【Nordic博文分享系列】精确蓝牙测距，Nordic独家“工具箱”前来助阵！

Nordic提供了相位测距和RTT测距的工具包，全称为Nordic distance toolbox，简称NDT。

通过测量信号通过距离传播时的相位差来计算距离，使用多个不同的频率的信号，对于相同的距离，会有不同的相位差，从而来精确估算距离。

对于2.40/2.44/2.48GHz频段，其波长为：

λ2.400GHz = speed/frequency = 3.0e8 m/s / 2.400 GHz = 0.125 m

λ2.440GHz = speed/frequency = 3.0e8 m/s / 2.440 GHz = 0.123 m

λ2.480GHz = speed/frequency = 3.0e8 m/s / 2.480 GHz = 0.121 m

NDT对同一距离，在多个频点上都进行测量，都可以得到一系列的Remainder，从而可以画出如下的曲线，曲线的斜率就是估算出的需要测量的距离：

通信信道中的往返时间 (RTT) 是指信号从启动器行进到反射器并再次返回所需的持续时间。通过评估飞行时间（ToF，启动器和反射器之间交换数据包所需的时间），可以估算距离。

为此，两台设备均记录到达时间 (ToA) 和发射时间 (ToD)。分析启动器和反射器的 ToA 和 ToD 之间的差异能为实现可靠的距离计算提供必要数据。而且就安全性而言，由于时间无法逆转，RTT 也被认为是高度安全的。

在NDT里reflector端有一个延时，这是因为底层radio的切换从 RX -> TX，这个延时时间是可以预测的，但是对于短距离测距，延时导致的误差较大，对于长距离，这个延时导致的误差就比较小。

1．确认两端设备都支持NDT功能

两端设备都充当从设备，发送广播数据，同时充当主设备，扫描对方的广播包，发送设备 B 接收来自设备 A 的广告并对其进行扫描。设备 A 发送包含制造商特定数据的扫描响应。该消息包含以下字段

• Company id.

• 支持测距的字段.

• 识别到对方的有效的access address.

2． 两端设备提供同步功能

• 扫描和广播的交互使用的是scan request和scan response作为同步点.

• 如果设备同步充当广播者，则它将充当测距过程的反射器.

• 如果设备同步充当扫描者，则它将充当测距过程的发起者.

3． 测距 (相位测距或RTT测距)

根据 SCAN_RSP 响应，设备识别支持距离测量功能的对等点。这些设备的地址存储在一个列表中。当设备在一定时间内没有响应时，它就会从列表中删除。此外，与对等点的最后测量结果也存储在该列表中。

• 对于nRF5340，测距过程在网络核心上执行，而计算则在应用核心上进行。距离计算使用浮点单元（FPU）。

• NDT支持使用计算密集型高精度算法进行距离计算。
  CONFIG_DM_HIGH_PRECISION_CALC选项支持高精度计算。高精度计算仅对相位测距模式有影响。由于内存有限，nRF52832 Soc不支持高精度计算。

对于相位测距，我们看一下实测效果:

对于RTT测距，我们看一下测试效果：

相位测距和RTT测距的对比如下：

• 基于相位的测距可提供最佳精度，但范围有限，测距还是受环境影响,在办公室环境下，可靠的测距距离为10米左右(with filter).

• RTT 的精度较低，但范围能覆盖最大蓝牙信号范围，可达100米，标准差为3.8米左右。

从以上的测距的数据看：

相较于RSSI来说，相位测距的定位精度有明显的提升，比RSSI的精度高了很多，此外，相位测距比RSSI的稳定性提升了非常多，因为RSSI定位是基于信号强度，信号强度容易漂，稳定性就会很差。安全性方面，也避免了攻击者通过射频信号放大从而操控RSSI。

相较于AoA/AoD而言，最大的优势是不需要增加阵列天线，相位测距是一种相位雷达模式，单天线就可以实现，而AoA的精度虽然较高，但是设备端最大的问题就是需要加阵列天线.

另外信道探测使用的蓝牙标准协议，对于互操作性上会有很大的便利,基于蓝牙具备广泛的生态，设备互联互通性将极大的提高.

综上所述，我们非常看好蓝牙信道探测未来会成为蓝牙定位市场最主流的方案。

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