Bluetooth® Core 6.3 技术概述

1. 导言

蓝牙®核心规范 v6.3（Bluetooth® Core 6.3）包含多项功能增强。本文概述了各项增强内容。

注意：这是一份市场推广文件，无意以任何方式取代或推翻蓝牙™ 核心规范。每个功能 增强都有专门的章节进行描述，并以相关背景信息开头。这样做的目的是帮助那些可能不熟悉蓝牙™ LE 某些方面的读者。然而，背景部分并不完全全面。我们鼓励遇到不熟悉的术语或概念的读者下载并阅读《蓝牙™ LE 入门》。

2.一目了然

为提升蓝牙®技术的能力，已推出一系列针对性增强功能。这些更新不仅提升了高精度测距能力，实现了更细粒度的性能报告，还确保了主机控制器接口（HCI）的未来兼容性，并统一了射频（RF）要求，从而降低了设计复杂度并减少了功耗。

2.1 蓝牙®通道测深数据直连PCT传输

蓝牙®信道探测内联 PCT 传输通过允许反射器 相位对齐的音调直接传输至硬件，从而提高了蓝牙®信道探测的准确性和效率。该功能通过在反射器调整音调的相位，对蓝牙®信道探测流程进行了优化。反射器 通过 HCI 报告相位校正项 (PCT) 值的虚部 (Q) 成分。此变更通过消除多余的结果数据、减少开销，并提高蓝牙®信道探测流程的速度和效率，从而优化性能，特别是在测距服务 (RAS)/测距配置文件 (RAP) 场景中。

2.2 蓝牙®信道测距中物理层（PHY）特有的往返时延（RTT）精度

蓝牙®信道测距的“特定于物理层（PHY）的往返时延（RTT）精度”功能，使设备能够针对每个物理层分别声明往返时延精度，而非依赖适用于所有模式的单一数值。通过引入新的特定于物理层的往返时延（RTT）参数以及扩展的功能结构，系统可选择最优的物理层精度组合，从而在多物理层测距场景中提升精度、性能扩展性和互操作性。

2.3 蓝牙® 位数不足

Bluetooth® Running Out of Bits 通过将“支持的命令”位掩码从 64 位扩展至 251 位，并将“低功耗事件掩码”从 8 位扩展至 255 位，从而突破了 HCI 的架构限制。该技术为未来功能的扩展提供了必要的协议容量，确保了新分配的命令和事件的可发现性，并通过版本化命令和条件支持规则保持向后兼容性。

2.4 蓝牙® ACP 和 C/I 限值放宽

蓝牙® ACP 和 C/I 限值放宽措施通过将 BR/EDR 相邻信道功率 (ACP) 和载波与干扰比 (C/I) 限值与 LE 1-MS/s 框架保持一致，从而协调了蓝牙® 经典（基本速率/增强数据速率，BR/EDR）与蓝牙® LE 之间的射频要求。 更新后的限值放宽了针对同时支持蓝牙® BR/EDR 和蓝牙® LE 的蓝牙® 双模无线电的不必要限制，简化了发射机和接收机的设计目标，并在不影响共存性能的前提下，实现了更节能、更灵活的射频架构。

3. 蓝牙®通道测深数据直连PCT传输

3.1 背景

蓝牙®信道探测中的相位测距（PBR）通过测量多个频率下的相位偏移来估算距离。其核心关系源自传播延迟公式τ = 2d/c：

θ(f) = 2πfτ = 2π(2df/c)

因此，相位移θ(f)与往返距离2d和频率f 成正比。

实际上，由于反射器 使用独立的本振（LO），所测得的相位包含一个与物理信道无关的、特定于设备的偏移量。因此，接收端观测到的相位由以下部分组成：

  1. 信道引起的相位 θCH(f)— 该相位偏移完全由信号在空气中的传播引起。这是一个有用的分量，其中包含了距离信息d。
  2. LO 相对相位偏移 ΔθLO(f)—反射器LO 之间的相位差引起的系统性偏移。该偏移不包含距离信息，必须予以消除。LO 相对偏移定义为：
    ΔθLO(f) =θLO,启动器(f) −θLO,反射器(f)

因此，双向交换中的测量相位变为：

  • 反射器测量值：θREFL(f) =θCH(f) +ΔθLO(f)
  • 启动器测量值：θINIT(f) =θCH(f) −ΔθLO(f)

蓝牙设备在进行PBR信号交换时，应努力恢复由信道引起的相位，同时消除相对于本振的相位偏移。这种方法使设备能够生成更精确的相位数据，从而获得更准确的距离测量结果。

3.2 传统的双向相位抵消（数字后处理）

蓝牙®信道探测内联相位校正项（IPT）传输功能通过提升相位数据的精度，从而提高距离测量的准确性和效率。从根本上讲，高精度测距取决于相位校正项（PCT）的完整性。 IPT反射器 在线模拟相位预补偿启动器 测量信号启动器 实时有效地抵消本地振荡器 (LO) 的偏移。通过传输“更纯净”的相位分量，IPT 降低了数字处理误差和 LO 漂移导致最终距离计算结果失真的可能性。此外，它还减少了数据开销并提高了测距速度，从而在给定时间内能够执行更多的 CS 程序。

如果没有 IPT，蓝牙®信道测深功能将通过双向测量和数字抵消来消除本振偏移。具体步骤如下：

  1. 反射器（正向路径）
    反射器 来自启动器 信号启动器 测量其相位：
    θREFL(f) =θCH(f) +ΔθLO(f)
  2. 启动器（回波路径）
    启动器 反射信号并测量其相位：
    θINIT(f) =θCH(f) −ΔθLO(f)
  3. 数字抵消
    启动器 两个PCT启动器 ：
    θREFL(f) +θINIT(f) =2θCH(f)
    ΔθLO(f)项相互抵消，从而得到距离估算所需的纯净、加倍的信道相位。

而这种传统方法的局限性在于：

  • 后处理延迟——在两组测量数据均采集完毕后，取消操作将在数字域中进行。
  • 数据开销 反射器 通过 HCI 事件报告每个音频和天线路径的完整复数 PCT（I 和 Q），这会导致控制平面数据开销较大。
  • 算法复杂度——启动器 结合两组测量数据来重建2θCH(f)。

3.3 在线PCT传输（IPT）：在线模拟相位预补偿

本变更请求中引入的“蓝牙®信道测深 IPT 传输”功能，将 LO 偏移量抵消从数字域转移到了反射器模拟前端。

反射器 利用测得的相位θREFL(f)来调整其输出信号的相位，从而有效地将接收到的相位进行相干转发。

3.3.1 启用IPT时的相流
  1. 反射器 （未更改）
    θREFL(f) =θCH(f) +ΔθLO(f)
  2. 反射器 （键变）
    反射器 不再使用自身的本振相位（θLO,R）进行传输，而是使用与接收信号相位对齐的相位反射器 ：
    φTX,R=θLO,I+θCH(f)
    反射器 了解启动器 ；由于相干转发，本振项会相互抵消。
  3. 启动器 经过IPT补偿的信号：
    。该相位正向传输的信号沿信道返回（叠加另一个θCH），并启动器 绝对相位φRX,I抵达启动器 ：
    φRX,I=θLO,I+2θCH(f)
  4. 启动器
    。在使用其自身的本振（θLO,I）进行下变频后启动器相位为：
    θINIT,IPT(f) =2θCH(f)
    。在进行数字测量之前，ΔθLO(f)项已在模拟域中被消除。
  5. 反射器 报告（简化版）
    反射器 其测得的相位进行补偿，因此报告的 PCT 相位为零（Q = 0）。I 分量仅包含信号振幅。与此同时启动器PCT 现在包含直接测得的2θCH(f)值。

3.4 比较分析：传统方法与基于IPT的方法

该表总结了传统方法与支持IPT的方法在以绝对相位为参考标准时的相流和系统行为。

步骤费用项目传统（无IPT）支持 IPT技术含义
1启动器θLO,IθLO,I基线状态。
2反射器θLO,I+θCHθLO,I+θCH传播方式相同。
3反射器θCH+ΔθLOθCH+ΔθLO尺寸相同。
4反射器θLO,RθLO,I+θCH根本区别：非IPT不使用自身的LO。而IPT会相干地转发接收到的相位。
5启动器θLO,R+θCHθLO,I+2θCHIPT 将相位提前了θCH。
6启动器θCH−ΔθLO2θCH启动器 测量双通道相位；ΔθLO已被消除。
7反射器 报告θCH+ΔθLO（复数 I/Q）Q = 0IPT 将反射器报告简化为仅幅度（Q = 0）。
8有效双向相位2θCH（通过数字求和）2θCH（直接测量）结果相同，机制不同。

3.5 技术优势与实施注意事项

3.5.1 技术优势
  1. 简化启动器 流程启动器 直接启动器 “干净”的2θCH(f)测量结果，从而降低了算法的复杂度和延迟。
  2. 数据负载减少—反射器简化（Q = 0），从而减少了每个音调的HCI负载。
  3. 增强了鲁棒性——在模拟硬件中，补偿会立即进行，从而降低了在交换过程中对本振漂移的敏感度。
  4. 更低的延迟——距离估算可在启动器 后立即开始（无需等待反射器报告）。
3.5.2 实现方面的考虑
  1. 反射器 ——反射器 支持相位一致的重传，这需要额外的相位跟踪或相位补偿硬件。
  2. 功能协商— IPT 是一项可协商且可配置的功能。其支持情况在 LL_CS_CAPABILITIES 交换中进行标识（[v2] PDU 中的 IPT 位），并通过 LL_CS_CONFIG_REQ PDU（IPT 位）启用。只有当两个设备均支持 IPT 且在双方设备上均已明确启用时，会话才会使用 IPT。
  3. 新的定时参数— 该规范引入了配套的定时参数（T_IP2_IPT、T_SW_IPT），以应对 IPT 启用时可能出现的处理差异。天线切换时长将根据双方对等节点的启用功能进行选择。
  4. 向后兼容性——不支持蓝牙®信道探测内联PCT传输的设备将继续采用传统的双向消除方法运行。该功能的设计旨在对旧版发起方保持透明。

4. 蓝牙®信道测距中物理层（PHY）特有的往返时间（RTT）精度

4.1 背景

蓝牙®信道探测还集成了名为“往返时间”（RTT）的辅助测距方法，该方法通过计算设备间射频信号传输的飞行时间（ToF）来估算距离。虽然RTT的精度本质上取决于内部时钟的准确性和时间戳的分辨率，但在一次探测会话中最终可达到的定时精度，则由执行的CS_SYNC交换次数决定。

在实施蓝牙®信道探测（Bluetooth® Channel Sounding）物理层（PHY）专用往返时间（RTT）精度增强方案之前，设备仅声明一项适用于所有物理层的统一RTT精度要求。该要求包含一个具体的飞行时间精度目标（例如10 ns或150 ns）以及实现该目标所需的最小CS_SYNC交换次数。然而，该要求并未考虑各物理层特有的性能特征。 不同的物理层具有独特的无线电特性（例如符号周期和抗干扰能力），这些特性会直接影响 RTT 测量精度。先前的统一声明模型可能会导致 RTT 测距方面的挑战——例如需要比实际更多的交换次数和/或不准确的飞行时间数据——这两者都会降低 RTT 距离测量的计算精度。

此增强功能引入了基于物理层的 RTT 精度声明机制，允许设备分别针对 LE 1M 物理层以及可选的 LE 2M 和 LE 2M 2BT 物理层指定 RTT 性能，从而提高了基于 RTT 的测距精度。

4.2 技术概述

4.2.1 LE 2M 物理层的新 RTT 精度参数

已引入三个新的 1 字节参数，用于指定 LE 2M 和 LE 2M 2BT 物理层的 RTT 性能：

  • RTT_2M_AA_Only_N：适用于 LE 2M 物理层的仅 AA 模式
  • RTT_2M_Sounding_N：适用于 LE 2M 物理层（PHY）的标准探测序列
  • RTT_2M_Random_Sequence_N：适用于 LE 2M 物理层上的随机序列

参数 ：每个参数值决定了其含义：

  • 值 = 0x00：表示 LE 2M/2M 2BT 物理层不支持相应的 RTT 模式。
  • 值 = 0x01 至 0xFF：指定满足该 RTT 模式精度要求所需的 CS_SYNC 交换次数。

目标精确定义：当某个参数 不为零时，扩展的 RTT_Capability 字段中的相应位将指示交换计数目标：

  • 10 ns 飞行时间精度（位 = 1）
  • 150 ns 飞行时间精度（位 = 0）

参数 0x00（不支持），则 RTT_Capability 中对应的精度位将被忽略。

4.2.2 主机控制器接口（HCI）的增强功能

HCI 层通过带版本号的命令和事件来集成这些新参数，以确保向后兼容性。

新的 HCI [v2] 命令和事件：

  • HCI_LE_CS_Read_Local_Supported_Capabilities [v2]：返回本地设备的支持功能，现包含三个新的 LE 2M 参数以及扩展后的 6 位 RTT_Capability [v2] 字段。
  • LE_CS_Read_Remote_Supported_Capabilities_Complete [v2]：报告远程设备的功能。
  • HCI_LE_CS_Write_Cached_Remote_Supported_Capabilities [v2]：允许主机写入缓存的远程功能。

主要参数 ：

为了支持更高的数据速率，HCI 现已新增了用于 LE 2M PHY 交换计数的专用参数（仅 AA、探测和随机序列）。这些参数是对现有 LE 1M 参数的补充。对于实现蓝牙®信道探测 PHY 特定 RTT 精度的设备，必须支持这些 [v2] 版本。

向后兼容性和默认设置：

对于 HCI_LE_CS_Write_Cached_Remote_Supported_Capabilities 命令，默认逻辑确保了与旧版 [v1] 结构的兼容性：

  • 对旧版命令的支持：如果使用了 [v1] 命令，该命令将不包含 LE 2M PHY 的特定字段。
  • 自动映射：在此情况下，控制器会根据相应的 LE 1M 参数所提供的值，自动填充缺失的 LE 2M 参数。
4.2.3链路层 LL) 协议更新

链路层 通过一种增强的PDU格式链路层 相同的参数，但结构布局有所不同。

增强型 LL PDU [v2] 格式：

  • LL_CS_CAPABILITIES_REQ/RSP [v2] PDU 格式已扩展，以包含三个新的 LE 2M 参数的字段。
  • PDU 包含一个RTT-PHY 指示位（位于 Subfeatures_Supported 字段中），用于标识是否使用按物理层（PHY）的模型。

与 HCI 序列不同，LL PDU 中的参数是按照定义的格式穿插在 CtrData 结构体中的。

4.3 技术优势与实施注意事项

4.3.1 技术优势

优化测距效率：设备现在可以针对每种特定的物理层（PHY）执行最少必要的 CS_SYNC 交换次数，从而减少无线电工作时间并降低功耗。

精细精准的定时控制：通过将 LE 1M 和 LE 2M 声明解耦，系统可在性能良好的物理层上实现更高的精度（10 纳秒），同时不会受到性能较差的物理层的限制。

增强的互操作性：针对每种物理层（PHY）明确声明对不同RTT模式的支持，可确保在多厂商环境中获得更可预测的性能。

4.3.2 实现注意事项

强制要求支持 HCI [v2]：如果设备实现了蓝牙®信道探测（Bluetooth® Channel Sounding）中与物理层相关的往返时间（RTT）精度功能，则必须支持 LE CS 功能读写命令的 [v2] 版本。

向后兼容性逻辑：“缺少参数”的默认行为是强制性的。控制器将 LE 2M 参数设置为相应的 LE 1M 值，以确保与旧版主机无缝运行。

扩展 PDU 处理： 链路层 更新链路层 ，以支持增强型 LL_CS_CAPABILITIES PDU 格式，该格式将新参数穿插在 CtrData 结构中。

5. 蓝牙® 数据位不足

5.1 背景

主机控制器接口（HCI）是蓝牙主机与蓝牙控制器之间的标准化通信层。命令由主机发送至控制器，而事件则由控制器发送至主机。蓝牙®核心规范使用位掩码字段来声明和控制对这些命令及事件的支持：

  • Supported_Commands：由 HCI_Read_Local_Supported_Commands 命令返回的位掩码，其中每个位对应一个特定的 HCI 命令（1 表示支持）。
  • LE_Event_Mask：HCI_LE_Set_Event_Mask 命令参数 ，其中每个位控制是否启用特定低功耗（LE）事件类型的报告功能，以便将其上报至主机。

随着蓝牙技术的不断发展，特别是随着蓝牙®低功耗（Bluetooth® LE）功能的快速增加，这些字段中可用的位数已几乎用尽。命令原有的 512 位限制以及蓝牙®低功耗事件的 64 位限制，已成为未来规范更新中添加新 HCI 命令和事件的瓶颈。

5.2 技术概述

5.2.1 新的命令版本

此新功能不会修改现有命令，而是引入了带有新操作码命令字段（OCF）的“v2”变体：

  • HCI_Read_Local_Supported_Commands [v2] (OCF: 0x0010)：此新命令返回完整的 251 字节Supported_Commands位掩码。原始的 [v1] 命令（OCF 0x0002）仍仅返回前 64 字节。 由于 HCI 命令的返回参数与版本相关，因此需要一个新的 OCF；若重复使用原始 OCF，将导致旧版主机需要解析其不支持的扩展返回结构。
  • HCI_LE_Set_Event_Mask [v2] (OCF: 0x00A4)：此新命令允许主机设置完整的 255 字节LE_Event_Mask。原始的 [v1] 命令（OCF 0x0001）仅设置掩码的前 64 位（8 字节）；使用 v1 命令时，第 64 位及以上的位保持不变。
5.2.2 向后兼容性与功能发现
  • 有条件的支持：
    v2 命令包括 可选 供控制器实现，并满足以下关键条件：这些条件确保，如果控制器使用了扩展功能，主机将具备必要的工具来发现和控制这些功能。
    • 如果控制器支持超出原始位分配范围的任何事件，则必须实现 HCI_LE_Set_Event_Mask [v2]。
    • 如果控制器支持超出原始位分配范围的任何命令，则必须实现 HCI_Read_Local_Supported_Commands [v2]。
  • 命令和事件发现：
    要检查是否支持特定命令，需查看其支持位位于“Supported_Commands”字段的原始块还是扩展块中。请注意，命令版本（v1 与 v2）与该位的位置无关。
    • 原始区块（第 0–63 个字节）：两个新 v2 命令的支持位位于 Supported_Commands 字段的原始部分内，具体位于第 49 个字节。由于这些位位于原始区块中，主机可以通过使用 HCI_Read_Local_Supported_Commands [v1] 命令来检测对 v2 命令的支持情况。
    • 扩展块（第64字节及之后）：要检查是否支持扩展块中的任何命令，主机必须使用 HCI_Read_Local_Supported_Commands [v2] 命令。 如果控制器不支持此 v2 命令，它将返回错误代码“未知 HCI 命令 (0x01)”并拒绝该请求。这使主机能够明确判断控制器不支持“位数不足 (ROOB)”扩展功能。
  • 版本一致性：
    • 命令：命令的返回参数始终与所执行命令的版本一致。例如，[v1] 命令返回 64 个字节，而 [v2] 命令返回 251 个字节。
    • 事件：HCI 事件始终返回基于以下条件的字段：该事件的版本号必须是控制器支持的最高版本，且未被主机屏蔽。
  • 保留默认行为：
    默认事件掩码配置保持不变，所有未明确列出或未受支持的位仍保留为“保留供将来使用”（RFU）。

6. 蓝牙® ACP 和 C/I 限值放宽

6.1 背景

《蓝牙®核心规范》历经多次修订，导致其两大主要物理层技术——蓝牙®经典版（基本速率/增强数据速率，BR/EDR）和蓝牙®低功耗（LE）——的技术要求逐渐分化，且差异日益显著。 随着时间的推移，针对关键射频性能指标（尤其是邻道功率（ACP）和载波干扰比（C/I））的规范要求已各自独立发展。这导致了针对蓝牙® BR/EDR 和蓝牙® LE 无线电设备所规定的限值与测试方法之间存在差异。

重要的是，此次增强并未改变蓝牙®低功耗（Bluetooth® LE）的ACP和C/I要求。

此功能所引入的变更完全针对蓝牙® BR/EDR，使其射频要求与现有的 LE 1 MS/s 框架保持一致。

  • 对于 ACP：Bluetooth® BR/EDR 规范对较高频率偏移（例如 > 3 MHz）的发射限值要求比 Bluetooth® LE 严格约 15–17 dB。
  • 注：蓝牙® BR/EDR 接收器的抗干扰能力要求比蓝牙® LE 更为严格，尤其是与蓝牙® 高数据吞吐量 (HDT) 模式相比。

这些不一致之处给现代蓝牙®双模无线电的设计带来了挑战，因为这类设备必须同时支持蓝牙® BR/EDR 和蓝牙® LE（包括蓝牙® HDT）。为了确保符合标准，设计人员不得不满足其中任一标准中最严格的要求，从而导致设计约束过多且不够优化。

此项变更通过采用基于 LE 1 MS/s 框架的统一方法，解决了这些不一致问题，该方法适用于蓝牙® BR 和 EDR 的 1 MHz 标称带宽信号。

6.2 技术概述

本节详细列出了各项关键参数的具体偏差及建议的修改方案。

6.2.1 相邻信道功率（ACP）限值的协调

相邻信道功率（ACP）是一项关键的发射机指标，用于量化泄漏到相邻频率信道的功率。其主要目的是通过最大限度地减少对其他蓝牙链路或在相邻频率上运行的无线系统的干扰，从而确保共存。

此变更将 LE 1 MS/s ACP 限值和测试方法同时适用于蓝牙® BR 和 EDR 发射器。主要更新内容如下：

  • 放宽高偏移频率的限制：对于偏移频率≥3 MHz的相邻信道，其绝对功率限制从-40 dBm放宽至-30 dBm，使其与LE规范保持一致。对于偏移频率为2 MHz的第二相邻信道，其限制仍为-20 dBm。
6.2.2 载波与干扰比（C/I）性能的匹配

载波与干扰比（C/I）反映了接收机在邻近频率存在强干扰信号的情况下，成功解调所需信号的能力。它是发射机ACP规格在接收机侧的对应指标。系统级平衡至关重要：如果接收机无法承受实际水平的邻近干扰，那么拥有极其干净的发射机也几乎毫无益处。

该修改采用了LE 1 MS/s C/I测试的文本和方法，同时针对干扰信号应用了相应的蓝牙® BR或EDR调制方式。限值根据每种调制类型所需的解调信噪比（SNR）进行调整。

  • 对于蓝牙®基本速率（BR – GFSK）：
    • 所有测试中，目标信号电平均统一设定为 -67 dBm，从而简化了测试条件。
    • 在合理的情况下，已放宽C/I限值以匹配蓝牙®低功耗（Bluetooth® LE）的性能：
      • 相邻信道（2 MHz）：从-30 dB调整为-17 dB。
      • 相邻频带（≥3 MHz）：从 -40 dB 调整为 -27 dB。
      • 图像频率 ±1 MHz：从 -20 dB 调整为 -15 dB。
  • 关于蓝牙®增强数据速率（EDR）：
    • 同时采用统一的信号电平 -67 dBm。
    • 放宽了限制条件，同时保持了π/4-DQPSK与8DPSK调制之间固有的性能差异（delta）：
      • 对于 π/4-DQPSK：
        • 相邻信道（2 MHz）：-30 dB → -17 dB
        • 相邻频段（≥3 MHz）：-40 dB → -27 dB
        • 调制频差 ±1 MHz：-20 dB → -15 dB
      • 对于 8DPSK（需要更高的信噪比）：
        • 相邻信道（2 MHz）：-25 dB → -12 dB（与π/4-DQPSK相比，保持+5 dB的差值）
        • 相邻信道（≥3 MHz）：-33 dB → -20 dB（保持+7 dB的差值）
        • 调制带宽 ±1 MHz：-13 dB → -8 dB

7.结论

Bluetooth® Core 6.3 引入了多项增强功能，可提升测距精度、接口可扩展性以及射频设计效率。 Bluetooth® 信道探测技术的进步降低了本地振荡器误差，减少了处理和报告开销，并实现了更精确且支持物理层感知（PHY-aware）的距离测量。主机控制器接口（HCI）的扩展在保持向后兼容性的同时支持功能的持续扩展，而统一的射频（RF）要求则简化了双模无线电设计并提高了能效。这些更新共同巩固了蓝牙技术的技术基础，并支持在广泛的设备和应用场景中持续创新。

8.参考文献

项目地点
蓝牙®核心规范 v6.3https://www.bluetooth.com/specifications/specs/core-specification-6-3/
蓝牙™Channel Sounding 技术概览文件https://www.bluetooth.com/channel-sounding-tech-overview/