在2027年达到5.15亿（2023-2027年复合增长率20%）。

图2 蓝牙位置服务设备年出货量

蓝牙技术应用的四大领域

应用于位置服务的蓝牙技术，主要基于RSSI（Received Signal Strength Indication）测距和AoA/AoD（Angle of Arrival/Angle of Departure）测角。在测量距离方面，蓝牙接收器根据接收信号的强度计算出与蓝牙发射器的距离；在测量方位角方面，蓝牙接收器通过寻向功能计算来自蓝牙发射器的信号方向。

图3 蓝牙位置服务基本原理

蓝牙位置服务——资产跟踪

在实时定位系统（RTLS）中，基于蓝牙位置服务的资产跟踪方案可以使系统能够追踪物品位置，其工作原理（移动发射器/固定接收器）如下：

1. 贴在资产上的移动蓝牙标签发射一个信号；

2. 系统中的固定蓝牙接收器接收到该信号并计算，向中央位置引擎报告标签的距离/方向；

3. 中央位置引擎接收到多个距离/方向报告，使用三边测量法/三角测量法计算蓝牙标签在区域内的位置。

图4 蓝牙位置服务——资产跟踪工作原理

蓝牙位置服务——室内导航

在室内定位系统（IPS）中，基于蓝牙位置服务的室内导航方案可以使物品能够追踪自己的位置，其工作原理（固定发射器/移动接收器）如下：

1. 固定蓝牙定位器发射一个信号；

2. 移动蓝牙接收设备接收到该信号并计算出每个定位器的距离/方向；

3. 设备上的位置引擎使用三边测量法/三角定位法计算并显示设备在某个区域内的位置。

图5 蓝牙位置服务——室内导航工作原理

蓝牙位置服务——个人寻物

在寻物解决方案（IFS）中，基于蓝牙位置服务的个人寻物方案使个人能够找到自己的物品，其工作原理（移动发射器/移动接收器）如下：

1. 移动蓝牙标签发射一个信号；

2. 移动蓝牙智能手机接收该信号；

3. 智能手机上的软件使用信号数据计算出标签的距离/方向。

图6 蓝牙位置服务——个人寻物工作原理

蓝牙位置服务——数字钥匙

为什么数字钥匙厂商选择蓝牙？

1. 蓝牙是消费者熟悉和信任的技术

•  目前所有手机均搭载蓝牙

•  到2023年，93%的新汽车将蓝牙作为标准配置，全球道路上超过一半的车辆搭载蓝牙

2. 蓝牙的基石是互通性

•  世界级的规范流程、IoP、UPF和认证计划

•  成员和汽车行业组织之间的协作关系 (CE4A、JASPAR、Thatcham、CCC、ICCE、CAAM等)

3. 众多厂商组成的生态圈不断扩大

•  健全的规范：接近+方向+安全测距

•  超低的功耗，并且仍在继续降低

•  功能路线图不断扩展

4. 众多厂商组成的生态圈不断扩大

•  众多行业支持蓝牙位置服务（如工业、制造业、住宅等）

•  蓝牙技术与智能手机助力汽车电子行业快速提供位置服务

在数字钥匙系统（DKS）中，基于蓝牙位置服务的数字钥匙方案用于解锁和上锁车门与空间，其工作原理（移动发射器/固定接收器）如下：

1. 当智能设备在车辆的蓝牙通信范围内时，与系统建立连接；

2. 车身上的固定蓝牙天线接收到信号并使用该信号计算，然后向中央装置报告数字钥匙的距离/方向；

3. 中央装置接收到多个天线的报告，并使用三边测量法/三角测量法计算出数字钥匙在区域内的位置。

图7 蓝牙位置服务——数字钥匙工作原理

信驰达蓝牙数字钥匙

随着近年来新能源汽车的迅速发展，作为连接人与车的关键入口，几乎所有品牌的汽车都已经计划开发了基于蓝牙技术的汽车数字钥匙，2023年蓝牙数字钥匙和配件的出货量预计已经达到3100万。信驰达在蓝牙数字钥匙方案上已有多款符合车规级蓝牙模块成功装车量产，模块基于TI CC2642R-Q1/CC2340R5-Q1开发，符合AEC-Q100汽车规格等级2，温度范围-40℃~+ 105℃，提供蓝牙低功耗特性：无线电、蓝牙协议栈、配置文件和客户应用程序的所需空间，提供灵活的硬件接口，用于连接传感器，同时提供单电线和1+N多天线定位方案。

图8 信驰达蓝牙数字钥匙方案

蓝牙位置服务新技术——Channel Sounding

►Channel Sounding 技术定位原理

目前基于蓝牙RSSI进行距离测量、基于AoA/AoD测量方位角的定位技术，容易受到环境电磁条件及传输介质影响从而使测量精度降低，且这种无安全机制的测量容易受到攻击从而导致错误的测量结果。因此，未来在最新蓝牙版本中将引入低功耗蓝牙（BLE）的 Channel Sounding 功能，可同时通过相位测量及RTT（往返时间）测量来进行距离估算并相互修正使得蓝牙测距精度更高且具备安全防护机制。其实现原理如下：

1. 信道探测特性中的基于往返时间（RTT）的距离估算中两台设备交换数据包并使用出发时间（ToD）及到达时间（ToA）估算飞行时间（TOF），最后利用ToF估算距离。

图9 相关时间的定义

2. 假定两台设备上的时基相同、ToD和ToA相对测量的距离精度足够、两台设备间满足视距条件且无反射则估算的距离为：

图10 计算公式

►Channel Sounding 最新进展与现状

1.成员公司对Channel Sounding 的动力和支持力度不断加强

•  DENSO、TI、Qorvo、Alps Alpine、高通、恩智浦、英飞凌、博通、通用汽车等

2. 车联网联盟(CCC)参与情况

•  在2023年3月的CCC成员会议上成功举办Channel Sounding研讨会，讨论的主题涉及准确性、安全性、性能和法规

•  DENSO与CCC内的成员公司率先提出下一版数字钥匙规格的变更请求

3. 各大供应商基于当前规格向开发者介绍channel Sounding

•  Lambda:4和IMEC

•  位置算法

•  Alps Alpine和博通宣布于2022年底发布PaaK系统

•  DENSO开发了多天线车载演示平台

4. 采取多组织、多公司共同参与的方法，积极满足市场需求

5. 目前已有平台展示预规格解决方案

6. 预计规范在2024年发布

►生态圈与 Channel Sounding 规范制定

1. 众多蓝牙成员公司都积极参与规范制定

2. 部分成员公司

图11 部分成员公司

关于信驰达

深圳市信驰达科技有限公司（RF-star）是一家专注于物联网射频通信方案的高新技术企业，车联网联盟（CCC）和智慧车联产业生态联盟（ICCE）会员，通过ISO9001和IATF16949质量体系认证。2010年成立之初即成为美国TI公司官方授权方案商，之后陆续得到Silicon Labs、Nordic、Realtek、Espressif、ASR、卓胜微等海内外知名芯片企业的认可和支持。公司提供物联网无线模块和应用方案，包括BLE、Wi-Fi、UWB、Zigbee、Thread、Matter、Sub-1G、Wi-SUN、LoRa等。