Medições de distância e localização via Bluetooth®

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.

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®.