藍(lán)牙技術(shù)在我們的生活中扮演著重要的角色，是目前使用最為廣泛的近距離低成本無(wú)線(xiàn)連接技術(shù)。今天，我們就藍(lán)牙定位的三種技術(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)潔的概述：
RSSI信號(hào)強(qiáng)度定位技術(shù)是根據(jù)兩個(gè)設(shè)備之間信號(hào)強(qiáng)度在傳輸距離中的衰減程度進(jìn)行距離估算的一種方式。以藍(lán)牙Beacon為例，藍(lán)牙Beacon是RSSI（信號(hào)強(qiáng)度）定位的一種，和網(wǎng)關(guān)單基站的定位方式不同，藍(lán)牙Beacon是三角測(cè)量的方案，即通過(guò)三個(gè)或三個(gè)以上的基站信號(hào)，交叉測(cè)算出更為精準(zhǔn)的位置信息，可以是1m到3m不等。
DF(Direction Finding)測(cè)向定位包含到達(dá)角AoA（Angle of Arrival）和離開(kāi)角AoD（Angel of Departure）定位算法，是在藍(lán)牙5.1標(biāo)準(zhǔn)時(shí)引入的定位方法，通過(guò)藍(lán)牙設(shè)備辨別發(fā)射節(jié)點(diǎn)信號(hào)的到達(dá)/發(fā)送方向，從而計(jì)算出接收器和發(fā)射器之間的相對(duì)角度或方位。
AoA測(cè)距算法是一種利用天線(xiàn)陣列和相位差來(lái)估計(jì)到達(dá)角度的方法，發(fā)射器使用單個(gè)天線(xiàn)發(fā)射信號(hào)，而接收器內(nèi)置至少兩個(gè)天線(xiàn)陣列，當(dāng)信號(hào)通過(guò)時(shí)，會(huì)因每個(gè)天線(xiàn)接收到的信號(hào)距離不同而產(chǎn)生相位差，進(jìn)而計(jì)算出信號(hào)的方向。
AoD的原理相同，也是利用信號(hào)相位差從而計(jì)算角度。只不過(guò)時(shí)將發(fā)射器和接收器的角色進(jìn)行了交換，發(fā)射器有多個(gè)天線(xiàn)，而接收器是單天線(xiàn)的，接收器使用角度相對(duì)發(fā)射器的位置就像迎角一樣，可以通過(guò)接收到的信號(hào)計(jì)算出來(lái)波的方向，進(jìn)而定位。
理論上藍(lán)牙AoA/AoD定位精度可以做到亞米級(jí)（1m以?xún)?nèi)）。
包含信道探測(cè)(Channel Sounding,簡(jiǎn)稱(chēng)為CS)功能的新版藍(lán)牙標(biāo)準(zhǔn)目前還未發(fā)布。但據(jù)了解，藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟（SIG）在2022年11月公開(kāi)技術(shù)規(guī)范草案(Change Request r02)中包含了該項(xiàng)技術(shù)，預(yù)計(jì)在2024-2025年正式發(fā)布，可能在藍(lán)牙5.5或藍(lán)牙6.0版本中進(jìn)行更新?？蓮乃{(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟官網(wǎng)下載規(guī)范草案:
https://www.bluetooth.org/DocMan/handlers/DownloadDoc.ashx?doc_id=553104
信道探測(cè)（CS）以前被稱(chēng)為高精度距離測(cè)量（HADM:High Accuracy Distance Measurement）,是一種通過(guò)往返時(shí)間(RTT)和相位測(cè)量(PBR)來(lái)進(jìn)行距離估算并相互修正，具備更高精度和更安全的防護(hù)機(jī)制的一種技術(shù)。
信道探測(cè)（CS）在2.4GHz頻段上定義了79個(gè)射頻物理信道，實(shí)際使用72個(gè)。如下表:
從上表中可以看出CS物理信道的定義與經(jīng)典藍(lán)牙79個(gè)物理信道相同，未實(shí)際使用的7個(gè)信道均是或靠近低功耗藍(lán)牙主廣播物理信道(2402/2426/2480MHz)，為了避免干擾而未被使用。
往返時(shí)間（RTT：Round-Trip Time）是指信號(hào)從發(fā)射器傳輸?shù)浇邮掌鞑⒃俅畏祷厮璧某掷m(xù)時(shí)間。
相位測(cè)距（PBR：phase based ranging）是一種利用 RF 信號(hào)的相位變化從而確定距離的方式。在頻率f上，PBR測(cè)量信號(hào)通過(guò)距離D傳播時(shí)的相移來(lái)計(jì)算距離的。當(dāng)使用兩個(gè)或多個(gè)不同頻率的信號(hào)時(shí)，可以測(cè)量信號(hào)之間的相位差來(lái)精確估計(jì)距離。
當(dāng)使用信道探測(cè)估計(jì)距離時(shí)，兩臺(tái)設(shè)備分別是發(fā)射器和接收器，這兩臺(tái)設(shè)備通過(guò)72個(gè)RF物理信道交換信息，首先由發(fā)射器發(fā)射信號(hào)(Iinitiator)和接收器完成簡(jiǎn)單時(shí)間同步，然后由接收器在不修改相位的情況下反射信號(hào) (Reflector)，在完成多個(gè)頻率為fi的傳輸時(shí)，Initiator測(cè)量發(fā)射信號(hào)和接收信號(hào)之間的相位變化，并進(jìn)行算法估計(jì)，在這種交替的發(fā)射和接收過(guò)程中實(shí)現(xiàn)精確的距離測(cè)量。
下圖將上述三種技術(shù)的特點(diǎn)進(jìn)行了對(duì)比：
總的來(lái)說(shuō)：
CS定位模式相較于RSSI定位而言，定位精度提升明顯，理想狀態(tài)下CS的定位精度可以做到1m以?xún)?nèi)；此外，CS和RSSI相比穩(wěn)定性提升了非常多，因?yàn)镽SSI定位是基于信號(hào)強(qiáng)度，信號(hào)強(qiáng)度不穩(wěn)定，定位也就不穩(wěn)定。
CS相較于AoA/AoD而言，最大的優(yōu)勢(shì)是不需要增加陣列天線(xiàn)，CS是一種相位雷達(dá)模式，單天線(xiàn)就可以實(shí)現(xiàn)。
另外，CS提供增強(qiáng)的內(nèi)置安全功能，可以降低“中間人”攻擊風(fēng)險(xiǎn)。在使用RSSI、AoA/AoD技術(shù)進(jìn)行距離測(cè)量時(shí)，極易遭受“中間人”攻擊，是因?yàn)檫@些技術(shù)通過(guò)信號(hào)強(qiáng)度來(lái)推斷距離，因此，如果有攻擊者能夠人為地增強(qiáng)信號(hào)，接收設(shè)備就會(huì)檢測(cè)到更強(qiáng)的信號(hào)并據(jù)此判斷目標(biāo)更近。而藍(lán)牙信道探測(cè)基于相位的測(cè)距算法和鏈路層數(shù)據(jù)加密過(guò)程可以防止中繼攻擊。
可以推測(cè)，未來(lái)藍(lán)牙信道探測(cè)在高精度定位服務(wù)中將會(huì)扮演重要角色。
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