想像一下，步入客厅时，手机立刻显示出房间的灯光、温度和电视设置。而离开客厅进入卧室，手机也会自动显示卧室的智慧设备设置。

如果家居设备通过智慧手机安全准确地知道人在家中或建筑中的位置，这一切都能实现。透过通道探测技术不仅能提升生活的便利性，还能用於高效的能源管理。以恩智浦在「国际嵌入式大会」上展示的通道探测演示为例，空调能够使用通道探测技术自动开启或关闭。随着未来几代BLE标准的推出，这种基於通道探测的定位功能有??变得像蓝牙技术一样普及。

测距并非新兴技术

利用蓝牙技术进行距离测量并非新概念，为此已开发了多种技术。蓝牙标准问世不久，便采用了接收讯号强度(RSSI)来进行初步的距离估算(图一)。尽管RSSI操作简便，并且受到众多蓝牙设备支援，但它在准确性和安全性方面仍存在明显的局限。通过使用多个天线和到达角/离开角(AoA/AoD)技术，提高了RSSI的测量精度(如图二所示)，但这并未克服其产生的安全性问题。AoA/AoD技术要求天线设计和布局极为精确，这不仅增加了成本，也提高了制造难度。产品中天线的位置公差必须控制得非常严格，否则任何微小的偏差都会影响测量精度。此外，RSSI、AoA和AoD的讯号强度测量都可能受到墙壁和物体反射讯号的干扰。正因为这些方法的限制，蓝牙SIG开始探索一种名为通道探测的替代技术。

图一 : 接收讯号强度(RSSI)使用接收讯号的强度来估计距离

图二 : 到达角/离开角使用天线阵列来估计距离

在使用RSSI、AoA和AoD技术进行距离测量时，极易遭受「中间人」攻击。这些技术仅通过讯号强度来推断距离，因此，如果有攻击者能够人为地增强讯号，接收设备就会检测到更强的讯号并据此判断目标更近。如图三所示。

这种漏洞在门锁等应用中尤为严重，因为攻击者可能会在最终用户接近门锁之前就将其解锁。例如，在商业楼宇中，员工在停车场泊车时，攻击者就有可能趁机潜入该楼宇。

图三 : 攻击者增强发射器讯号的「中间人」攻击

改进後的测距方法

通道探测技术将成为使用BLE进行距离估计的安全且准确的新标准。它巧妙地将飞行时间(ToF)和往返相位(RTP)两种测距技术融入到标准的BLE资料传输中，如图四所示。

具体来说，启动器首先发送ToF资料包给反射器，反射器接收後回复一个带有接收时间标记的ToF资料包。通过这种方式，利用光速，启动器能够得到一个安全、大致的距离估计。随後，启动器会发送一系列声音讯号至反射器，反射器再将这些声音讯号返回。通过分析这些讯号的相位变化，可以实现更为精确的距离测量。结合这两种技术，通道探测能够在露天环境下达到±0.5m的精确度，为两个BLE设备之间的距离测量提供一种既安全又准确的方法。

通道探测也大大提高了安全性，能够有效防止使用现有技术的「中间人」攻击风险。这是通过在距离估计中使用加密的、带时间戳记的资料包来实现，攻击者无法复制这些资料包。同时，通道探测通过比较ToF和RTP的测量结果来确保一致性。在这些技术的加持下，通道探测为强大的安全性奠定了坚实的基础。

图四 : 通道探测程式方法

通道探测将为蓝牙定位带来许多优势，包括恩智浦在内的许多矽晶片供应商已经开始为他们的晶片组提供通道探测功能的支援。启动器和反射器设备都需要具备通道探测功能，随着智慧手机迅速内建探测功能，该功能预计将迅速普及，成为标准配置。

助力实施通道探测技术

ToF和RTP距离估计演算法计算量大，很容易使标准蓝牙MCU的内核处理能力达到极限。为了帮助开发人员更快地将具有「定位」功能的产品推向市场，MCX W72无线MCU系列提供了对最新蓝牙通道探测标准的支援。MCX W72系列内置一个定位计算引擎，有效降低距离估计演算法对性能的影响和回应时间。

MCX W72是一款安全、灵活、稳健的多协定无线MCU系列，支援Matter with Thread、Zigbee和BLE，适用於楼宇自动化、智慧家庭和其他无线互联设备。MCX W72的全面功能集，包括其定位计算引擎，如图三所示。

图五 : 带有定位计算引擎(LCE)的MCX W72结构图

为创新搭建平台

蓝牙通道探测技术的引入，凭藉其卓越的安全性和精确度，为众多创新的工业和物联网应用敞开了新的大门，特别是当与超宽频(UWB)等先进技术结合使用时。

UWB技术通过在宽频段上发送短脉冲讯号，实现了短距离内的安全且精确的距离测量，精度通常可达厘米级。这两种技术的结合极大地提升了用户体验。例如，在汽车领域，蓝牙通道探测可用於安全且准确地进行较长距离的粗略测距，而当用户接近汽车时，则切换至UWB射频单元以实现更精细的定位。这种方法可以使UWB射频单元保持更长的断电时间，从而节省汽车和用户智慧手机的电力。

Aliro智慧门锁标准的推出，将蓝牙RSSI测距技术与UWB相结合，为蓝牙通道探测的未来创新奠定了坚实的基础。恩智浦的Trimension系列结合超宽频(UWB)安全雷达和精细测距功能，与新推出的MCX W72无线微控制器一起，构成一个完整的定位设计平台。

蓝牙通道探测开启了蓝牙和定位技术的新篇章。随着主流智慧手机晶片组供应商纷纷宣布支援通道探测，我们很快就会看到配备这一技术的新款智慧手机，它们将能够安全且准确地测量距离。这一技术的应用前景广阔，门锁和车钥匙仅仅是开始，未来将有更多创新的物联网应用诞生。

（本文作者Charlie Ice为恩智浦半导体无线产品市场行销经理）