蓝牙定位的三种技术：RSSI、AoA/AoD、CS定位

蓝牙技术在我们的生活中扮演着重要的角色，是目前使用最为广泛的近距离低成本无线连接技术。今天，我们就蓝牙定位的三种技术进行简单介绍。
 

 

信号强度RSSI定位

 

RSSI（信号强度）定位是根据两个设备之间信号强度在传输距离中的衰减程度进行距离估算的一种方式。以蓝牙Beacon为例，蓝牙Beacon是RSSI定位的一种，和网关单基站的定位方式不同，蓝牙Beacon是三角测量的方案，即通过三个或三个以上的基站信号，交叉测算出更为精准的位置信息，可以是1m到3m不等。

 

二、AoA/AoD定位

 

DF（Direction Finding）测向定位包含到达角AoA（Angle of Arrival）和离开角AoD（Angel of Departure）定位算法，是在蓝牙5.1标准时引入的定位方法，通过蓝牙设备辨别发射节点信号的到达/发送方向，从而计算出接收器和发射器之间的相对角度或方位。

 

AoA是一种利用天线阵列和相位差来估计到达角度的方法，发射器使用单个天线发射信号，而接收器内置至少两个天线阵列，当信号通过时，会因每个天线接收到的信号距离不同而产生相位差，进而计算出信号的方向。

 

AoD的原理相同，也是利用信号相位差从而计算角度。只不过是将发射器和接收器的角色进行了交换，发射器有多个天线，而接收器是单天线的，接收器使用角度相对发射器的位置就像迎角一样，可以通过接收到的信号计算出来波的方向，进而定位。

 

理论上蓝牙AoA/AoD定位精度可以做到亚米级（1m以内）。

 

信道探测CS定位

 

包含信道探测（Channel Sounding，简称为CS）功能的新版蓝牙标准目前还未发布。但据了解，蓝牙技术联盟（SIG）在2022年11月公开技术规范草案（Change Request R02）中包含了该项技术，预计在2024-2025年正式发布，可能在蓝牙5.5或蓝牙6.0版本中进行更新。可从蓝牙技术联盟官网下载规范草案：点击查看

 

信道探测以前被称为高精度距离测量（HADM：High Accuracy Distance Measurement），是一种通过往返时间（RTT）和相位测量（PBR）来进行距离估算并相互修正，具备更高精度和更安全的防护机制的一种技术。

 

* 往返时间（RTT：Round-Trip Time）是指信号从发射器传输到接收器并再次返回所需的持续时间。

* 相位测距（PBR：phasebased ranging）是一种利用RF信号的相位变化从而确定距离的方式。在频率f上，PBR测量信号通过距离D传播时的相移来计算距离的。当使用两个或多个不同频率的信号时，可以测量信号之间的相位差来精确估计距离。

信道探测在2.4GHz频段上定义了79个射频物理信道，实际使用72个。如下表：

从上表中可以看出CS物理信道的定义与经典蓝牙79个物理信道相同，未实际使用的7个信道均是或靠近低功耗蓝牙主广播物理信道（2402/2426/2480MHz），为了避免干扰而未被使用。

 

当使用信道探测估计距离时，两台设备分别是发射器和接收器，这两台设备通过72个RF物理信道交换信息，首先由发射器发射信号（Iinitiator）和接收器完成简单时间同步，然后由接收器在不修改相位的情况下反射信号（Reflector），在完成多个频率为fi的传输时，Initiator测量发射信号和接收信号之间的相位变化，并进行算法估计，在这种交替的发射和接收过程中实现精确的距离测量。

 

与RSSI和AoA/AoD相比，CS未来如何？

 

下图将上述三种技术的特点进行了对比：

总的来说，CS相较于RSSI而言，定位精度提升明显，理想状态下CS的定位精度可以做到1m以内；此外，CS和RSSI相比稳定性提升了非常多，因为RSSI定位是基于信号强度，信号强度不稳定，定位也就不稳定。

 

CS相较于AoA/AoD而言，最大的优势是不需要增加阵列天线，CS是一种相位雷达模式，单天线就可以实现。

 

另外，CS提供增强的内置安全功能，可以降低“中间人”攻击风险。在使用RSSI、AoA/AoD技术进行距离测量时，极易遭受“中间人”攻击，是因为这些技术通过信号强度来推断距离，因此，如果有攻击者能够人为地增强信号，接收设备就会检测到更强的信号并据此判断目标更近。而蓝牙信道探测基于相位的测距算法和链路层数据加密过程可以防止中继攻击。

 

可以推测，未来蓝牙信道探测在高精度定位服务中将会扮演重要角色。

 

 

 

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