现代智能汽车中的无线技术96——NearLink(3)

星闪技术(NearLink)创新性地将通信与感知融合(ISAC),通过SLP定位技术实现亚米级精度。其核心技术包括:1)飞行时间(ToF)测量,利用纳秒级时间分辨率计算距离;2)相位测距(PDoA),通过多天线阵列确定信号方向;3)连续波测距(CW-ToF)技术,以低成本实现接近UWB的精度。该技术可应用于室内导航、数字车钥匙等场景,解决了传统蓝牙定位精度差的问题。此外,星闪还具备环境感知能力,可检测人体存在并识别手势动作,在提升用户体验的同时保障安全性,特别是通过物理层防御机制有效防止中继攻击。

https://scispace.com/pdf/an-overview-of-uwb-standards-and-organizations-ieee-802-15-4-1nwealkr.pdf

在无线技术的演进史上,通信(Communication)和感知(Sensing)通常是两条平行线。Wi-Fi 用来上网,GPS 用来定位,雷达用来测距。

但星闪(NearLink)在设计之初就融入了 5G-Advanced 和 6G 的前沿理念 ------ ISAC (Integrated Sensing and Communication,通感一体化)。这意味着星闪芯片不仅能传数据,还能当"尺子"和"眼睛"用。

SLP 高精度定位技术

我们都有过在商场里看着导航蓝点乱飘的经历,也遇到过拿着数字车钥匙站在车门前却打不开锁的尴尬。这些都是因为现有的室内定位技术(蓝牙 RSSI、Wi-Fi 指纹)精度太差。

星闪 SLP 的目标很明确:在不增加昂贵硬件成本的前提下,实现亚米级(分米级)的定位精度。

1 什么是 SLP?

SLP (SparkLink Positioning) 并不是一个独立的硬件模块,而是星闪协议栈中的一组功能集。

  • 底层融合:它不是像蓝牙那样通过应用层软件(APP)去估算位置,而是直接在 物理层 (PHY) 的波形设计中加入了定位所需的导频信号。

  • 一芯多用:任何支持 SLB 或 SLE 的芯片,只要开启 SLP 功能,瞬间就变成了一个高精度的定位标签。你不需要为了定位再去买一颗 UWB (超宽带) 芯片。

2 亚米级定位原理:数学与物理的协奏曲

传统蓝牙定位主要靠 RSSI (信号强度)。逻辑是:信号越弱,离得越远。但信号强度受遮挡、反射影响极大,极不准确,误差往往在 3-5 米。

SLP 抛弃了不靠谱的信号强度,转而测量两个更硬核的物理量:时间 和 相位。

  1. 飞行时间 (ToF - Time of Flight)
  • 原理:测量信号从设备 A 飞到设备 B 再飞回来的时间差。 $$ 距离 = (光速 \times 时间差) / 2 $$

  • 挑战:光速太快了(3亿米/秒)。1 纳秒 (ns) 的误差就对应 30 厘米的距离误差。

  • SLP 的优势:我们在第 2 章提到,SLB 拥有 <1μs 的同步精度和极高的采样率。结合 5G 级的高带宽(带宽越大,时间分辨率越高),SLP 可以精确捕捉信号到达的纳秒级时刻,从而算出距离。

  1. 相位测距 (PDoA - Phase Difference of Arrival)

ToF 只能测距离(你在我周围 5 米处,但不知道是东南西北)。要确定方向,就需要 PDoA。

  • 原理:利用接收端的 多天线阵列。

  • 当信号波到达天线 1 和天线 2 时,由于路程微小的差异,接收到的正弦波会有 相位差。

  • 通过计算这个相位差,就能算出信号的 入射角 (AoA)。

  • 载波相位测量 (Carrier Phase Measurement):

  • 这是 RTK (高精度 GPS) 的核心技术。SLP 将其引入室内。

  • 通过测量载波的相位变化,SLP 可以把测距精度从"米级"推向 "分米级"甚至"厘米级"。

3 连续波测距 (CW-ToF):挑战 UWB 的性价比之王

UWB (Ultra Wide Band) 是目前公认定位最准的技术(如苹果 AirTag),精度可达厘米级。但它有一个致命缺点:贵,且通过 500MHz 甚至 1GHz 的超大带宽来实现,硬件成本高。

SLP 提出了一种极具性价比的替代方案:CW-ToF (Continuous Wave ToF) 或 MCPD (Multi-Carrier Phase Difference)。

  1. 什么是 CW-ToF?
  • 不同于脉冲:UWB 发射的是极短的脉冲。SLP 发射的是经过调制的连续波。

  • 多频点拼接:

  • SLP 可以在 2.4GHz 或 5GHz 频段上,快速在多个不同的频点(Channel)上跳变。

  • 通过采集不同频率下的相位响应,SLP 在数学上可以虚拟出一个超大带宽的效果。

  • 效果:

  • 虽然 SLP 的瞬时带宽不如 UWB 大,但通过多频点拼接,它能获得接近 UWB 的时间分辨率。

  • 精度:在视距(LOS)环境下,SLP 的测距精度可以达到 <10 厘米;在复杂室内环境,也能稳定在 <1 米。

  1. 为什么说它是"性价比之王"?
  • 无需专用射频前端:SLP 复用了星闪通信用的射频电路。不需要像 UWB 那样单独加一颗芯片和天线。

  • 成本:不仅芯片成本低,外围电路也简单。这意味着未来几块钱的智能灯泡、几十块的手环,都能具备亚米级定位能力。

小结

SLP 揭示了星闪的另一重身份 ------ 位置服务的提供者。

  • 它不靠猜(RSSI),而是靠算(ToF/PDoA)。

  • 它不需要昂贵的 UWB,却实现了接近 UWB 的精度。

  • 这为未来的室内导航、物品追踪、数字车钥匙提供了一个极具竞争力的技术底座。

定位(Positioning)通常需要两个设备:一个发射,一个接收(比如手机和信标)。但在 ISAC (Integrated Sensing and Communication) 的世界里,星闪设备可以像蝙蝠一样,自己发射信号,自己接收反射波,从而感知周围的环境。

通感一体化 (ISAC)

在传统的家庭或车内场景中,为了检测"有没有人",我们通常需要额外安装红外传感器(PIR)或毫米波雷达。但现在,星闪设备说:"不用装了,我顺便就把这活儿干了。"

1 既是遥控器,也是雷达

无线电波不仅能传递信息(0和1),在遇到物体时还会发生反射、散射和多普勒频移。通过分析这些回波特征,星闪设备可以感知空间中的微小变化。

  1. 人体存在检测 (Presence Detection)
  • 场景:智能电视或智能空调。

  • 原理:

  • 电视上的星闪模组持续发送低功率的探测信号。

  • 如果房间里没人,回波是静态的背景。

  • 如果有人进入,人体的移动(甚至是呼吸引起的胸腔微动)会改变回波的相位和幅度,产生 微多普勒效应 (Micro-Doppler Effect)。

  • 应用:

  • 当你离开沙发去厨房,电视自动息屏省电;当你回来坐下,电视瞬间亮起。不需要摄像头(保护隐私),也不需要佩戴任何设备。

  1. 空中手势识别 (Air Gesture)
  • 场景:吃炸鸡时手油油的,想给电视换台。

  • 原理:

  • 手在空中挥动时,对无线电波的扰动具有特定的时空特征。

  • 利用星闪的高采样率和 CSI (Channel State Information,信道状态信息) 分析,可以利用 AI 算法识别出"左挥"、"右挥"、"暂停(手掌前推)"等动作。

  • 优势:相比视觉识别(摄像头),星闪方案不受光线影响,全黑环境也能用,且成本几乎为零(复用通信芯片)。

2 数字车钥匙的应用:安全的最后一道防线

数字车钥匙(Phone as a Key)是目前最火的应用之一,但传统的蓝牙钥匙有两个痛点:

  1. 乒乓效应:站在车门边,锁开了又关,关了又开,因为蓝牙 RSSI 信号飘忽不定,车不知道你到底想走还是想留。

  2. 中继攻击 (Relay Attack):小偷用信号放大器,把你家里钥匙的蓝牙信号"接力"传输到车旁,骗过汽车解锁。

  3. 精准的迎宾与解锁

利用 SLP 的测距技术(ToF/PDoA):

  • 迎宾区 (10米):星闪检测到车主进入 10 米范围(测距精度 <1米),车辆点亮迎宾灯,展开后视镜。

  • 解锁区 (2米):只有当测距确认车主真正站在车门 2 米范围内,且位于车门外侧(通过 AoA 角度判断),才会解锁车门。

  • 体验:彻底消灭了蓝牙钥匙的"反复横跳"现象,体验如丝般顺滑。

  1. 防中继攻击:光速不骗人

中继攻击的原理是欺骗信号强度,但它无法欺骗 时间。

  • 原理:

  • 中继设备在转发信号时,必然会引入额外的处理时延(毫秒级)。

  • 信号在空中的物理飞行时间也会因为距离变远而增加。

  • 星闪的防御:

  • SLP 测量的 ToF (飞行时间) 是纳秒级的。

  • 车端会设定一个严苛的时间阈值。如果信号往返时间超过了理论值(比如明明信号强度很高,但回得太慢),系统立刻判定为攻击,拒绝解锁。

  • 安全性:这种基于物理层的防御机制,比任何应用层的加密都更难破解。

小结

通感一体化是星闪区别于蓝牙和 Wi-Fi 的"杀手锏"之一。

  • 它让设备具备了感知能力,能看到人、看懂手势。

  • 它让连接具备了物理安全,用光速的物理定律来防御黑客。

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