全新蓝牙6.0和信道探测标准以及开发解決方案

原创 SiliconLabs 2024-09-19 17:00

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备受期待的蓝牙6.0（Bluetooth® 6.0）核心规范版本终于在近期发布了，这标志着蓝牙技术的重大飞跃。本次更新包括对现有功能的重大增强，包括广告和等时信道（isochronous channels），以及支持定位服务的突破性新功能。这些升级和增强延续了该标准对蓝牙功能集的不懈扩展，从而通过互操作和安全的性能解锁更多用例。

蓝牙6.0新增功能特性

蓝牙规范的每次更新都会实现新功能的标准化，从而解锁新用例或优化现有用例。例如，蓝牙5.1 通过引入定向增强了定位服务，蓝牙 5.2 通过标准化低功耗蓝牙音频，使其在音频流方面的支持迈出了新的一步，并且蓝牙5.3 和 5.4 通过定期广告为设备联网带来了变革性的增强。

那么，蓝牙 6.0 与其前代产品有何区别？用户可以期待哪些新功能的出现？

蓝牙 6.0 是最近增量更新的重大更新，对音频流、设备网络，特别是定位服务提供了重大增强。在这些新功能带来的最重要影响中，包括增强了安全性，以及提高了距离测量的精度。下面看看让我们兴奋的所有升级功能和特性：

蓝牙信道探测（Channel Sounding）– 蓝牙 6.0 最显著的一个功能是增加了信道探测，从而在两个低功耗蓝牙设备之间实现了双向测距。本次升级旨在彻底改变距离测量的精度和测距，稍后将在此博客的后面详加讨论。
基于决策的广告过滤和广告主监控（Decision-Based Advertising Filtering and Monitoring Advertisers）– 这些功能可提高蓝牙设备的扫描效率。基于决策的广告过滤有助于通过减少扫描数据包所花费的时间来提高效率，而广告主监控使用主机控制接口（HCI）来跟踪设备何时进入和离开范围。
ISOAL增强 – 提高数据传输的可靠性，并减少生成成帧 PDU 带来的延迟。
LL扩展功能集 – 此功能让设备能够交换它们支持的链路层功能。
帧空间（Frame Space）更新 – 它可实现等时流与连接事件之间的可协商间隔，从而优化数据吞吐量。

蓝牙信道探测

如前所述，蓝牙信道探测是蓝牙6.0新规范中最显著的一个功能。它支持以连接为导向的双向测距，可通过在设备之间支持多达四个天线路径最大限度地减少多路径效应，并且可保护距离测量免受中间人攻击。与使用接收信号强度（RSSI）在低功耗蓝牙设备之间进行的现有测距相比，此功能标志着蓝牙技术的重大突破。

信道探测的工作原理是什么？

1. 它使用基于相位的测距（PBR）和往返时间 （RTT）测量，在连接的两个低功耗蓝牙设备之间实现精密测距。

在蓝牙信道探测程序中，一台设备识别为发起者，而另一台设备识别为反射者。发起者传输信号，而反射者设备则检测和接收信号。

然后，这些设备使用 PBR、RTT 或同时使用两者来协调 2.4 GHz 频谱内多达 72 个信道之间的测距，同时还在连接的两个设备之间使用一到四个天线路径。

RTT 使用飞行时间（ToF）来估计发起者和反射者之间的距离。将记录两个设备的到达时间（ToA）和离开时间（ToD），并使用它们之间的差异精确计算这些设备之间的距离。该标准还提供设置和校准过程，以补偿两个设备之间的时钟差异。

在发起者和反射者之间交换 CS SYNC 数据包

PBR 利用发射信号和接收信号的相位差来计算发起者和反射者设备之间的距离。比较这些设备之间的相位差有助于准确测量它们之间的距离。

在发起者和反射者之间交换 CS Tone在每个步骤中执行天线路径

2. 它在设备之间支持多达四条天线路径，有八种可能的天线组合

蓝牙信道探测增强距离测量稳健和精度的另一种方式是它能够支持多个天线路径。这使得能够在出现任何干扰或噪声的情况下使用替代路线传播信号，对资产标签等设备特别有用。

3. 可与到达角/出发角（AoX）结合使用

蓝牙信道探测可与AoA和AoD结合使用，以便让室内定位或资产跟踪等应用从中受益，在这些应用中，结合使用定向和距离估计功能可以改善用户体验。

4. 提供增强型安全功能

蓝牙信道探测提供多个内置安全功能，有助于减少中间人攻击和中继攻击。这些功能包括分布式随机位生成器（DRBG），它有助于随机化测距的各个方面，例如信道选择。此外，所有测距和数据交换都通过加密连接进行。

5. 无缝集成，无需其他组件

蓝牙信道探测的另一个重要优势是，作为标准化蓝牙功能，它有望在产品中广泛使用，通过正式的资格认证计划强制实施互操作性。许多需要估计距离等定位服务的目标应用已经需要为数据信道使用低功耗蓝牙。在这些应用中，可以在无需增加任何额外组件或硬件空间的情况下启用蓝牙信道探测，与超宽带（UWB）等其他技术相比，这降低了实施成本。它还变得更加简单，延长了电池寿命，甚至扩展了与众多设备的兼容性。

蓝牙 6.0 目标应用

随着对一系列新功能和开发的展望，新的蓝牙6.0必定会对连接的无线智能设备的性能和效率产生重大影响。这一改进主要由蓝牙信道探测的引入驱动，蓝牙信道探测将瞄准以下两类应用：定位和接近感知。

定位：这包括宠物和资产追踪器等应用，它们利用定位器设备来查找追踪设备的确切位置。
接近感知：这包括智能锁和无钥匙进入系统等应用，它们利用增强型安全功能来限制和控制对安全空间和系统的访问。应用包括智能锁、地理围栏、FindMy 和车辆无钥匙进入。在这些应用中，安全对于确保没有未经授权的用户能够访问网络至关重要。

芯科科技率先提供支持蓝牙6.0 和通道探测的产品

Silicon Labs（芯科科技）通过创新的无线产品和强大的技术支持能力，在帮助物联网转型方面有着悠久的历史。我们强大的蓝牙产品组合和行业领先的蓝牙架构现已支持蓝牙6.0和蓝牙通道探测。我们的专家团队已经精心策划了单天线和双天线解决方案，以满足广泛的应用需求。

RB4198A是我们的单天线解决方案，更适合需要较低功耗的应用，如资产跟踪器，而DK2606A（将于今年底上市）是我们的双天线解决方案，非常适合尺寸受限的应用，如钥匙扣。

要了解有关我们的蓝牙产品组合和蓝牙信道探测解决方案的更多信息，请访问我们的网页或立即联系我们的销售团队。