2. 无线通信基础

手机钥匙（Phone as a Key，PaaK）系统依赖 BLE 与 UWB 两条无线链路协同完成“发现—测距—认证—解锁”的闭环。要理解为什么 BLE 负责唤醒与粗定位、UWB 负责厘米级测距，必须回到无线通信的底层：电磁波如何在频谱中划分、信息如何被调制到载波上、信道编码如何对抗噪声、天线如何把电信号变成空间电磁波、路径损耗与多径衰落又如何决定链路预算。本节把这些基础串成一条可计算的工程链路，为后续 BLE/UWB 参数设计打底。

一、电磁波频谱：BLE 与 UWB 的“车道”划分

电磁波按频率排列形成频谱。手机钥匙常用的两个频段差异极大：BLE 工作在 2.4 GHz ISM 频段，波长约 12.5 cm，带宽窄、绕射能力一般但穿透尚可；UWB 使用 3.1–10.6 GHz 的超宽带，单信道带宽可达 500 MHz 以上，波长更短、时间分辨率极高。频率越高，同样距离下自由空间损耗越大，但可用带宽越宽，测距时间精度越好。这正是 UWB 能实现厘米级测距的物理根源。

二、调制解调：把比特搬上载波

调制是把基带比特映射为载波参数变化的过程。BLE 采用 GFSK（高斯频移键控），用频率偏移表示 0/1，恒包络、功耗低、对功放线性度要求低；UWB 则采用脉冲无线电或 OFDM 调制，把信息承载在极窄脉冲或子载波上。解调是逆过程，接收机通过相干或非相干方式恢复比特。对手机钥匙而言，调制方式直接决定接收灵敏度与功耗：BLE 追求低功耗长待机，UWB 追求高精度短时突发。

BLE 1M PHY  : 1 Msym/s, GFSK, 频偏 ±250 kHz
BLE 2M PHY  : 2 Msym/s, GFSK, 频偏 ±500 kHz
UWB HRP     : 信道带宽 499.2 MHz, 脉冲重复频率约 64 MHz
链路预算    : Prx = Ptx + Gtx + Grx - Lpath - Lmargin

三、信道编码：用冗余换可靠

无线信道存在噪声、干扰与突发错误。信道编码通过增加冗余比特，使接收端能够检错甚至纠错。BLE 在链路层使用 CRC 校验，并可选前向纠错（FEC）提升灵敏度；UWB 的测距帧同样带有校验与保护间隔。编码增益可以理解为“用带宽或时延换取可靠性”。在手机钥匙场景中，解锁指令一旦出错可能导致误锁或误开，因此认证报文通常采用更强保护，而周期性广播可用较弱保护以省电。

四、天线基础：电信号与电磁波的转换口

天线把馈线上的导行波转换为自由空间电磁波，其关键参数包括：谐振频率、带宽、增益、方向图、极化与效率。手机钥匙中，BLE 天线多为 PCB 倒 F 天线（IFA）或陶瓷天线，尺寸小、全向性较好；UWB 天线需要覆盖 6.5 GHz 以上宽带，常用宽带贴片或偶极子阵列。天线附近的人手、金属车身会改变谐振与方向图，因此整车标定必须考虑安装位置与人体遮挡。

• 增益：定向天线增益高但覆盖角度窄，全向天线增益低但覆盖均匀。
• 极化：发射与接收极化失配会带来额外损耗，手机姿态多变时尤需注意。
• 效率：小尺寸天线效率低，直接抬高链路预算中的损耗项。
• 隔离度：BLE 与 UWB 天线共存时需保证足够隔离，避免带外阻塞。

五、路径损耗模型：预测“能传多远”

自由空间路径损耗公式为：L = 32.44 + 20log10(f) + 20log10(d)，其中 f 单位 MHz，d 单位 km。实际车内外环境更复杂，常用对数距离路径损耗模型：PL(d) = PL(d0) + 10n·log10(d/d0) + Xσ，n 为路径损耗指数，Xσ 为阴影衰落。视距（LOS）下 n 约 2，车内非视距（NLOS）可达 3–5。工程上用链路预算判断是否满足解调门限。

六、多径效应与衰落：为什么测距会“跳变”

电磁波在车身、地面、人体、玻璃间多次反射，形成多条到达路径。多径导致接收信号幅度与相位叠加，产生频率选择性衰落和快衰落。对窄带 BLE，多径表现为 RSSI 波动，因此 RSSI 测距误差常达米级；对超宽带 UWB，多径脉冲在时间上可分辨，接收机可锁定首达路径（First Path），从而抑制多径对测距的影响。但若首达路径被遮挡，仍会出现 NLOS 正偏差，需要通过算法识别与补偿。

七、案例：一次靠近解锁的链路复盘

用户携带手机走向车辆。BLE 以 1 s 周期广播，车身 BLE 节点在约 15 m 处收到广播，RSSI 从 -85 dBm 升至 -70 dBm，触发唤醒；随后 UWB 锚点与手机测距标签进行双边双向测距（DS-TWR），得到 3 个锚点的距离，通过三边定位解算手机相对车身的位置。若此时手机放在金属水杯旁，UWB 首达路径被遮挡，测距出现 +0.8 m 偏差，系统通过多锚点一致性校验拒绝解锁，避免误开。整个链路中，频谱选择、调制方式、编码增益、天线效率、路径损耗与多径抑制共同决定了体验与安全。

把上述基础量化为工程参数，就能在整车布置阶段预估 BLE 唤醒距离与 UWB 测距覆盖，并在标定阶段用实测 RSSI、ToF 与误码率反向修正路径损耗指数和天线效率。理解频谱、调制、编码、天线、路径损耗与多径衰落，是后续 BLE/UWB 参数配置与安全测距算法设计的共同前提。