藍牙通道探測(Channel Sounding, CS)技術確保了精細測距的準確性和安全距離測量。這將助力安全、設備定位和資產追蹤等精細測距應用，同時保持低功耗，且避免額外增添複雜性和成本。
距離測量技術在眾多應用中具有極高的實用性。例如，它能透過確保鑰匙或授權用戶處於指定距離內，為數位鑰匙增添安全保障，進而解鎖門禁。
直至不久前，藍牙技術僅能大致估算兩個設備之間的距離。若需更高的精度，即所謂的「精細測距」，設計工程師不得不轉向其他技術，如超寬頻(Ultra-Wideband, UWB)。
如今，藍牙已近乎成為電子產品的標配。若能僅利用設備內置的藍牙無線電模組，即實現準確且安全的距離測量，將大幅簡化系統設計人員的設計並降低成本。
藍牙通道探測(Channel Sounding, CS)技術透過在鏈路層、主控制器介面，尤其是實體層(Physical Layer, PHY)的強化，實現了這一能力，確保了精細測距的準確性和安全距離測量。接下來將一同檢視藍牙技術的傳統缺點，探討藍牙CS的工作原理，並深入瞭解基於這一新型距離測量功能的藍牙低功耗設備測試的重要性。
藍牙在距離估算上的局限性
十餘年來，藍牙設備一直採用接收訊號強度指示(Received Signal Strength Indicator, RSSI)來估算距離—兩個設備相距越遠訊號越弱。然而，RSSI的準確測量範圍僅限於大約三到五公尺內。這對於安全訪問控制、精確即時定位和資產追蹤等要求精度低於一公尺的應用而言，顯然力不從心。
RSSI面臨的另一挑戰是其信號本身相對不安全，這導致了所謂的「中繼攻擊」。在這種攻擊中，使用者鑰匙扣的信號被捕獲，並由另一靠近車輛的設備重新發送，進而解鎖並盜取車輛。儘管額外的安全檢查和加密措施能提供幫助，但使用藍牙的這種方式已被證明其安全性顯著低於UWB。
藍牙通道探測技術登場
為克服這些挑戰，業界轉向了藍牙CS技術，以期將測距精度提升至亞米級別(約50公分)，同時確保比以往的藍牙低功耗實現更高的信號安全性。2024年9月，通道探測技術正式被納入藍牙6.0規範。
藍牙CS採用兩種技術來準確測量距離：基於相位的測距(Phase-based Ranging, PBR)和飛時測距(Time of Flight, ToF)。
PBR的原理在於，射頻信號(如藍牙)的相位與載波頻率和傳輸距離成正比。在藍牙CS中，第一個設備(即發送者)向第二個設備(即接收者)發送信號。隨後，接收者向發送者發送類似的回傳信號。
兩個設備分別測量接收信號相對於其本地振蕩器的相位。測量在不同跳頻通道上進行，並結合用於最終的距離估算(圖1)。
圖1 基於相位的測距(PBR)
那麼，為何還需測量飛行時間呢？原因在於，相位每2π弧度會「翻轉」，使得難以區分距離相差整數倍信號波長的兩個點。例如，波長為150公尺的藍牙信號在單程75公尺處會翻轉，因此PBR無法區分距離為xm和x+75m的兩個設備。駭客透過延遲信號，可使設備顯得比實際更近。
為解決這一問題，藍牙CS利用ToF來優化PBR的測量結果。兩個設備透過交換數據包來測量傳播通道的往返時間(Round Trip Time, RTT)，這提供了第二個測量值，用於驗證PBR所得的距離(圖2)。
圖2 飛時測距(ToF)
藍牙通道探測/超寬頻的對比
超寬頻因其作為最準確且安全的精細測距技術而廣受歡迎，它利用ToF測量來計算距離。超寬頻擁有500兆赫的寬廣頻寬，意味著信號脈衝極短—僅幾奈秒—進而實現優於10公分的精度。
相比之下，藍牙的優勢在於其幾乎普及於所有電子設備，如智慧手機，並且功耗低於超寬頻。儘管如此，這兩種技術各有千秋，將應用於不同場景。超寬頻憑藉其強大的安全特性，正被迅速應用於汽車鑰匙扣的數位訪問、倉庫資產追蹤、個人物品查找，並正考慮用於汽車內的兒童存在檢測。而藍牙CS則可用於零售業的超個人化營銷、製造現場或醫療保健中的患者監測。事實上， 有些設備同時採用這兩種技術將大有裨益。例如，混合設置可利用藍牙CS進行低功耗的遠距離粗略測距，同時依賴超寬頻進行精細定位。
藍牙通道探測測試解決方案
廠商LitePoint的IQxel系列測試儀支援藍牙CS的實體層測量。從實體層角度來看，測試重點主要圍繞相位、頻率和功率測量，包括但不限於相位穩定性、信噪比輸出控制、射頻掩碼測試、調製特性以及發射器和接收器兩側的頻率偏移。儘管這聽起來似乎直接了當，但這些測試用例必須在不同的符號率和通道探測模式下運行，以驗證設備作為發送者和接收器時的性能。因此，擁有一款能夠提供簡單介面以無縫自動化這些測試用例並循環運行的工具至關重要。
廠商LitePoint提供了IQfact+軟體工具，這在其超越研發工具階段，過渡到模組開發和最終產品製造時尤為有用。在這些階段，IQfact+利用LitePoint測試儀資源，實現多設備測試，進而優化和簡化生產過程。
通道探測提升距離測量準確性
通道探測功能將大幅提升藍牙距離測量的準確性。這將助力安全、設備定位和資產追蹤等精細測距應用，同時保持低功耗，且避免額外增添複雜性和成本。
與任何新技術一樣，對藍牙CS進行穩健且準確的測試至關重要。LitePoint在藍牙測試領域的獨特優勢使其能夠為IQxel-MW7G系列測試解決方案增添對藍牙CS的支援。
(本文作者任職於LitePoint)