Medições de distância e localização via Bluetooth®

Medições de distância e localização via Bluetooth®

Radiogoniometria e medições de distância de alta precisão (HADM)

Serviços de localização via Bluetooth®

Os serviços e aplicativos baseados na localização se tornaram comuns nos dispositivos eletrônicos atuais, como smartphones, carros e tecnologias vestíveis. Às vezes, as redes celulares ou de satélite (Sistema Global de Navegação por Satélite) não são suficientes devido à cobertura ou precisão insuficientes. Isso acontece especialmente em aplicações em áreas internas. Portanto, é comum usar tecnologias de curto alcance, como Wi-Fi, banda ultralarga ou Bluetooth®, para oferecer suporte a funcionalidades de proximidade, telemetria segura, rastreamento e navegação em ambientes internos.

Os aplicativos atuais de serviço de localização via Bluetooth® oferecem recursos de proximidade e telemetria com base na disponibilidade do enlace e na estimativa de perda de percurso. Eles também incorporam a radiogoniometria por meio da estimativa do ângulo de chegada ou do ângulo de partida. A evolução contínua do Bluetooth® Low Energy (baixo consumo de energia) aprimorará ainda mais esses recursos com a introdução de uma tecnologia de telemetria de fase chamada sondagem de canal Bluetooth® para oferecer suporte a aplicativos de telemetria seguros.

Alguns aplicativos conhecidos que usam os serviços de localização via Bluetooth® são:

  • Rastreamento de ativos
  • Detecção de proximidade
  • Rastreamento de contatos
  • Aplicativos de acesso seguro

Serviços de proximidade e rastreamento do Bluetooth® Low Energy

Serviços de proximidade e rastreamento do Bluetooth® Low Energy (LE) utilizam o estado do enlacedo mundo e com estimativa de perda de percursopara identificar pares próximos e determinar a distância até seu homólogo. Isso é feito usando um indicador de intensidade do sinal recebido(RSSI), que reflete a intensidade do sinal na extremidade do receptor para estimar a distância entre os dispositivos.

No entanto, um método de alcance baseado no indicador de intensidade do sinal recebido oferece uma precisão limitada com alto nível de incerteza, devido à dependência do real comportamento do canal de rádio. Também foi observado que a telemetria baseada no indicador de intensidade do sinal recebido pode ser manipulado sem grandes dificuldades. Isso representa um risco potencial, especialmente em aplicativos de segurança, como chaves digitais. Ao reconhecer essas limitações, o Bluetooth Special Interest Group (SIG) está desenvolvendo ativamente a tecnologia para introduzir as medições de distância de alta precisão(HADM) com recursos de segurança integrado.

Radiogoniometria e localização via Bluetooth®

Um recurso de radiogoniometria do Bluetooth® Low Energy foi definido no Bluetooth® 5.1 para aprimorar as funcionalidades dos serviços de localização via Bluetooth®. Esse recurso oferece suporte a dois métodos para determinar a direção de um sinal Bluetooth®:

  • Estimativa do ângulo de chegada (AoA): um transmissor Bluetooth® com uma única antena envia um sinal especializado de localização de direção. O dispositivo homólogo receptor, equipado com um conjunto de antenas, mede a diferença de fasepara estimar a direção do sinal. Esse método é frequentemente empregado em rastreamento de ativos.
  • Estimativa do ângulo de partida (AoD):Um transmissor Bluetooth® estacionário usa um conjunto de antenas comutadas para transmitir pacotes habilitados para localização de direção. O dispositivo receptor, equipado com uma única antena, captura os sinais e mede as diferenças de fase para estimar a direção do sinal. Esse método é adequado para aplicações que exigem informações direcionais precisasem cenários dinâmicos.

A precisão da estimativa do ângulo de chegada e do ângulo de partida para localização da direção depende muito dos seguintes fatores:

  • Número de antenas
  • Potência de transmissão estável
  • Deslocamento de baixa frequência
  • Desvio do dispositivo de transmissão de sinal de localização de direção (LE 1M ou LE 2M)
  • Capacidade do dispositivo receptor de analisar com precisão os dados de entrada e saída dos sinais recebidos

Para garantir um desempenho sólido, o Bluetooth Special Interest Group especificou vários casos de teste com configurações distintas. A Plataforma de testes de comunicações sem fio R&S®CMWoferece suporte a esses casos de teste com uma solução de testes automatizada.

HADM com o canal de sondagem Bluetooth®

O canal de sondagem Bluetooth® usa a telemetria baseada em fases (PBR) para habilitar as medições de distância de alta precisão (HADM) entre dois dispositivos Bluetooth® Low Energy; ele usa a mudança de fase entre os sinais de rádio recebidos e transmitidos de diferentes canais. Ao utilizar dois ou mais sinais com frequências diferentes, a diferença de fase medida (Δθ) entre esses sinais serve como um indicador preciso para estimar a distância.

  • Um dispositivo atua como iniciador, transmitindo um pacote com uma extensão de tom constante (CTE).
  • O segundo dispositivo funciona como refletor, respondendo ao primeiro dispositivo enviando um pacote de volta com a mesma fase do sinal recebido.

Esse processo garante uma estimativa de distância precisa e confiável entre os dispositivos Bluetooth®. Os aplicativos típicos de medição de distância de alta precisão incluem sistemas de entrada sem chave, navegação em ambientes internos e rastreamento de ativos, com novos casos de uso que ainda estão por vir.

Como funciona a sondagem de canais Bluetooth®
Como funciona a sondagem de canais Bluetooth®

O Bluetooth Special Interest Group está especificando ativamente os casos de teste com foco em medições precisas e na geração estável de frequência e fase dos sinais de sondagem de canais. Quando as áreas de antena são utilizadas, os casos de teste também abordam a integridade da antena de comutação. Devido ao impacto substancial do design do dispositivo nas medições do atraso de tempo e diferença de fase, é melhor realizar medições over-the-air ao testar o ângulo de chegada , ângulo de partida e a sondagem de canal Bluetooth®.

Soluções de teste para radiogoniometria e sondagem de canal Bluetooth®

As soluções de teste e medição da Rohde & Schwarz oferecem um suporte abrangente para Bluetooth® BR (taxa de base), EDR (taxa de dados aprimorada) e LE (baixo consumo), de acordo com as mais recentes e principais especificações do Bluetooth®. Um produto de destaque é a plataforma de teste de comunicações sem fio R&S®CMW, que se diferencia por oferecer suporte a testes automatizados de sondagem de canal Bluetooth® e radiogoniometria. Ele está em conformidade com os casos de teste especificados pelo Bluetooth Special Interest Group para essas funcionalidades, o que o torna uma solução exclusivano mercado. Essa plataforma de teste também apresenta controle de teste em rádio para testes semelhantes ao modo de teste diretode dispositivos Bluetooth® Low Energy em uma configuração over-the-air, otimizando o processo do teste.

As funções de teste de Bluetooth® estão incorporadas em todos os principais instrumentos de teste da Rohde & Schwarz, incluindo analisadores e geradores de sinal. Esses instrumentos oferecem suporte não apenas a Bluetooth®, mas também outros padrões celulares e não celulares, consolidando uma ampla variedade de recursos de teste em uma única máquina.

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Configuração da verificação da camada física de sondagem do canal Bluetooth® Low Energy com o R&S®CMW e o R&S®CMWrun
Configuração da verificação da camada física de sondagem do canal Bluetooth® Low Energy com o R&S®CMW e o R&S®CMWrun

Soluções de teste de medições de distância e localização via Bluetooth®

Gerador de sinais vetoriais R&S®SMBV100B

Nova referência na sua classe de instrumentos com largura de banda de modulação de até 1 GHz e suporte para Bluetooth®

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Analisador de espectro e sinal R&S®FSV3000

Alta velocidade de medição de Bluetooth® para alto rendimento - desde a pesquisa e desenvolvimento até a produção

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Testador de conectividade sem fio R&S®CMW270

Testador não celular para Bluetooth® BR/EDR/LE - aprovado pelo Bluetooth Special Interest Group para testes de radiofrequência

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Sistema de teste regulamentar R&S®TS8997 para dispositivos sem fio

Testes regulatórios para dispositivos sem fio que operam em bandas reservadas para fins industriais, científicos e médicos com base no Instituto Europeu de Padrões de Telecomunicações (ETSI) e na Comissão Federal de Comunicações (FCC)

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Equipamento de testes de fabricação para comunicações R&S®CMW100

Testador sem sinalização ultracompacto para Bluetooth® - otimizado para linhas de produção

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Câmara blindada R&S®CMW-Z10

Excelente eficácia de blindagem- perfeito para testes over-the-air de dispositivos Bluetooth®

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Mais conhecimento sobre medições de distância e localização via Bluetooth®

Ficha de aplicação: « Bluetooth® Low Energy channel sounding validation »

Leia esta ficha de aplicação e saiba mais sobre as soluções de teste abrangentes e totalmente automatizadas para verificar a funcionalidade da camada física do Bluetooth® Low Energy.

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Webinar: « Redefining testing for Bluetooth® Low Energy »

Este webinar apresentará uma visão geral dos mais recentes desenvolvimentos do Bluetooth® Low Energy e demonstrará as soluções de teste relacionadas.

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Cartaz: « Connecting almost everything with Bluetooth® Low Energy »

Visão geral dos aspectos da tecnologia Bluetooth® Low Energy, incluindo opções de camada física, radiogoniometria, controle de potência e streaming de áudio.

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Webinar: « Everything you need to know about Bluetooth® Low Energy (LE) »

Introdução dos recursos mais recentes do Bluetooth® e dos desafios e soluções de teste relacionados

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Ficha de aplicação: « Ensure accurate Bluetooth® 5.1 direction finding »

Como usar o R&S®CMW para testar a radiogoniometria do Bluetooth®

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Publicação técnica: « From cable replacement to the IoT – Bluetooth® 5.1 »

Resumo das tecnologias Bluetooth® com foco na camada física para a versão 5.1

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Nota de aplicação: « Tests of Bluetooth® Low Energy 5.1 indoor navigation - direction finding »

Guia sobre como realizar testes de radiofrequência da radiogoniometria do Bluetooth 5.1 de acordo com a especificação de teste correspondente

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Nota de aplicação: « Bluetooth® LE RF test for IoT applications »

Como usar a plataforma R&S®CMW para realizar medições para a especificação de teste de Bluetooth® 5

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Folheto de aplicação: « Bluetooth® testing with the R&S®CMW wideband radio communication tester »

Visão geral do testador de comunicação via rádio de banda larga R&S®CMW para aplicações Bluetooth®

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