Misure di localizzazione e distanza tramite Bluetooth®

Servizi di prossimità e di rilevamento Bluetooth® Low Energy

I servizi di prossimità e rilevamento Bluetooth® Low Energy (LE) utilizzano lo stato del collegamentoe la stima della perdita di percorsoper identificare i peer vicini e determinare la distanza da un peer. A tal fine si utilizza un indicatore di potenza del segnale ricevuto(RSSI), che riflette la potenza del segnale all'estremità del ricevitore per stimare la distanza tra i dispositivi.

Tuttavia, un metodo di misurazione basato su RSSI offre un'accuratezza limitata con un'elevata incertezza, a causa della dipendenza dal comportamento effettivo del canale radio. È stato inoltre osservato che la misura della distanza (ranging) basata su RSSI può essere manipolata senza grandi difficoltà. Questo rappresenta un rischio potenziale, soprattutto nelle applicazioni di sicurezza come le chiavi digitali. Riconoscendo queste limitazioni, l'associazione Bluetooth® Special Interest Group (SIG) sta sviluppando attivamente la tecnologia per introdurre misurazioni della distanza ad alta accuratezza (HADM) confunzionalità di sicurezzaintegrate.

Localizzazione e radiogoniometria tramite Bluetooth®

In Bluetooth® 5.1 è stata definita una funzione di radiogoniometria (DF) Bluetooth® LE per migliorare le capacità dei servizi di localizzazione Bluetooth®. Questa funzione supporta due metodi per determinare la direzione di un segnale Bluetooth®:

• Stima dell'angolo di arrivo (AoA): un trasmettitore Bluetooth® con un'unica antenna invia un segnale di radiogoniometria specializzato. Il dispositivo peer ricevente, dotato di un array di antenne, misura la differenza di faseper stimare la direzione relativa del segnale. Questo metodo è comunemente utilizzato per il tracciamento delle risorse.
• Stima dell'angolo di partenza (AoD):un trasmettitore Bluetooth® stazionario utilizza un array di antenne commutate per trasmettere pacchetti abilitati alla radiogoniometria. Il dispositivo di ricezione, dotato di una singola antenna, cattura i segnali e misura le differenze di fase per stimare la direzione relativa del segnale. Questo metodo è adatto per le applicazioni che richiedono informazioni direzionali precisein scenari dinamici.

La precisione della stima di AoA/AoD per la radiogoniometria dipende in larga misura da:

• Numero di antenne
• Potenza di trasmissione stabile
• Offset a bassa frequenza
• Deriva del segnale DF (LE 1M o LE 2M) del dispositivo di trasmissione
• Capacità del dispositivo ricevente di campionare accuratamente i dati I/Q dai segnali ricevuti

Per assicurare prestazioni affidabili, Bluetooth® SIG ha specificato vari casi di test con impostazioni distinte. La piattaforma di test per comunicazioni wireless R&S®CMWsupporta questi casi di test con una soluzione di test automatizzata.

HADM con Bluetooth® Channel Sounding

Bluetooth® Channel Sounding utilizza il phase-based ranging (PBR) per consentire la misura HADM tra due dispositivi Bluetooth® LE; utilizza la variazione di fase tra i segnali radio ricevuti e trasmessi di canali diversi. Utilizzando due o più segnali con frequenze diverse, la differenza di fase misurata (Δθ) tra questi segnali serve come indicatore preciso per stimare la distanza.

• Un dispositivo funge da iniziatore, trasmettendo un pacchetto con un'estensione a tono costante (CTE, Constant Tone Extension).
• Il secondo dispositivo funge da riflettore e risponde al primo dispositivo inviando un pacchetto con la stessa fase del segnale ricevuto.

Questo processo assicura una stima accurata e affidabile della distanza tra i dispositivi Bluetooth®. Le applicazioni tipiche del sistema di misura HADM comprendono i sistemi di accesso senza chiave, la navigazione interna e l'asset tracking, con nuovi casi d'uso all'orizzonte.

Bluetooth® SIG sta attivamente specificando casi di test incentrati sulla misurazione precisa e sulla generazione stabile di frequenza e fase dei segnali di channel sounding. Quando vengono utilizzate aree di antenna, i casi di test riguardano anche l'integrità di commutazione dell'antenna. Dato l'impatto sostanziale della progettazione del dispositivo sulle misurazioni della differenza di fase e del ritardo temporale, è meglio effettuare misurazioni in modalità irradiata over-the-air (OTA) quando si verificano le funzionalità AoA, AoD e Bluetooth® Channel Sounding.