Mesures de positionnement et de distance Bluetooth®

Mesures de positionnement et de distance Bluetooth®

Recherche de direction et mesures de distance de précision élevée (HADM)

Services de localisation Bluetooth®

Les applications et services basés sur la localisation sont devenus monnaie courante dans les appareils électroniques d'aujourd'hui, tels que des smartphones, des voitures et des dispositifs portables. Parfois, des réseaux satellite (GNSS) ou cellulaires chutent du fait d'une couverture ou d'une précision insuffisante. Cela est particulièrement vrai dans les applications intérieures. Par conséquent, il est courant d'utiliser des technologies de courte portée telles que le Wi-Fi, le UWB ou le Bluetooth® pour prendre en charge des fonctionnalités de proximité, de télémétrie sécurisée, de suivi et de navigation au sein d'environnements intérieurs.

Les applications de service de localisation Bluetooth® d'aujourd'hui proposent des capacités de proximité et de télémétrie basées sur la disponibilité de liaison et l'estimation de pertes de trajets. Elles intègrent également la recherche de direction avec l'estimation de l'angle d'arrivée (AoA) ou de l'angle de départ (AoD). L'évolution à venir du Bluetooth® LE améliorera ces capacités en introduisant une technologie de portée de phase appelée Bluetooth® Channel Sounding pour prendre en charge des applications de télémétrie sécurisées.

Quelques applications bien connues qui utilisent des services de localisation Bluetooth® sont :

  • Le suivi des actifs
  • La détection de proximité
  • Le traçage de contact
  • Les applications d'accès sécurisé

Services de proximité et de traçage du Bluetooth® Low Energy

Les services de proximité et de traçage du Bluetooth® Low Energy (LE) utilisent les statuts de liaisonset les pertes estimées de trajetsafin d'identifier les paires à proximité et déterminer la distance d'une paire. Cela est réalisé en utilisant un indicateur de densité de signal reçu(RSSI), qui reflète la densité du signal à la fin du récepteur pour estimer la distance entre les appareils.

Cependant, une méthode de télémétrie basée sur RSSI propose une précision limitée avec une incertitude élevée, du fait des dépendances au comportement actuel du canal radio. Il doit également être noté que la télémétrie basée sur RSSI peut être manipulée sans difficulté. Cela pose un problème potentiel, en particulier dans des applications de sécurité telle que les clés numériques. Reconnaissant ces limitations, le Bluetooth® Special Interest Group (SIG) développe activement la technologie afin d'introduire des mesures de distance à précision élevée(HADM) avec des fonctionnalités desécurité intégrées.

Positionnement et recherche de direction Bluetooth®

Une fonction de recherche de direction (DF) du Bluetooth® LE a été définie dans le Bluetooth® 5.1 afin d'améliorer les capacités des services de positionnement du Bluetooth®. Cette fonctionnalité prend en charge deux méthodes pour la détermination de la direction d'un signal Bluetooth® :

  • L'estimation de l'angle d'arrivée (AoA): Un émetteur Bluetooth® avec une seule antenne envoi un signal spécifique de recherche de direction. La réception de l'appareil paire, équipé d'un faisceau d'antennes, mesure la différence de phaseafin d'estimer la direction relative du signal. Cette méthode est communément employée pour le suivi.
  • L'estimation de l'angle de départ (AoD) :Un émetteur stationnaire Bluetooth® utilise un faisceau d'antennes à commutation pour émettre des paquets de recherche de direction. L'appareil de réception, équipé d'une seule antenne, capture les signaux et mesure les différences de phase pour estimer la direction relative du signal. Cette méthode est adaptée pour des applications qui nécessitent une information directionnelle précisedans des scénarios dynamiques.

La précision de l'estimation AoA / AoD pour la recherche de direction repose fortement sur :

  • Le nombre d'antennes
  • La stabilité de la puissance d'émission
  • La faiblesse du décalage de fréquence
  • La dérive du signal DF (LE 1M ou LE 2M) de l'appareil émetteur
  • La capacité de l'appareil récepteur à échantillonner précisément les données I/Q provenant des signaux reçus

Pour garantir une performance robuste, le Bluetooth® SIG a spécifié divers cas de test avec des configurations distinctes. Les oscilloscopes La plateforme de test des communications sans fil R&S®CMWprend en charge des cas de test avec une solution de test automatisée.

HADM avec le Bluetooth® Channel Sounding

Le Bluetooth® Channel Sounding utilise la télémétrie basée sur la phase (PBR) pour permettre le HADM entre deux appareils Bluetooth® LE; il utilise le décalage de phase entre les signaux radio reçu et émis des différents canaux. En utilisant deux ou plusieurs signaux avec des fréquences différentes, la différence de phase mesurée (Δθ) entre ces signaux sert d'indicateur précis pour estimer la distance.

  • Un appareil agit en tant qu'initiateur, émettant un paquet avec une extension de ton constant (CTE).
  • Le second appareil fonctionne en tant que réflecteur, répondant au premier appareil en envoyant un paquet retour avec la même phase que le signal reçu.

Ce processus assure une estimation de distance fiable et précise entre les appareils Bluetooth®. Les applications HADM typiques intègrent des systèmes d'entrée sans clé, une navigation interne et des capacités de suivi, avec de nouveaux cas d'utilisation à l'horizon.

Comment fonctionne le Bluetooth® Channel Sounding
Comment fonctionne le Bluetooth® Channel Sounding

Le Bluetooth® SIG spécifie activement des cas d'utilisation se concentrant sur la précision de la mesure, ainsi que sur la stabilité de la génération de phase et de fréquence des signaux de sondage du canal. Lorsque des zones d'antennes sont utilisées, les cas de test traitent également de l'intégrité de la commutation de l'antenne. Compte tenu de l'impact substantiel de la conception de l'appareil sur les mesures de différence de phase et de délai, il est préférable d'effectuer des mesures sans fil (OTA) lors des tests AoA, AoD et Bluetooth® Channel Sounding.

Solutions de test pour le Bluetooth® Channel Sounding et la recherche de direction

Les solutions de test et mesure Rohde & Schwarz proposent une prise en charge complète du Bluetooth® BR, EDR et LE, en conformité avec les dernières spécifications Bluetooth®. La plateforme de test des communications sans fil R&S®CMW est un produit phare, qui se distingue en prenant en charge les tests automatisés du Bluetooth® Channel Sounding et de recherche de direction. Il adhère aux cas de tests spécifiés par le Bluetooth® SIG pour ces fonctionnalités, en faisant une solution uniquesur le marché. Cette plateforme de test fournit également un contrôle de test radio pour le test DTMdes appareils Bluetooth® LE au sein d'une configuration sans fil, simplifiant ainsi le processus de test.

Les fonctions de test du Bluetooth® sont intégrées au sein de tous les principaux instruments Rohde & Schwarz, y compris les générateurs et les analyseurs de signaux. Ces instruments ne prennent pas seulement en charge le Bluetooth® mais également d'autres normes non cellulaires et cellulaires, regroupant une large gamme de capacités de test en un seul boîtier.

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Configuration de vérification de la couche physique du sondage de canal du Bluetooth® Low Energy avec le R&S®CMW et le R&S®CMWrun
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