Posicionamiento y mediciones de distancia Bluetooth®

Servicios de proximidad y rastreo Bluetooth® Low Energy

Los servicios de proximidad y rastreo Bluetooth® Low Energy (LE) utilizan tanto el estado del enlace, así como la pérdida de trayecto estimadapara identificar los pares cercanos, y así determinar la distancia a un par. Esto se realiza con un indicador de intensidad de la señal recibida(RSSI), el cual a fin de estimar la distancia entre los dispositivos, refleja la intensidad de señal en el extremo del receptor.

Sin embargo, un método de medición de distancias en función del indicador de intensidad de la señal recibida proporciona una precisión limitada con un alto grado de incertidumbre, debido a que depende del comportamiento real del canal radioeléctrico. También se ha observado que la medición de distancias en función del indicador de intensidad de la señal recibida puede manipularse sin gran dificultad. Esto constituye un riesgo potencial, especialmente para aplicaciones de seguridad, como llaves digitales. Consiente de estas limitaciones el grupo de interés de Bluetooth® se encuentra desarrollando una tecnología para introducir mediciones de distancia de alta precisión(HADM) con funciones de seguridadintegradas.

Posicionamiento y radiogoniometría con Bluetooth®

En Bluetooth® 5.1 se ha definido una función de radiogoniometría (DF) Bluetooth® LE para mejorar las funciones de los servicios de posicionamiento Bluetooth®. Esta función admite dos métodos para determinar la dirección de una señal Bluetooth®:

• Estimación del ángulo de llegada (AoA): un transmisor Bluetooth® con una sola antena envía una señal de radiogoniometría especializada. El dispositivo receptor, equipado con un sistema de antenas, mide la diferencia de fasepara estimar la dirección relativa de la señal. Este método por lo general se emplea para el rastreo de recursos.
• Estimación del ángulo de salida (AoD):un transmisor Bluetooth® estacionario utiliza un sistema de antenas conmutadas para transmitir paquetes habilitados para radiogoniometría. El dispositivo receptor, equipado con una sola antena, captura las señales y mide las diferencias de fase para estimar la dirección relativa de la señal. Este método es el adecuado para aplicaciones que requieren de información direccional precisaen escenarios dinámicos.

La precisión de estimación tanto del ángulo de llegada como del ángulo de salida para la radiogoniometría dependen de:

• Número de antenas
• Potencia de transmisión estable
• Desplazamiento de baja frecuencia
• Desplazamiento de la señal de radiogoniometría (LE 1M o LE 2M) que transmite el dispositivo
• Capacidad del dispositivo receptor para muestrear con precisión los datos I/Q de las señales recibidas

Con la finalidad de asegurar un sólido rendimiento, el Grupo de interés especial de Bluetooth® ha especificado diversos casos de prueba con distintas configuraciones. La plataforma de pruebas de comunicaciones inalámbricas R&S®CMWadmite estos casos de prueba con una solución de pruebas automatizada.

HADM con Bluetooth® Channel Sounding

Bluetooth® Channel Sounding utiliza PBR (phase-based ranging) para habilitar mediciones de distancia de alta precisión (HADM) entre dos dispositivos Bluetooth® LE, utiliza el desplazamiento de fase entre las señales radioeléctricas recibidas y transmitidas de diferentes canales. Al utilizar dos o más señales con diferentes frecuencias, la diferencia de fase (Δθ) medida entre estas señales sirve como un indicador para estimar la distancia con precisión.

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

Este proceso asegura una estimación precisa y confiable de la distancia entre dos dispositivos Bluetooth®. Aplicaciones típicas de HADM incluyen sistemas remotos de entrada sin llave, navegación en interiores, así como rastreo de recursos, con nuevos casos de uso en el horizonte.

El Grupo de interés especial de Bluetooth® está especificando casos de uso que se centran tanto en la medición precisa como en la generación estable de frecuencia y fase de las señales de sondeo de canal. Cuando se utilizan áreas de antenas, los casos de uso también se ocupan de la integridad de la conmutación de la antena. Debido al importante impacto del diseño de dispositivos en las mediciones de diferencia de fase y de retardo temporal, es mejor realizar mediciones «over the air» (OTA) al momento de probar el ángulo de llegada, el ángulo de salida y Bluetooth® Channel Sounding.