什么是蓝牙 6？
蓝牙® 6 是蓝牙的最新重大修订版本，它使电子设备能够在短距离内以无线方式交换数据。蓝牙 6 于 2024 年 9 月由蓝牙技术联盟 (SIG) 发布。蓝牙 6 的一些显著特征包括：
- 信道探测，用于精确距离测度
- 基于决策的广告过滤，用于实现更高效的信道扫描
- 监控广告源，用于在设备进入和离开范围时提高能效
- 帧间间隔更新，用于兼顾更高吞吐量和更好的共存管理
据 SIG 称，蓝牙信道探测能够实现更精确的距离感知、10 厘米的测距准确性以及增强的安全性。
使用蓝牙信道探测进行测距
在蓝牙 6 之前，设备之间距离的推断是通过测量接收信号强度指示器 (RSSI) 来实现的，其前提是信号链路上存在自由空间路径损耗。但如果信号因多径效应或遮蔽效应遭受更多损失，则距离会被高估。
蓝牙 6 引入了两种精确测量距离的方法：
- 往返时间 (RTT) 测量
- 基于相位的测距 (PBR) 测量
RTT
蓝牙 6 中的 RTT 测量方法基于这样一个事实：两个设备之间的信号飞行时间 (TOF) 是 RTT 的一半。据此它可以精确地计算距离 d，公式为：
\(d=(\tfrac{RTT}{2})*c\)
其中 c 是光速。此方法需要精确测量设备 1（发起方）的出站信号的离开时间 (TOD)、出站信号到达设备 2（反射方）的到达时间 (TOA)、设备 2 返回信号的离开时间 (TOD) 以及返回信号到达设备 1 的到达时间 (TOA)。下图显示了各个信号路径和时间。时间 tI 是发起方的 RTT，时间 tR 是从反射方接收到信号到其随后传输的时间。
使用发起方和反射方之间的往返飞行时间测量距离。
PBR
蓝牙 6 中的 PBR 方法使用两个不同频率的信号来测量距离。这些信号只是音调 - 正弦波。距离可以作为两个接收音调之间的相位差的函数来计算。由于一个给定的相位差值可以对应无限多个距离值，支持蓝牙 6 的设备会选择满足相位差条件的最短距离。PBR 的预期范围约为 150 米。此外，如果有三个或更多蓝牙 6 定位器节点参与 RTT 或 PBR 测距，它们可以使用三边测量法来查找被跟踪设备的位置。
蓝牙 6 概述了 RTT 和 PBR 距离测度方法，但信道探测并不强制规定计算距离估计值的具体算法。种灵活性允许设备制造商根据不同的用例来定制解决方案，从而在计算复杂性与所需精度之间取得平衡，并适应不同的无线电环境。
蓝牙 6 中的增强安全措施
使用信道探测的蓝牙 6 设备可以抵御距离欺骗和中间人攻击，原因如下：
- 使用标准规定的确定性随机位生成器对位模式进行随机化。
- 可以更改发射功率以降低攻击者的接收信噪比。
- 设备可以部署攻击检测器系统。
- 可以结合使用 RTT 和 PBR 来提供冗余距离测度，并更轻松地检测欺骗结果。
其他蓝牙 6 安全增强功能包括：
- 使用高级加密标准 (AES)
- 基于决策的广告过滤，可减少不必要的数据传输并减少曝光给不需要的侦听方
- 在两个设备配对时使用椭圆曲线 Diffie-Hellman 进行安全密钥生成
蓝牙 6 用例和应用
蓝牙 6 信道探测可用于：
- 无钥匙车辆进入，通过钥匙扣或手机与汽车锚点之间的通信执行
- 智能锁，仅在授权设备位于锁的指定邻近区域内时才允许访问
- 地理围栏，以限制对指定区域的访问
- 仓库管理，以监控库存和管理物流
- 对几乎任何感兴趣的目标进行资产跟踪
无钥匙进入
智能锁
地理围栏
仓库管理
资产跟踪
这些用例可以支持智能家居设备、医疗设备、供应链管理和物流的应用。
蓝牙 与 MATLAB
信道探测
使用 MATLAB® 和 Bluetooth Toolbox，您可以对测距场景进行建模，并使用蓝牙 6 中规定的 RTT 和 PBR 测距方法估计距离。您可以指定任意数量的蓝牙定位器节点，并使用 RTT 或 PBR 执行二维或三维定位。
使用 RTT 或 PBR 可视化定位器节点跟踪的移动资产的估计位置和实际位置。（请参阅 MATLAB 代码。）
帧间间隔
您也可以研究蓝牙 6 中可变帧间间隔对异步面向连接逻辑 (ACL) 连接中的吞吐量和延迟的影响。此外，您也可以在连接同步流 (CIS) 中配置 IFS。
示例和操作方法
软件参考
蓝牙 6 常见问题
蓝牙 6 是由 Bluetooth SIG 发布的最新重大修订，新增了如信道探测、基于决策的广告过滤、广告源监控以及帧间间隔 (IFS) 更新等功能，以提升测距精度、效率和共存性能。这些功能使低功耗 (LE) 系统能够实现厘米级测距、降低延迟并提高能量效率。
蓝牙 6 支持实时定位系统、智能工厂自动化和连接设备的增强安全性等应用场景。这些能力超越了传统的音频和数据传输，支持更先进的物联网和自动化场景。
信道探测使用两种基于标准的测距方法替代基于 RSSI 的接近度评估：往返时间 (RTT) 和基于相位的测距 (PBR)。通过测量飞行时间或跨音调的相位差，设备在适当条件下可实现约 10 厘米的距离估计。
RTT 通过信号飞行时间计算距离，要求发起方和反射方具有精确的时间戳；PBR 则从两音调的相位差推导距离，通常支持约 150 米的量程。将 RTT 与 PBR 结合可提高鲁棒性并增强对欺骗攻击的检测能力。
蓝牙 6 允许在异步面向连接 (ACL) 链路和用于 LE Audio 的连接等时流 (CIS) 中使用可变 IFS，从而根据信道条件实现更高吞吐量或更好的共存性。工程师可以调整 IFS，以在链路层不同场景中平衡延迟与可靠性。
蓝牙 6 在信道探测中采用随机化比特模式、可调发射功率和攻击检测机制；RTT 与 PBR 的结合有助于改进欺骗检测。规范还强调使用 AES 和椭圆曲线 Diffie-Hellman (ECDH) 进行安全密钥生成与配对。
基于决策的广告过滤和广告源监控减少了不必要的发送和扫描开销。这些机制有助于设备在保持响应性发现与连接行为的同时节省能量。
蓝牙 6 为 LE Audio 与 WLAN（包括 6 GHz 频段）引入了共存策略，包括可配置的 IFS 以及诸如 Listen Before Talk (LBT)、Spectrum Sensing-Based Deferral (SSBD) 和 Detect and Avoid (DAA) 等信道访问机制。这些方法有助于减少干扰并保持链路可靠性。
蓝牙 6 新增了厘米级测距、改进的共存能力和能效扫描，支持精确室内定位、工业资产追踪以及基于近距离的安全访问控制等用例。
支持。MATLAB 和 Simulink 结合 Bluetooth Toolbox，可为蓝牙 6 功能提供建模与仿真工作流，包括信道探测 (RTT/PBR)、帧间间隔 (IFS) 行为、LE Audio 以及与 WLAN 的共存。这些仿真帮助工程师在硬件可用之前进行原型设计和验证。
另请参阅: 无线通信, 通信, Bluetooth Toolbox, Communications Toolbox, 蓝牙干扰, 蓝牙 mesh, 无线网络, 多目标跟踪, 超宽带 (UWB), Bluetooth と MATLAB:最適な組み合わせ
