Posicionamiento y medidas de distancia por Bluetooth®

Servicios de proximidad y de rastreo por Bluetooth® Low Energy

Los servicios de proximidad y de rastreo por Bluetooth® Low Energy (LE) utilizan el estado del enlacey la pérdida de trayectoria estimadapara identificar dispositivos emparejados cercanos y determinar la distancia a cada uno de ellos. Esto se efectúa mediante un indicador de intensidad de la señal recibida(RSSI), que refleja la intensidad de la señal en el extremo del receptor para calcular la distancia entre equipos.

Sin embargo, un método basado en RSSI ofrece una precisión limitada con elevada incertidumbrea causa de las dependencias del verdadero comportamiento del canal radioeléctrico. Asimismo, se ha observado que la determinación de la posición basada en RSSI se puede manipular sin grandes dificultades. Esto supone un peligro potencial, especialmente en aplicaciones de seguridad como las claves digitales. Tras haber reconocido estas limitaciones, el grupo de interés especial de Bluetooth® (SIG) está desarrollando de forma activa la tecnología para implementar medidas de distancia de alta precisión(HADM) con funciones de seguridad integradas.

Determinación de la posición y localización por Bluetooth®

En Bluetooth® 5.1 se definió una función de determinación de la posición para Bluetooth® LE con el fin de mejorar las posibilidades de los servicios de localización por Bluetooth®. Esta función contempla dos métodos para determinar la dirección de una señal Bluetooth®:

• Cálculo del ángulo de llegada (AoA): un transmisor Bluetooth® con una antena individual envía una señal radiogoniométrica específica. El dispositivo receptor emparejado, equipado con una red de antenas, mide la diferencia de fasepara calcular la dirección relativa de la señal. Este método se utiliza habitualmente para el seguimiento de mercancías.
• Cálculo del ángulo de salida (AoA):un transmisor Bluetooth® estacionario utiliza una red de antenas conmutadas para enviar paquetes con información radiogoniométrica. El dispositivo receptor, equipado con una antena individual, captura las señales y mide las diferencias de fase para calcular la dirección relativa de la señal. Este método es recomendable para aplicaciones que requieren información precisa sobre la dirección de marchaen escenarios dinámicos.

La precisión del cálculo de AoA/AoD para la determinación de la posición depende básicamente de los siguientes factores:

• número de antenas
• estabilidad de la potencia de transmisión
• desplazamiento de frecuencia bajo
• deriva del dispositivo transmisor de la señal radiogoniométrica (LE 1M o LE 2M)
• capacidad del dispositivo receptor de muestrear con precisión datos I/Q de las señales recibidas

Para garantizar un rendimiento fiable, Bluetooth® SIG ha especificado diversos casos de test con diferentes configuraciones. La plataforma de test de comunicaciones inalámbricas R&S®CMWpermite ejecutar estos casos de test con una solución de test automatizada.

HADM con sondeo de canales por Bluetooth®

El sondeo de canales por Bluetooth® utiliza la determinación de la posición basada en la fase para habilitar medidas de distancia de alta precisión (HADM) entre dos dispositivos Bluetooth® LE. Para ello, utiliza la diferencia de fase entre las señales de radio recibidas y transmitidas de diferentes canales. Aplicando dos o más señales con diferentes frecuencias, la diferencia de fase (Δθ) medida entre estas señales aporta un indicador preciso para calcular la distancia.

• Un dispositivo actúa como iniciador, transmite un paquete con una extensión de tono constante (CTE).
• El segundo dispositivo funciona como reflector, y responde al primer dispositivo enviando de vuelta un paquete con la misma fase que la señal recibida.

Este proceso garantiza un cálculo preciso y fiable de la distancia entre los dispositivos Bluetooth®. Entre las aplicaciones típicas de HADM destacan los sistemas de acceso sin llave, la navegación en recintos cerrados y el seguimiento de mercancías, y todavía quedan muchos otros casos de uso nuevos por venir.

Bluetooth® SIG trabaja de forma activa en la especificación de casos de test orientados a medidas de alta precisión y a la generación de señales para el sondeo de canales con frecuencia y fase estables. Cuando se utilizan superficies de antenas, los casos de test también contemplan la integridad de conmutación de las antenas. Teniendo en cuenta el efecto sustancial del diseño del dispositivo en la diferencia de fase y las medidas de retardo de tiempo, lo más conveniente es realizar medidas over-the-air (OTA) para probar las funciones de AoA, AoD y sondeo de canales Bluetooth®.