Avec ses capacités bien connues de streaming audio et de transfert de données, la technologie Bluetooth® est devenue un élément omniprésent dans nos vies, alimentant tout, des écouteurs sans fil aux appareils domestiques intelligents. Mais saviez-vous que le Bluetooth évolue désormais vers des services de localisation de haute précision, grâce à une technique révolutionnaire appelée Bluetooth Channel Sounding ?

Dans ce blog, nous explorerons ce qu'est le Bluetooth Channel Sounding, comment il fonctionne, les avantages qu'il apporte aux services de localisation, quels cas d'utilisation bénéficient de la mesure de distance de haute précision (HADM) et pourquoi cela change tellement la donne dans le monde. monde de la connectivité.

Figure 1 : Pourquoi la recherche de canaux Bluetooth est à la pointe des services de localisation de haute précision

Qu'est-ce que la diffusion de canaux Bluetooth ?

Le Channel Sounding, anciennement connu sous le nom de mesure de distance de haute précision (HADM), est une nouvelle technique permettant de calculer la distance entre deux appareils Bluetooth. Il utilise la télémétrie basée sur la phase (PBR) sur plusieurs canaux pour obtenir une mesure de distance précise.

Cela semble-t-il complexe ? À la base, le principe du Channel Sounding est simple.

Comment fonctionne la diffusion des canaux Bluetooth ?

Regardez l'image de la procédure de sondage de canal et explorons le principe de manière simple.

Figure 2 La procédure de sondage de canal

L'appareil A envoie un signal radio à l'appareil B, après quoi l'appareil B mesure la phase de ce signal et le renvoie à l'appareil A avec cette même phase. Suite à cela, le dispositif A évalue la variance de phase entre les signaux radio émis et reçus pour déterminer la distance parcourue par ces signaux au moment du vol.

Cette procédure est répétée plusieurs fois sur différentes fréquences de canal, ce qui permet aux appareils Bluetooth d'estimer une distance sans ambiguïté de manière précise à l'aide de données de phase.

La fonctionnalité à venir apporte de bonnes nouvelles au nombre croissant d’appareils Bluetooth, en particulier ceux dotés de services de localisation.

Quels sont les avantages des services de localisation Bluetooth avec sondage des canaux ?

Les avantages des services de localisation Bluetooth avec Channel Sounding sont vastes et percutants. Voici les principaux avantages :

Haute précision jusqu'à 10 cm

Malgré l’utilité avérée des technologies de télémétrie Bluetooth existantes, leur précision dans les mesures de distance peut s’avérer insuffisante pour des cas d’utilisation plus difficiles.

La technique omniprésente de l'indicateur de force du signal reçu (RSSI) , disponible sur tous les smartphones, estime la distance entre deux appareils en fonction de la diminution de l'amplitude du signal. Malheureusement, la précision de cette méthode est généralement limitée, allant souvent de trois à cinq mètres. En outre, RSSI reste vulnérable aux interférences provenant de facteurs externes, tels que l’absorption et la diffraction.

Après cela, des techniques plus avancées en matière de précision de télémétrie sont nées - Angle d'arrivée (AoA) et Angle de départ (AoD) . Au lieu d'estimer directement la distance, AoA et AoD utilisent la trigonométrie pour dériver les distances à partir des angles des signaux radio entrants ou sortants. Cette méthodologie peut atteindre une précision inférieure au mètre.

Néanmoins, la précision peut encore fluctuer considérablement en raison des circonstances environnantes. Par exemple, la propagation par trajets multiples peut empêcher des mesures précises dans des espaces intérieurs densément peuplés d'obstacles et de surfaces réfléchissantes.

Cela nous amène au Bluetooth® Channel Sounding, la dernière technologie sans fil pour les services de localisation de haute précision. La principale différence entre les technologies de télémétrie Bluetooth traditionnelles et le Channel Sounding réside dans la méthode de mesure.

Grâce à la télémétrie basée sur la phase, le Bluetooth Channel Sounding atteint une précision de 10 cm. Même si l'appareil se trouve dans des environnements intérieurs difficiles, il peut obtenir une localisation plus précise qu'au-delà des deux techniques précédentes. Par conséquent, Channel Sounding permettra un large éventail d'applications, par exemple. suivi des actifs et navigation intérieure.

Sécurité améliorée contre la manipulation du signal

RSSI présente un autre inconvénient, à l'exception d'une faible précision, c'est-à-dire un risque pour la sécurité. Ses niveaux de signal peuvent être altérés, ce qui pourrait entraîner des violations dans des situations de haute sécurité. Par exemple, dans des cas d'utilisation sensibles en matière de sécurité, tels que les systèmes de portes intelligentes, un attaquant pourrait élever le niveau RSSI pour tromper le système et lui faire percevoir une personne comme étant plus proche qu'elle ne l'est réellement. Ces vulnérabilités rendent RSSI inadéquat pour les applications de haute sécurité.

Pour Bluetooth Channel Sounding, la couche de liaison gère les procédures de publicité, d'analyse, de gestion des connexions, de communication de données asynchrones et isochrones et de cryptage des données. De plus, son algorithme de télémétrie basé sur la phase peut empêcher les attaques par relais. Cette technique de télémétrie exceptionnelle convient aux systèmes de contrôle d'accès des voitures, aux clés numériques et aux applications de haute sécurité.

Solution de positionnement à faible coût

L'angle d'arrivée (AOA) nécessite plusieurs antennes Bluetooth (au moins trois antennes) pour obtenir une mesure précise.

Peut-être qu’une autre technologie de haute précision – l’Ultra-Wideband (UWB) – vous vient à l’esprit maintenant. Même si l'UWB peut atteindre une précision inférieure au centimètre, il nécessite l'incorporation d'un nouveau chipset. De plus, sa consommation électrique, bien que diminuant rapidement, reste nettement supérieure à celle des BLE. Il s’ensuit que l’ultra-large bande (UWB) offre une précision améliorée, mais au prix d’un budget et d’une complexité accrus.

Outre les deux avantages mentionnés ci-dessus, les solutions Bluetooth LE à antenne unique avec Channel Sounding sont plus rentables que les solutions UWB.

Intégration et interopérabilité transparentes

Bluetooth Channel Sounding est introduit par la technologie Bluetooth existante, ce qui facilite son intégration transparente dans les infrastructures et les appareils établis. Cela signifie que les entreprises et les développeurs auront rapidement accès à une solution de positionnement sécurisée, peu coûteuse et précise sans avoir besoin de chipsets supplémentaires.

La précision, la sécurité et la flexibilité sans précédent du Bluetooth Channel Sounding brisent les barrières pour de nombreuses applications. Quels cas d’utilisation adopteront probablement la technologie ?

Quels cas d'utilisation préfèrent la mesure de distance de haute précision (HADM) ?

Les applications de la mesure de distance de haute précision (HADM) sont diverses. Voici quelques cas d’utilisation qui peuvent bénéficier considérablement de cette nouvelle technologie :

Navigation intérieure : dans les grands centres commerciaux, la combinaison du Channel Sounding avec d'autres nouvelles technologies Bluetooth telles que les protocoles Electronic Shelf Label (ESL) peut révolutionner les expériences de navigation intérieure, en fournissant aux utilisateurs des directions précises et des mises à jour en temps réel.

Suivi des actifs : les systèmes basés sur Bluetooth ont été largement commercialisés pour le suivi des actifs dans les environnements industriels et en entrepôts. Ces systèmes exploitent également la technologie Bluetooth Low Energy existante pour répondre aux normes de performance. Les développeurs peuvent utiliser Channel Sounding pour améliorer la précision de positionnement de ces systèmes. Cela permet non seulement d’éviter les pertes ou les vols, mais améliore également l’efficacité opérationnelle en rationalisant les processus de gestion des stocks.

De plus, il fournit des fonctionnalités avancées à certains des systèmes les plus exigeants disponibles, comme le suivi en temps réel des athlètes dans les sports professionnels.

Entrée sans clé du véhicule : Channel Sounding offre plusieurs avantages pour l'entrée sans clé du véhicule . Cette technologie offre une plus grande précision par rapport aux systèmes plus anciens qui s'appuient sur l'indication de la force du signal de réception (RSSI) pour l'estimation de la distance. Cela permet aux constructeurs automobiles de répondre aux normes de précision tout en réduisant le nombre d’antennes Bluetooth sur les véhicules. Ainsi, cela diminue le coût global d’un téléphone en tant que clé (PaaK). De plus, la sécurité Channel Sounding bloque diverses attaques potentielles sur le système d'entrée sans clé.

En bref, la haute sécurité et la précision par rapport aux générations précédentes de positionnement Bluetooth, associées à son faible profil de consommation et à son faible coût, rendent le Bluetooth Channel Sounding idéal pour les applications telles que le suivi des actifs industriels/d'entrepôts/de consommateurs, les systèmes ESL, le sport en temps réel/ suivi de la condition physique et clés numériques automobiles .

Le point de vue de RF-star

Texas Instruments(TI) travaille activement avec le SIG sur la spécification de la technologie Bluetooth Channel Sounding. TI CC2340R5 et les prochains chipsets Bluetooth LE prendront en charge la nouvelle technique dans son cœur RF et sa pile Bluetooth.

En tant que fournisseur mondial leader de solutions Bluetooth LE et l'un des IDH de TI, RF-star se consacre à l'innovation Bluetooth Low Energy. Ses modules CC2340 Bluetooth LE basés sur les chipsets TI CC2340R5 prendront ultérieurement en charge les modes Channel Sounding. Ils fourniront aux applications IoT grand public, industrielles et automobiles des solutions de haute précision, à faible coût et sécurisées. RF-star estime que ces solutions innovantes basées sur cette technologie révolutionnaire joueront un rôle essentiel dans les systèmes de positionnement sans fil au cours des prochaines années.

Actuellement, la technologie UWB permet de mesurer des distances inférieures au cm, mais en termes de coût et d'écosystème industriel, elle ne peut pas encore rivaliser avec le Bluetooth Channel Sounding. RF-star prévoit que Channel Sounding ne remplacera peut-être pas entièrement d’autres technologies telles que la radio à impulsion UWB. Les solutions hybrides combinant plusieurs méthodes de télémétrie pourraient devenir répandues à l’avenir.

Pour plus d'informations sur le sondage des canaux Bluetooth, veuillez suivre le blog de RF-star ou contacter nos experts à info@szrfstar.com