Геолокация и измерения расстояния по Bluetooth®

Распознавание приближения и отслеживание по Bluetooth® Low Energy

Сервисы распознавания приближения и отслеживания по Bluetooth® Low Energy используют состояние линиии расчетные потери в тракте, чтобы выявлять расположенные рядом объекты и определять расстояние до этих объектов. Для этого применяется индикатор уровня принимаемого сигнала(RSSI, Received Signal Strength Indicator), который показывает уровень сигнала на приемнике и позволяет рассчитать расстояние между устройствами.

Однако метод определения расстояния на основе индикатора RSSI имеет ограниченную точность и высокую погрешностьпо причине зависимости от фактических параметров канала радиосвязи. Кроме того, данный метод легко подвергается манипуляциям. Это означает повышенный риск, особенно в таких приложениях систем безопасности, как цифровые ключи. Специальная группа Bluetooth® SIG признает эти ограничения и активно занимается разработкой технологии прецизионного измерения расстояния(HADM, High-Accuracy Distance Measurement) со встроенными функциями безопасности.

Определение местоположения и пеленгация по Bluetooth®

Представленная в стандарте Bluetooth® 5.1 функция пеленгации по Bluetooth® LE расширяет возможности сервисов определения местоположения по Bluetooth®. Данная функция поддерживает два метода определения направления сигнала Bluetooth®:

• Оценка по углу прихода сигнала (AoA): передатчик Bluetooth® с одиночной антенной передает специальный пеленгационный сигнал. Приемник, оснащенный антенной решеткой, измеряет разность фаз, чтобы определить относительное направление сигнала. Данный метод обычно применяется в целях отслеживания ресурсов.
• Оценка по углу выхода сигнала (AoD): стационарный передатчик Bluetooth® использует коммутируемую антенную решетку для отправки пакетов пеленгации. Приемник, оснащенный одиночной антенной, принимает сигнал и измеряет разности фаз, , чтобы определить относительное направление сигнала. Данный метод пригоден для приложений, в которых требуется точная информация о направлениив динамических сценариях.

Точность методов пеленгации AoA и AoD в значительной степени зависит от следующих факторов:

• Количество антенн
• Стабильная мощность передачи
• Малый сдвиг частоты
• Дрейф пеленгационного сигнала (LE 1M или LE 2M) на передатчике
• Точная выборка I/Q-данных из полученных сигналов на приемнике

Чтобы гарантировать надежную работу, группа Bluetooth® SIG определила ряд тестовых сценариев с соответствующими схемами. Портативный анализатор спектра Платформа R&S®CMW для испытаний систем беспроводной связиподдерживает эти тестовые сценарии с набором автоматических испытаний.

HADM на основе зондирования каналов Bluetooth®

Технология зондирования каналов Bluetooth® обеспечивает прецизионное измерение расстояния между двумя устройствами Bluetooth® LE с помощью фазового измерения дальности (PBR, Phase-Based Ranging). Здесь используется разность фаз между принятым и переданным радиосигналом в различных каналах. Измеренная разность фаз (Δθ) между двумя или более сигналами с различными частотами служит точным индикатором для определения расстояния.

• Одно устройство выступает в роли инициатора и передает пакет с постоянным тональным сигналом (CTE, Constant Tone Extension).
• Второе устройство выступает в роли отражателя и отправляет пакет обратно на первое устройство с той же фазой, как в полученном сигнале.

Данная процедура позволяет точно и надежно определять расстояние между устройствами Bluetooth®. Прецизионные измерения расстояния применяются в системах бесключевого доступа, навигации в замкнутом пространстве и отслеживания ресурсов. В будущем этот список сценариев использования будет безусловно расширен.

Группа Bluetooth® SIG разрабатывает тестовые сценарии, направленные на точные измерения и стабильное генерирование частоты и фазы сигналов для зондирования каналов. При использовании антенных решеток тестовые сценарии также охватывают надежность коммутации антенн. Конструкция устройств оказывает существенное влияние на измерения разности фаз и времени задержки, поэтому рекомендуется проводить эфирные измерения в рамках испытаний угла прихода сигнала, угла выхода сигнала и зондирования каналов Bluetooth®.