低功耗蓝牙模块作为物联网无线传输的核心组件，其应用早已不限于简单的数据传输。在防丢器、室内定位、资产追踪、无钥匙进入等场景中，距离感知能力成为关键需求——设备需要知道自己离另外一个设备有多远。本文MesoonRF将深入探讨低功耗蓝牙模块实现测距的技术原理、演进历程及未来方向。

　　传统RSSI测距：简单但受限

　　1.1基本原理

　　十余年来，蓝牙设备一直采用接收信号强度指示（RSSI）来估算距离。其理论基础是无线电信号在传播过程中的路径损耗模型：两个设备相距越远，接收到的信号越弱。通过测量信号强度，并结合理论模型，可以反推出大致距离。

　　RSSI测距常用的对数距离路径损耗模型公式为：

　　其中，A为发射端和接收端相隔1米时的信号强度（经验值），n是环境衰减因子，反映信号受环境影响的衰减程度。

　　1.2实测表现与局限性

　　然而，RSSI测距在实际应用中面临诸多挑战。一项基于低功耗蓝牙模块的室内测距评估研究显示：

　　有效范围有限：在视距条件下，4米内的距离估算误差可控制在25%以内，勉强可用

　　超过5米后显著劣化：超出5米后，特别是在有遮挡的环境中，RSSI值剧烈波动，导致距离估算严重偏大

　　环境敏感性强：墙体遮挡在1米距离上就造成约6dB的信号衰减

　　丢包率随距离攀升：在8.5米处，数据包丢失率高达50%

　　学术研究普遍认为，RSSI的准确测量范围仅限于大约3到5米内。对于安全访问控制、精确实时定位和资产追踪等要求精度低于1米的应用而言，RSSI显然力不从心。

　　更令人担忧的是，RSSI信号本身相对不安全，容易遭受“中继攻击”——攻击者可以捕获合法设备的信号并转发，让系统误以为设备就在附近，从而破解车辆门禁等安全系统。

　　测向技术：角度定位的探索

　　为了突破RSSI的精度瓶颈，业界开发了基于到达角（AoA）和出发角（AoD）的测向技术。该技术利用多天线阵列接收信号时的相位差，计算出信号来源的方向。

　　研究表明，结合RSSI和DoA（到达方向）测量，可以使用单一接收设备对BLE信标进行定位。通过智能手机内置的传感器和专用算法，可以在30°的范围内估算出信标的方向，为用户提供接近目标的指引。

　　然而，测向技术需要设备配备天线阵列，对硬件成本和结构设计提出了更高要求，且主要提供角度信息而非直接的距离测量。

　　蓝牙信道探测（Channel Sounding）：革命性突破

　　3.1技术背景

　　2024年9月，蓝牙6.0规范正式纳入通道探测（Channel Sounding,CS）技术，标志着蓝牙测距能力迈入亚米级时代。这一技术专门用于实现精细测距（Fine Ranging），目标是在大多数场景下达到0.5米的测距精度。

　　3.2核心技术：PBR+ToF双引擎

　　蓝牙CS采用两种技术相辅相成，实现高精度距离测量：

　　1.基于相位的测距（PBR）

　　PBR的原理基于射频信号的相位与载波频率和传输距离成正比。在测距过程中，发起设备向反射设备发送信号，反射设备随后回传类似信号。两个设备分别测量接收信号相对于其本地振荡器的相位变化，并在多个跳频信道上进行测量，最终综合计算出距离。

　　2.飞行时间（ToF）/往返时间（RTT）

　　仅靠PBR存在一个固有问题：相位每2π弧度会“翻转”，导致无法区分距离相差整数倍信号波长的两个点。例如，蓝牙信号波长约为150米，PBR无法区分相距x米和x+75米的两个设备。

　　为了解决这一问题，蓝牙CS引入ToF测量。两个设备通过交换数据包，测量信号传播通道的往返时间（RTT），从而得出第二个距离估算值，用于验证和优化PBR的结果。

　　3.3实测性能表现

　　Nordic Semiconductor使用其nRF54L15开发套件与支持蓝牙CS的智能手机进行的公开演示表明：

　　测距范围达到20米

　　测距精度达到±1米

　　在办公室环境（存在反射和多径干扰）中的测试则进一步揭示了天线设计对精度的影响：

　　单天线配置（单一路径）：距离11米时，测量误差通常在±2米以内（交叉极化）或±3米以上（同极化）

　　双天线配置（四条路径）：大多数测量误差可控制在1米以内，部分测试甚至达到0.5米以内

　　这些数据充分证明，蓝牙CS技术的精度已远超传统RSSI，为亚米级定位应用奠定了坚实基础。

　　3.4安全增强

　　蓝牙CS在设计之初就将安全性纳入考量。通过加密测距过程和防中继攻击机制，有效解决了传统蓝牙测距面临的安全威胁。这使得蓝牙CS特别适用于数字钥匙、无钥匙进入等对安全要求极高的应用场景。

　　3.5多天线设计的价值

　　研究表明，在蓝牙CS设计中，添加第二根天线能带来显著收益：

　　克服天线朝向问题：不同朝向的天线组合可避免信号零值点导致的通信中断

　　提供更多测量路径：最多形成4条天线路径，获取无失真的IQ数据

　　显著提升精度：即使在复杂环境中，也能稳定实现亚米级测距

　　即便受限于产品尺寸只能使用单天线，蓝牙CS的表现仍远超RSSI，为开发人员提供了灵活的设计选择。

　　测距技术对比与选型建议

　　对于产品开发者，选型建议如下：

　　成本敏感型防丢器：可继续采用RSSI，但需在软件层面做滤波优化，并明确告知用户精度限制

　　中高端防丢/寻物产品：推荐采用支持蓝牙6.0的模块（如Nordic nRF54L系列、Silicon Labs EFR32xG24），利用信道探测技术实现亚米级定位，提升用户体验

　　安全敏感应用（数字钥匙、门禁）：必须采用信道探测技术，以防范中继攻击

　　低功耗蓝牙模块测距技术未来展望

　　蓝牙信道探测技术的问世，填补了蓝牙在精细测距领域的空白。它与超宽带（UWB）技术各有千秋：

　　UWB：精度更高（<10厘米），带宽极宽，安全性强，但功耗和成本较高

　　蓝牙CS：精度足够（亚米级），功耗低，可利用现有蓝牙硬件，普及率高

　　未来，两者将共存并互补——混合方案可利用蓝牙CS进行低功耗的远距离粗略测距，在接近目标时再唤醒UWB进行厘米级精定位。

　　对于物联网开发者而言，蓝牙CS的标准化意味着：无需额外硬件，仅凭设备内置的蓝牙无线电模块，即可实现准确且安全的距离测量。这将极大简化系统设计、降低成本，并推动距离感知能力在更多领域的普及——从零售业的超个性化营销，到医疗机构的患者监测，再到工业现场的人员与资产追踪。

　　从粗糙的RSSI估算，到如今融合相位与时间的信道探测技术，低功耗蓝牙模块的测距能力实现了质的飞跃。作为物联网无线传输的中坚力量，BLE正以蓝牙6.0为契机，重新定义“距离”的测量方式。对于防丢器、资产追踪器乃至所有依赖距离感知的智能设备而言，一个更精准、更安全、更低功耗的时代已经到来。