藍牙定位的三種技術(shù)：RSSI、AoA/AoD、CS定位

藍牙技術(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線連接技術(shù)。今天，我們就藍牙定位的三種技術(shù)進行簡單介紹。

信號強度RSSI定位

RSSI（信號強度）定位是根據(jù)兩個設(shè)備之間信號強度在傳輸距離中的衰減程度進行距離估算的一種方式。以藍牙Beacon為例，藍牙Beacon是RSSI定位的一種，和網(wǎng)關(guān)單基站的定位方式不同，藍牙Beacon是三角測量的方案，即通過三個或三個以上的基站信號，交叉測算出更為精準(zhǔn)的位置信息，可以是1m到3m不等。

二、AoA/AoD定位

DF（Direction Finding）測向定位包含到達角AoA（Angle of Arrival）和離開角AoD（Angel of Departure）定位算法，是在藍牙5.1標(biāo)準(zhǔn)時引入的定位方法，通過藍牙設(shè)備辨別發(fā)射節(jié)點信號的到達/發(fā)送方向，從而計算出接收器和發(fā)射器之間的相對角度或方位。

AoA是一種利用天線陣列和相位差來估計到達角度的方法，發(fā)射器使用單個天線發(fā)射信號，而接收器內(nèi)置至少兩個天線陣列，當(dāng)信號通過時，會因每個天線接收到的信號距離不同而產(chǎn)生相位差，進而計算出信號的方向。

AoD的原理相同，也是利用信號相位差從而計算角度。只不過是將發(fā)射器和接收器的角色進行了交換，發(fā)射器有多個天線，而接收器是單天線的，接收器使用角度相對發(fā)射器的位置就像迎角一樣，可以通過接收到的信號計算出來波的方向，進而定位。

理論上藍牙AoA/AoD定位精度可以做到亞米級（1m以內(nèi)）。

信道探測CS定位

包含信道探測（Channel Sounding，簡稱為CS）功能的新版藍牙標(biāo)準(zhǔn)目前還未發(fā)布。但據(jù)了解，藍牙技術(shù)聯(lián)盟（SIG）在2022年11月公開技術(shù)規(guī)范草案（Change Request R02）中包含了該項技術(shù)，預(yù)計在2024-2025年正式發(fā)布，可能在藍牙5.5或藍牙6.0版本中進行更新?？蓮乃{牙技術(shù)聯(lián)盟官網(wǎng)下載規(guī)范草案：點擊查看

信道探測以前被稱為高精度距離測量（HADM：High Accuracy Distance Measurement），是一種通過往返時間（RTT）和相位測量（PBR）來進行距離估算并相互修正，具備更高精度和更安全的防護機制的一種技術(shù)。

* 往返時間（RTT：Round-Trip Time）是指信號從發(fā)射器傳輸?shù)浇邮掌鞑⒃俅畏祷厮璧某掷m(xù)時間。

* 相位測距（PBR：phasebased ranging）是一種利用RF信號的相位變化從而確定距離的方式。在頻率f上，PBR測量信號通過距離D傳播時的相移來計算距離的。當(dāng)使用兩個或多個不同頻率的信號時，可以測量信號之間的相位差來精確估計距離。

信道探測在2.4GHz頻段上定義了79個射頻物理信道，實際使用72個。如下表：

從上表中可以看出CS物理信道的定義與經(jīng)典藍牙79個物理信道相同，未實際使用的7個信道均是或靠近低功耗藍牙主廣播物理信道（2402/2426/2480MHz），為了避免干擾而未被使用。

當(dāng)使用信道探測估計距離時，兩臺設(shè)備分別是發(fā)射器和接收器，這兩臺設(shè)備通過72個RF物理信道交換信息，首先由發(fā)射器發(fā)射信號（Iinitiator）和接收器完成簡單時間同步，然后由接收器在不修改相位的情況下反射信號（Reflector），在完成多個頻率為fi的傳輸時，Initiator測量發(fā)射信號和接收信號之間的相位變化，并進行算法估計，在這種交替的發(fā)射和接收過程中實現(xiàn)精確的距離測量。

與RSSI和AoA/AoD相比，CS未來如何？

下圖將上述三種技術(shù)的特點進行了對比：

總的來說，CS相較于RSSI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以內(nèi)；此外，CS和RSSI相比穩(wěn)定性提升了非常多，因為RSSI定位是基于信號強度，信號強度不穩(wěn)定，定位也就不穩(wěn)定。

CS相較于AoA/AoD而言，最大的優(yōu)勢是不需要增加陣列天線，CS是一種相位雷達模式，單天線就可以實現(xiàn)。

另外，CS提供增強的內(nèi)置安全功能，可以降低“中間人”攻擊風(fēng)險。在使用RSSI、AoA/AoD技術(shù)進行距離測量時，極易遭受“中間人”攻擊，是因為這些技術(shù)通過信號強度來推斷距離，因此，如果有攻擊者能夠人為地增強信號，接收設(shè)備就會檢測到更強的信號并據(jù)此判斷目標(biāo)更近。而藍牙信道探測基于相位的測距算法和鏈路層數(shù)據(jù)加密過程可以防止中繼攻擊。

可以推測，未來藍牙信道探測在高精度定位服務(wù)中將會扮演重要角色。

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