Com suas conhecidas capacidades de streaming de áudio e transferência de dados, a tecnologia Bluetooth® tornou-se uma parte onipresente de nossas vidas, alimentando tudo, desde fones de ouvido sem fio até dispositivos domésticos inteligentes. Mas você sabia que o Bluetooth está agora avançando em direção a serviços de localização de alta precisão, graças a uma técnica inovadora chamada Bluetooth Channel Sounding?

Neste blog, exploraremos o que é Bluetooth Channel Sounding, como funciona, os benefícios que traz para os serviços de localização, quais casos de uso se beneficiam da medição de distância de alta precisão (HADM) e por que é uma virada de jogo no mundo da conectividade.

Figura 1 Por que a sondagem de canais Bluetooth gera serviços de localização de alta precisão

O que é som de canal Bluetooth ?

Channel Sounding, anteriormente conhecido como medição de distância de alta precisão (HADM), é uma nova técnica para calcular a distância entre dois dispositivos Bluetooth. Ele usa variação baseada em fase (PBR) em vários canais para obter uma medição de distância precisa.

Parece complexo? Em sua essência, o princípio da Sondagem de Canal é simples.

Como funciona a sonoridade do canal Bluetooth ?

Veja a imagem do procedimento de Sondagem de Canais e vamos explorar o princípio de uma forma fácil.

Figura 2 O procedimento de Sondagem do Canal

O Dispositivo A envia um sinal de rádio para o Dispositivo B, após o qual o Dispositivo B mede a fase deste sinal e o transmite de volta ao Dispositivo A com a mesma fase. Em seguida, o Dispositivo A avalia a variação de fase entre os sinais de rádio transmitidos e recebidos para determinar a distância percorrida por esses sinais no momento do voo.

Este procedimento é repetido várias vezes em diferentes frequências de canal, assim os dispositivos Bluetooth podem estimar uma distância inequívoca de maneira precisa usando dados de fase.

O próximo recurso traz boas notícias para o número crescente de dispositivos Bluetooth, especialmente aqueles com serviços de localização.

Quais são os benefícios dos serviços de localização Bluetooth com som de canal ?

Os benefícios dos serviços de localização Bluetooth com Channel Sounding são vastos e impactantes. Aqui estão as principais vantagens:

Alta precisão de até 10cm

Apesar da utilidade comprovada das tecnologias de alcance Bluetooth existentes, sua precisão nas medições de distância pode ser insuficiente para casos de uso mais desafiadores.

A técnica onipresente do indicador de intensidade do sinal recebido (RSSI) , disponível em todos os smartphones, estima a distância entre dois dispositivos com base no declínio da amplitude do sinal. Lamentavelmente, a precisão deste método é geralmente limitada, variando frequentemente de três a cinco metros. Além disso, o RSSI permanece vulnerável à interferência de fatores externos, como absorção e difração.

Depois disso, nascem técnicas mais avançadas em precisão de alcance de distância - Ângulo de chegada (AoA) e Ângulo de partida (AoD) . Em vez de estimar diretamente a distância, AoA e AoD utilizam trigonometria para derivar distâncias dos ângulos dos sinais de rádio de entrada ou saída. Esta metodologia pode atingir precisão submétrica.

No entanto, a precisão ainda pode flutuar consideravelmente devido às circunstâncias circundantes. Por exemplo, a propagação de múltiplos caminhos pode impedir medições precisas em espaços internos densamente povoados com obstáculos e superfícies reflexivas.

Isso nos leva ao Bluetooth® Channel Sounding, a mais recente tecnologia sem fio para serviços de localização de alta precisão. Qual é a diferença proeminente entre as tecnologias tradicionais de alcance do Bluetooth e o Channel Sounding é o método de medição.

Com o alcance baseado em fase, o Bluetooth Channel Sounding avança para uma precisão de 10 cm. Mesmo que o dispositivo esteja em ambientes internos desafiadores, ele pode obter uma localização mais precisa do que nas duas técnicas anteriores. Portanto, Channel Sounding irá capacitar uma ampla gama de aplicações, por exemplo. rastreamento de ativos e navegação interna.

Segurança aprimorada contra manipulação de sinal

O RSSI tem outra desvantagem, exceto a baixa precisão, ou seja, um risco à segurança. Seus níveis de sinal podem ser adulterados, resultando potencialmente em violações em situações de alta segurança. Por exemplo, em casos de uso sensíveis à segurança, como sistemas de portas inteligentes, um invasor pode elevar o nível de RSSI para enganar o sistema, fazendo-o perceber alguém como mais próximo do que realmente está. Essas vulnerabilidades tornam o RSSI inadequado para aplicações de alta segurança.

Para a sondagem de canais Bluetooth, a camada de enlace lida com procedimentos de publicidade, varredura, gerenciamento de conexão, comunicação de dados assíncrona e isócrona e criptografia de dados. Além disso, seu algoritmo de alcance baseado em fase pode prevenir ataques de retransmissão. A excelente técnica de alcance é adequada para sistemas de controle de acesso de automóveis, chaves digitais e aplicações de alta segurança.

Solução de posicionamento de baixo custo

O ângulo de chegada (AOA) requer múltiplas antenas Bluetooth (pelo menos três antenas) para obter uma medição precisa.

Talvez outra tecnologia de alta precisão - banda ultralarga (UWB) venha à sua mente agora. Embora o UWB possa atingir uma precisão inferior a um centímetro, é necessário incorporar um novo chipset. Além disso, o seu consumo de energia, embora diminua rapidamente, permanece notavelmente superior ao dos BLE. Conclui-se que a banda ultralarga (UWB) oferece maior precisão, mas ao custo de maior orçamento e complexidade.

Além dos dois profissionais mencionados acima, as soluções Bluetooth LE de antena única com Channel Sounding são mais econômicas do que as soluções UWB.

Integração e interoperabilidade perfeitas

A Sondagem de Canal Bluetooth é introduzida pela tecnologia Bluetooth existente, facilitando a integração perfeita em infraestrutura e dispositivos estabelecidos. Isso significa que empresas e desenvolvedores terão acesso fácil e rápido a uma solução de posicionamento segura, de baixo custo e precisa, sem a necessidade de chipsets adicionais.

A precisão, segurança e flexibilidade sem precedentes do Bluetooth Channel Sounding quebram barreiras para muitas aplicações. Quais casos de uso provavelmente adotarão a tecnologia?

Quais casos de uso preferem medição de distância de alta precisão (HADM)?

As aplicações da medição de distância de alta precisão (HADM) são diversas. Aqui estão alguns casos de uso que podem se beneficiar significativamente com esta nova tecnologia:

Navegação interna : Em grandes shopping centers, a combinação do Channel Sounding com outras novas tecnologias Bluetooth, como os protocolos Electronic Shelf Label (ESL), pode revolucionar as experiências de navegação interna, fornecendo aos usuários instruções precisas e atualizações em tempo real.

Rastreamento de ativos : sistemas baseados em Bluetooth têm sido amplamente comercializados para rastreamento de ativos em ambientes industriais e de armazenamento. Esses sistemas também aproveitam a tecnologia Bluetooth Low Energy existente para atender aos padrões de desempenho. Os desenvolvedores podem usar Channel Sounding para melhorar a precisão de posicionamento desses sistemas. Isto não só ajuda a prevenir perdas ou roubos, mas também melhora a eficiência operacional, simplificando os processos de gestão de inventário.

Além disso, fornece recursos avançados para alguns dos sistemas mais exigentes disponíveis, como rastreamento de atletas em tempo real em esportes profissionais.

Entrada sem chave do veículo : A sondagem de canal oferece vários benefícios para entrada sem chave do veículo . Esta tecnologia oferece maior precisão em comparação com sistemas mais antigos que dependem da Indicação de Intensidade do Sinal de Recebimento (RSSI) para estimativa de distância. Isso permite que as montadoras atendam aos padrões de precisão e, ao mesmo tempo, reduzam o número de antenas Bluetooth nos veículos. Assim, diminui o custo geral de um telefone como chave (PaaK). Além disso, a segurança Channel Sounding bloqueia vários ataques potenciais ao sistema de entrada sem chave.

Em suma, a alta segurança e precisão em relação às gerações anteriores de posicionamento Bluetooth, juntamente com seu perfil de baixo consumo de energia e baixo custo, tornam o Bluetooth Channel Sounding ideal para aplicações como rastreamento de ativos industriais / armazéns / consumidores, sistemas ESL, esportes em tempo real / rastreamento de condicionamento físico e chaves digitais automotivas .

Perspectiva da RF -star

A Texas Instruments (TI) está trabalhando ativamente com a SIG na especificação da tecnologia Bluetooth Channel Sounding. O TI CC2340R5 e os próximos chipsets Bluetooth LE suportarão a nova técnica no núcleo de RF e na pilha Bluetooth.

Como fornecedor líder global de soluções Bluetooth LE e um dos IDH da TI, a RF-star está se dedicando à inovação do Bluetooth Low Energy. Seus módulos CC2340 Bluetooth LE baseados em chipsets TI CC2340R5 suportarão modos de som de canal posteriormente. Eles fornecerão aplicações IoT de consumo, industriais e automotivas com soluções de alta precisão, baixo custo e alcance seguro. A RF-star acredita que estas soluções inovadoras alimentadas por esta tecnologia inovadora desempenharão um papel vital nos sistemas de posicionamento sem fio nos próximos anos.

Atualmente, a tecnologia UWB pode atingir medições de distância abaixo de cm, mas em termos de custo e ecossistema industrial, ainda não pode competir com o Bluetooth Channel Sounding. RF-star antecipa que o Channel Sounding pode não substituir inteiramente outras tecnologias, como o rádio de impulso UWB. Soluções híbridas que combinam vários métodos podem se tornar predominantes no futuro.

Para obter mais informações sobre a sonorização de canais Bluetooth, siga o blog da RF-star ou entre em contato com nossos especialistas em info@szrfstar.com