Con le sue ben note capacità di streaming audio e trasferimento dati, la tecnologia Bluetooth® è diventata una parte onnipresente della nostra vita, alimentando qualsiasi cosa, dalle cuffie wireless ai dispositivi domestici intelligenti. Ma sapevi che il Bluetooth sta ora facendo passi da gigante verso servizi di localizzazione ad alta precisione, grazie a una tecnica innovativa chiamata Bluetooth Channel Sounding?

In questo blog esploreremo cos'è il Bluetooth Channel Sounding, come funziona, i vantaggi che apporta ai servizi di localizzazione, quali casi d'uso traggono vantaggio dalla misurazione della distanza ad alta precisione (HADM) e perché è un punto di svolta nel settore. mondo della connettività.

Figura 1 Perché il Channel Sounding Bluetooth offre servizi di localizzazione ad alta precisione

Che cos'è l'audio del canale Bluetooth ?

Il Channel Sounding, precedentemente noto come misurazione della distanza ad alta precisione (HADM), è una nuova tecnica per calcolare la distanza tra due dispositivi Bluetooth. Utilizza la gamma basata sulla fase (PBR) su più canali per ottenere una misurazione accurata della distanza.

Sembra complesso? Fondamentalmente, il principio del Channel Sounding è semplice.

Come funziona l'audio dei canali Bluetooth ?

Guarda l'immagine della procedura Channel Sounding ed esploriamo il principio in modo semplice.

Figura 2 La procedura di Channel Sounding

Il dispositivo A invia un segnale radio al dispositivo B, dopodiché il dispositivo B misura la fase di questo segnale e lo ritrasmette al dispositivo A con la stessa fase. Successivamente, il dispositivo A valuta la variazione di fase tra i segnali radio trasmessi e ricevuti per determinare la distanza percorsa da questi segnali al momento del volo.

Questa procedura viene ripetuta più volte su diverse frequenze di canale, in modo che i dispositivi Bluetooth possano stimare una distanza univoca in modo preciso utilizzando i dati di fase.

L'imminente funzionalità porta buone notizie al crescente numero di dispositivi Bluetooth, in particolare quelli con servizi di localizzazione.

Quali sono i vantaggi dei servizi di localizzazione Bluetooth con Channel Sounding ?

I vantaggi dei servizi di localizzazione Bluetooth con Channel Sounding sono vasti e di grande impatto. Ecco i principali vantaggi:

Alta precisione fino a 10 cm

Nonostante la comprovata utilità delle tecnologie di rilevamento Bluetooth esistenti, la loro precisione nelle misurazioni della distanza potrebbe non essere sufficiente per i casi d’uso più impegnativi.

L'onnipresente tecnica RSSI (Received Signal Strength Indicator) , disponibile su tutti gli smartphone, stima la distanza tra due dispositivi in ​​base alla diminuzione dell'ampiezza del segnale. Purtroppo, la precisione di questo metodo è generalmente limitata e spesso varia da tre a cinque metri. Inoltre, l'RSSI rimane vulnerabile alle interferenze di fattori esterni, come l'assorbimento e la diffrazione.

Successivamente nascono tecniche più avanzate nella precisione della misurazione della distanza: angolo di arrivo (AoA) e angolo di partenza (AoD) . Invece di stimare direttamente la distanza, AoA e AoD utilizzano la trigonometria per ricavare le distanze dagli angoli dei segnali radio in entrata o in uscita. Questa metodologia può raggiungere una precisione inferiore al metro.

Tuttavia, la precisione può variare notevolmente a causa delle circostanze circostanti. Ad esempio, la propagazione multipercorso può impedire misurazioni accurate in spazi interni densamente popolati da ostacoli e superfici riflettenti.

Questo ci porta a Bluetooth® Channel Sounding, la più recente tecnologia wireless per servizi di localizzazione ad alta precisione. La differenza più importante tra le tradizionali tecnologie di rilevamento Bluetooth e il Channel Sounding è il metodo di misurazione.

Con la gamma basata sulla fase, il suono del canale Bluetooth raggiunge una precisione di 10 cm. Anche se il dispositivo si trova in ambienti interni difficili, può ottenere una posizione più precisa rispetto alle due tecniche precedenti. Pertanto, Channel Sounding consentirà un'ampia gamma di applicazioni, ad es. tracciamento delle risorse e navigazione interna.

Maggiore sicurezza contro la manipolazione del segnale

L'RSSI presenta un altro inconveniente, ad eccezione della scarsa precisione, che rappresenta un rischio per la sicurezza. I suoi livelli di segnale possono essere manomessi, causando potenzialmente violazioni in situazioni di alta sicurezza. Ad esempio, in casi d’uso sensibili alla sicurezza come i sistemi di porte intelligenti, un utente malintenzionato potrebbe elevare il livello RSSI per ingannare il sistema e fargli percepire qualcuno più vicino di quanto non sia realmente. Queste vulnerabilità rendono RSSI inadeguato per le applicazioni ad alta sicurezza.

Per Bluetooth Channel Sounding, il livello di collegamento gestisce le procedure per la pubblicità, la scansione, la gestione della connessione, la comunicazione dei dati asincrona e isocrona e la crittografia dei dati. Inoltre, il suo algoritmo di range basato sulla fase può prevenire attacchi di relè. L'eccezionale tecnica di misurazione è adatta per sistemi di controllo degli accessi automobilistici, chiavi digitali e applicazioni ad alta sicurezza.

Soluzione di posizionamento a basso costo

L'angolo di arrivo (AOA) richiede più antenne Bluetooth (almeno tre antenne) per ottenere una misurazione precisa.

Forse ora ti viene in mente un'altra tecnologia ad alta precisione: la banda ultra larga (UWB). Sebbene l'UWB possa raggiungere una precisione anche inferiore al centimetro, richiede l'incorporazione di un nuovo chipset. Inoltre, il consumo energetico, pur diminuendo rapidamente, rimane notevolmente superiore a quello dei BLE. Ne consegue che la banda ultralarga (UWB) offre una maggiore precisione, ma a costo di maggiori budget e complessità.

A parte i due vantaggi sopra menzionati, le soluzioni Bluetooth LE ad antenna singola con Channel Sounding sono più convenienti rispetto alle soluzioni UWB.

Integrazione e interoperabilità perfette

Il Bluetooth Channel Sounding è introdotto dalla tecnologia Bluetooth esistente, facilitando l'integrazione perfetta nell'infrastruttura e nei dispositivi stabiliti. Ciò significa che aziende e sviluppatori avranno rapidamente e facilmente accesso a una soluzione di posizionamento sicura, economica e precisa senza bisogno di chipset aggiuntivi.

La precisione, la sicurezza e la flessibilità senza precedenti del Bluetooth Channel Sounding rompono le barriere per molte applicazioni. Quali casi d’uso probabilmente adotteranno la tecnologia?

Quali casi d'uso preferiscono la misurazione della distanza ad alta precisione (HADM)?

Le applicazioni della misurazione della distanza ad alta precisione (HADM) sono diverse. Ecco alcuni casi d’uso che possono trarre notevoli vantaggi da questa nuova tecnologia:

Navigazione interna : nei grandi centri commerciali, la combinazione di Channel Sounding con altre nuove tecnologie Bluetooth come i protocolli ESL (Electronic Shelf Label) può rivoluzionare le esperienze di navigazione interna, fornendo agli utenti indicazioni precise e aggiornamenti in tempo reale.

Tracciamento delle risorse : i sistemi basati su Bluetooth sono stati ampiamente commercializzati per il tracciamento delle risorse in ambienti industriali e di magazzino. Questi sistemi sfruttano inoltre la tecnologia Bluetooth Low Energy esistente per soddisfare gli standard prestazionali. Gli sviluppatori possono utilizzare Channel Sounding per migliorare la precisione di posizionamento di questi sistemi. Ciò non solo aiuta a prevenire perdite o furti, ma migliora anche l'efficienza operativa semplificando i processi di gestione dell'inventario.

Inoltre, fornisce funzionalità avanzate ad alcuni dei sistemi più esigenti disponibili, come il monitoraggio degli atleti in tempo reale negli sport professionistici.

Accesso senza chiave del veicolo : il Channel Sounding offre numerosi vantaggi per l'accesso senza chiave del veicolo . Questa tecnologia fornisce una maggiore precisione rispetto ai sistemi più vecchi che si basano sull'RSSI (Receiver Signal Strength Indication) per la stima della distanza. Ciò consente alle case automobilistiche di soddisfare gli standard di precisione riducendo al contempo il numero di antenne Bluetooth sui veicoli. In tal modo, diminuisce il costo complessivo di un telefono come chiave (PaaK). Inoltre, la sicurezza Channel Sounding blocca vari potenziali attacchi al sistema di accesso senza chiavi.

In breve, l'elevata sicurezza e precisione rispetto alle generazioni precedenti di posizionamento Bluetooth, insieme al basso profilo energetico e al basso costo, rendono il Bluetooth Channel Sounding ideale per applicazioni come il monitoraggio di beni industriali/magazzini/di consumo, sistemi ESL, sport/sport in tempo reale monitoraggio del fitness e chiavi digitali automobilistiche .

La prospettiva di RF -star

Texas Instruments (TI) sta lavorando attivamente con SIG sulle specifiche della tecnologia Bluetooth Channel Sounding. TI CC2340R5 e i prossimi chipset Bluetooth LE supporteranno la nuova tecnica nel core RF e nello stack Bluetooth.

In qualità di fornitore leader a livello mondiale di soluzioni Bluetooth LE e uno degli IDH di TI, RF-star si sta dedicando all'innovazione Bluetooth Low Energy. I suoi moduli Bluetooth LE CC2340 basati sui chipset TI CC2340R5 supporteranno successivamente le modalità Channel Sounding. Forniranno alle applicazioni IoT di consumo, industriali e automobilistiche soluzioni ad alta precisione, a basso costo e sicure. RF-star ritiene che queste soluzioni innovative basate su questa tecnologia innovativa svolgeranno un ruolo vitale nei sistemi di posizionamento wireless nei prossimi anni.

Attualmente, la tecnologia UWB può raggiungere la misurazione della distanza inferiore a cm, ma in termini di costi e di ecosistema industriale, non può ancora competere con il Bluetooth Channel Sounding. RF-star prevede che Channel Sounding potrebbe non sostituire completamente altre tecnologie come la radio a impulsi UWB. Le soluzioni ibride che combinano più metodi di misurazione potrebbero diventare prevalenti in futuro.

Per ulteriori informazioni sul suono del canale Bluetooth, segui il blog di RF-star o contatta i nostri esperti all'indirizzo info@szrfstar.com