Благодаря хорошо известным возможностям потоковой передачи аудио и передачи данных технология Bluetooth® стала повсеместной частью нашей жизни, обеспечивая питание всего: от беспроводных наушников до устройств «умного дома». Но знаете ли вы, что Bluetooth теперь делает шаг в сторону высокоточных служб определения местоположения благодаря новаторской технологии под названием «Зондирование канала Bluetooth»?

В этом блоге мы рассмотрим, что такое зондирование канала Bluetooth, как оно работает, какие преимущества оно приносит службам определения местоположения, какие варианты использования выигрывают от высокоточного измерения расстояния (HADM) и почему это меняет правила игры в мир связи.

Рис. 1. Почему зондирование каналов Bluetooth обеспечивает высокоточные службы определения местоположения

Что такое зондирование канала Bluetooth ?

Зондирование канала, ранее известное как высокоточное измерение расстояния (HADM), представляет собой новый метод расчета расстояния между двумя устройствами Bluetooth. Он использует фазовую дальность (PBR) на нескольких каналах для получения точных измерений расстояния.

Звучит сложно? По своей сути принцип зондирования канала прост.

Как работает зондирование Bluetooth-канала ?

Посмотрите на картинку процедуры зондирования канала и давайте вкратце разберем ее принцип.

Рисунок 2. Процедура зондирования канала.

Устройство A отправляет радиосигнал устройству B, после чего устройство B измеряет фазу этого сигнала и передает его обратно на устройство A с той же фазой. После этого Устройство А оценивает разность фаз между передаваемыми и принимаемыми радиосигналами, чтобы определить расстояние, пройденное этими сигналами во время полета.

Эта процедура повторяется несколько раз на разных частотах канала, благодаря чему устройства Bluetooth могут точно оценить расстояние однозначно, используя данные о фазе.

Предстоящая функция принесет хорошие новости растущему числу устройств Bluetooth, особенно тех, которые имеют службы определения местоположения.

Каковы преимущества служб определения местоположения Bluetooth с зондированием каналов ?

Преимущества служб определения местоположения Bluetooth с функцией Channel Sounding огромны и впечатляющи. Вот ключевые преимущества:

Высокая точность до 10 см

Несмотря на доказанную полезность существующих технологий измерения дальности Bluetooth, их точность измерения расстояний может оказаться недостаточной для более сложных случаев использования.

Повсеместный индикатор уровня принимаемого сигнала (RSSI) , доступный на всех смартфонах, оценивает расстояние между двумя устройствами на основе снижения амплитуды сигнала. К сожалению, точность этого метода обычно ограничена и часто составляет от трех до пяти метров. Кроме того, RSSI остается уязвимым к воздействию внешних факторов, таких как поглощение и дифракция.

После этого рождаются более совершенные методики точности измерения дальности — Угол прибытия (AoA) и Угол ухода (AoD) . Вместо прямой оценки расстояния AoA и AoD используют тригонометрию для определения расстояний на основе углов входящих или исходящих радиосигналов. Эта методология позволяет достичь точности менее метра.

Тем не менее, точность может значительно колебаться в зависимости от окружающих обстоятельств. Например, многолучевое распространение может препятствовать точным измерениям в помещениях, густо населенных препятствиями и отражающими поверхностями.

Это приводит нас к Bluetooth® Channel Sounding, новейшей беспроводной технологии для высокоточного определения местоположения. Основное различие между традиционными технологиями измерения дальности Bluetooth и зондированием канала заключается в методе измерения.

Благодаря фазовой дальности точность зондирования каналов Bluetooth достигает 10 см. Даже если устройство находится в сложных условиях внутри помещения, оно может определить более точное местоположение, чем два предыдущих метода. Таким образом, зондирование каналов расширит возможности широкого спектра приложений, например. отслеживание активов и навигация внутри помещений.

Повышенная безопасность против манипулирования сигналами

У RSSI есть еще один недостаток, кроме низкой точности, то есть угроза безопасности. Уровни его сигнала могут быть изменены, что может привести к нарушениям в ситуациях с высоким уровнем безопасности. Например, в чувствительных к безопасности случаях использования, таких как интеллектуальные дверные системы, злоумышленник может повысить уровень RSSI, чтобы заставить систему воспринимать кого-то ближе, чем он есть на самом деле. Эти уязвимости делают RSSI неподходящим для приложений с высоким уровнем безопасности.

При зондировании канала Bluetooth канальный уровень обрабатывает процедуры рекламы, сканирования, управления соединениями, асинхронной и изохронной передачи данных, а также шифрования данных. Более того, его алгоритм фазового ранжирования может предотвратить атаки на ретрансляцию. Выдающаяся методика измерения дальности подходит для автомобильных систем контроля доступа, цифровых ключей и приложений с высоким уровнем безопасности.

Недорогое решение для позиционирования

Для точного измерения угла прихода (AOA) требуется несколько антенн Bluetooth (не менее трех антенн).

Возможно, сейчас вам на ум приходит еще одна высокоточная технология — Ultra-Wideband (UWB). Хотя UWB может достигать точности даже до субсантиметра, для этого требуется использование нового чипсета. Кроме того, его энергопотребление, хотя и быстро снижается, остается заметно выше, чем у BLE. Отсюда следует, что сверхширокополосная связь (UWB) обеспечивает повышенную точность, но за счет увеличения бюджета и сложности.

Помимо двух упомянутых выше плюсов, решения Bluetooth LE с одной антенной и зондированием канала более экономичны, чем решения UWB.

Бесшовная интеграция и совместимость

Функция зондирования каналов Bluetooth реализована на основе существующей технологии Bluetooth, что позволяет легко интегрировать ее в существующую инфраструктуру и устройства. Это означает, что предприятия и разработчики быстро получат легкий доступ к безопасному, недорогому и точному решению для позиционирования без необходимости использования дополнительных чипсетов.

Беспрецедентная точность, безопасность и гибкость зондирования каналов Bluetooth преодолевают барьеры для многих приложений. В каких случаях эта технология, вероятно, будет принята на вооружение?

Какие варианты использования предпочитают высокоточное измерение расстояний ( HADM) ?

Приложения высокоточного измерения расстояний (HADM) разнообразны. Вот несколько вариантов использования, которые могут существенно выиграть от этой новой технологии:

Навигация в помещении : в крупных торговых центрах сочетание зондирования каналов с другими новыми технологиями Bluetooth, такими как протоколы электронных этикеток на полках (ESL), может произвести революцию в навигации внутри помещений, предоставляя пользователям точные указания и обновления в режиме реального времени.

Отслеживание активов : системы на базе Bluetooth широко коммерциализируются для отслеживания активов в промышленных и складских помещениях. Эти системы также используют существующую технологию Bluetooth Low Energy для соответствия стандартам производительности. Разработчики могут использовать зондирование канала для повышения точности позиционирования этих систем. Это не только помогает предотвратить потерю или кражу, но и повышает эффективность работы за счет оптимизации процессов управления запасами.

Более того, он предоставляет расширенные функции для некоторых наиболее требовательных систем, таких как отслеживание спортсменов в профессиональном спорте в режиме реального времени.

Вход в автомобиль без ключа : Звук канала предлагает несколько преимуществ для входа в автомобиль без ключа . Эта технология обеспечивает большую точность по сравнению со старыми системами, которые используют индикацию уровня принимаемого сигнала (RSSI) для оценки расстояния. Это позволяет автопроизводителям соответствовать стандартам точности, сокращая при этом количество антенн Bluetooth на транспортных средствах. Тем самым снижается общая стоимость телефона как ключа (PaaK). Кроме того, система безопасности Channel Sounding блокирует различные потенциальные атаки на систему бесключевого доступа.

Короче говоря, высокая безопасность и точность по сравнению с предыдущими поколениями устройств позиционирования Bluetooth в сочетании с низким энергопотреблением и низкой стоимостью делают зондирование каналов Bluetooth идеальным для таких приложений, как отслеживание промышленных, складских и потребительских активов, систем ESL, спортивных трансляций в реальном времени и т. д. фитнес-отслеживание и автомобильные цифровые ключи .

Взгляд RF- звезды

Компания Texas Instruments (TI) активно работает с SIG над спецификацией технологии зондирования каналов Bluetooth. TI CC2340R5 и будущие чипсеты Bluetooth LE будут поддерживать новую технологию в своем радиочастотном ядре и стеке Bluetooth.

RF-star , ведущий мировой поставщик решений Bluetooth LE и один из IDH компании TI, посвящает себя инновациям Bluetooth Low Energy. Его модули CC2340 Bluetooth LE на базе чипсетов TI CC2340R5 впоследствии будут поддерживать режимы зондирования канала. Они предоставят потребительским IoT, промышленным и автомобильным приложениям высокоточные, недорогие и безопасные решения для измерения дальности. RF-star полагает, что эти инновационные решения, основанные на этой революционной технологии, будут играть жизненно важную роль в системах беспроводного позиционирования в ближайшие несколько лет.

В настоящее время технология UWB позволяет измерять расстояния менее сантиметра, но с точки зрения стоимости и отраслевой экосистемы она пока не может конкурировать с зондированием каналов Bluetooth. RF-star ожидает, что Channel Sounding не сможет полностью заменить другие технологии, такие как импульсное радио UWB. Гибридные решения, сочетающие в себе несколько методов измерения дальности, могут стать распространенными в будущем.

Для получения дополнительной информации о зондировании каналов Bluetooth, пожалуйста, следите за блогом RF-star или свяжитесь с нашими экспертами по адресу info@szrfstar.com.