Bluetooth® テクノロジーは、よく知られたオーディオ ストリーミングとデータ転送能力により、私たちの生活の至るところに浸透し、ワイヤレス ヘッドフォンからスマート ホーム デバイスに至るまで、あらゆるものに電力を供給しています。しかし、Bluetooth チャネル サウンディングと呼ばれる画期的な技術のおかげで、Bluetooth が高精度の位置情報サービスに向けて飛躍しつつあることをご存知ですか?

このブログでは、Bluetooth チャネル サウンディングとは何か、その仕組み、それが位置情報サービスにもたらすメリット、高精度距離測定 (HADM) から恩恵を受けるユースケース、およびそれがなぜ世界のゲームチェンジャーであるのかを探っていきます。コネクティビティの世界。

図 1 Bluetooth チャネル サウンディングが高精度位置サービスをリードする理由

Bluetoothチャンネルサウンディングとは何ですか?

以前は高精度距離測定 (HADM) として知られていたチャネル サウンディングは、2 つの Bluetooth デバイス間の距離を計算する新しい技術です。複数のチャネルで位相ベースの測距 (PBR) を使用して、正確な距離測定を取得します。

複雑に聞こえますか？根本的に、チャネルサウンディングの原理はシンプルです。

Bluetoothチャンネルサウンディングはどのように機能しますか?

チャンネルサウンディング手順の図を見て、簡単な方法で原理を調べてみましょう。

図 2 チャンネルサウンディング手順

デバイス A はデバイス B に無線信号を送信し、デバイス B はこの信号の位相を測定し、同じ位相でデバイス A に送り返します。これに続いて、デバイス A は送信された無線信号と受信された無線信号の間の位相の変化を評価し、飛行時にこれらの信号が通過した距離を決定します。

この手順は、異なるチャネル周波数で複数回繰り返されるため、Bluetooth デバイスは位相データを使用して正確な方法で明確な距離を推定できます。

今後の機能は、増え続ける Bluetooth デバイス、特に位置情報サービスを備えたデバイスに朗報をもたらします。

チャンネル サウンディングを備えた Bluetooth 位置情報サービスの利点は何ですか?

Channel Sounding を使用した Bluetooth 位置情報サービスの利点は非常に大きく、影響力があります。主な利点は次のとおりです。

最大10CMの高精度

既存の Bluetooth 測距テクノロジーの有用性は証明されていますが、距離測定の精度は、より困難なユースケースでは不十分になる可能性があります。

すべてのスマートフォンで利用できるユビキタスな受信信号強度インジケーター (RSSI)技術は、信号の振幅の減衰に基づいて 2 つのデバイス間の距離を推定します。残念ながら、この方法の精度は一般に限られており、多くの場合 3 ～ 5 メートルの範囲です。さらに、RSSI は、吸収や回折などの外部要因からの干渉に対して脆弱なままです。

その後、距離測距精度におけるより高度な技術、到来角 (AoA)と出発角 (AoD)が生まれました。AoA と AoD は、距離を直接推定する代わりに、三角法を利用して、送受信される無線信号の角度から距離を導き出します。この方法では、メートル未満の精度を達成できます。

ただし、周囲の状況により精度が大きく変動する場合があります。たとえば、障害物や反射面が密集している屋内空間では、マルチパス伝播により正確な測定が妨げられる可能性があります。

これは、高精度の位置情報サービスのための最新のワイヤレス技術である Bluetooth® Channel Sounding につながります。従来の Bluetooth 測距テクノロジーとチャネル サウンディングの大きな違いは、測定方法です。

位相ベースの測距により、Bluetooth チャネル サウンディングの精度は 10 cm にまで飛躍します。デバイスが困難な屋内環境にある場合でも、以前の 2 つの手法を超える場合よりも正確な位置を取得できます。したがって、Channel Sounding は幅広いアプリケーションに力を与えます。資産追跡と屋内ナビゲーション。

信号操作に対するセキュリティの強化

RSSI には、精度が低いこと以外に、セキュリティ上のリスクというもう 1 つの欠点があります。その信号レベルは改ざんされる可能性があり、セキュリティの高い状況では侵害が発生する可能性があります。たとえば、スマート ドア システムなどのセキュリティに敏感なユースケースでは、攻撃者が RSSI レベルを上げてシステムを欺き、誰かを実際よりも近くにいると認識させる可能性があります。これらの脆弱性により、RSSI は高セキュリティ アプリケーションには不適切になります。

Bluetooth チャネル サウンディングの場合、リンク層はアドバタイズ、スキャン、接続管理、非同期および等時性データ通信、およびデータ暗号化の手順を処理します。さらに、位相ベースの測距アルゴリズムにより、リレー攻撃を防止できます。優れた測距技術は、車のアクセス制御システム、デジタルキー、および高度なセキュリティアプリケーションに適しています。

低コストの測位ソリューション

到達角度 (AOA) では、正確な測定を行うために複数の Bluetooth アンテナ (少なくとも 3 つのアンテナ) が必要です。

おそらく、別の高精度テクノロジー、超広帯域 (UWB) が頭に浮かぶかもしれません。UWB はサブセンチメートルの精度にさえ達しますが、新しいチップセットを組み込む必要があります。さらに、消費電力は急速に減少していますが、BLE の消費電力よりも著しく高いままです。したがって、超広帯域 (UWB) では精度が向上しますが、その代償として予算と複雑さが増加します。

上記の 2 つの利点を除けば、チャネル サウンディングを備えたシングル アンテナ Bluetooth LE ソリューションは、UWB ソリューションよりもコスト効率が高くなります。

シームレスな統合と相互運用性

Bluetooth チャネル サウンディングは既存の Bluetooth テクノロジーによって導入され、確立されたインフラストラクチャやデバイスに簡単にシームレスに統合できます。これは、企業や開発者が追加のチップセットを必要とせずに、安全かつ低コストで正確な測位ソリューションにすぐに簡単にアクセスできることを意味します。

Bluetooth チャネル サウンディングの前例のない精度、セキュリティ、柔軟性により、多くのアプリケーションの障壁が打ち破られます。このテクノロジーを採用する可能性があるのはどのユースケースですか?

高精度距離測定 (HADM) が好まれるのはどのユースケースですか?

高精度距離測定 (HADM) の用途は多岐にわたります。この新しいテクノロジーから大きな恩恵を受けることができるいくつかの使用例を次に示します。

屋内ナビゲーション: 大規模なショッピング モールでは、チャネル サウンディングと電子棚ラベル (ESL) プロトコルなどの他の新しい Bluetooth テクノロジーを組み合わせることで、屋内ナビゲーション エクスペリエンスに革命をもたらし、ユーザーに正確な道順とリアルタイムの更新を提供できます。

資産追跡: Bluetooth ベースのシステムは、産業および倉庫環境における資産追跡用に広く商品化されています。これらのシステムは、既存の Bluetooth Low Energy テクノロジーも活用して、性能基準を満たしています。開発者は、Channel Sounding を使用して、これらのシステムの測位精度を向上させることができます。これにより、紛失や盗難を防ぐだけでなく、在庫管理プロセスが合理化され、業務効率が向上します。

さらに、プロスポーツにおけるリアルタイムのアスリート追跡など、より要求の厳しいシステムに高度な機能を提供します。

車両キーレスエントリー: チャンネルサウンディングは、車両キーレスエントリーにいくつかの利点をもたらします。このテクノロジーは、距離推定に受信信号強度表示 (RSSI) に依存する古いシステムと比較して、より高い精度を提供します。これにより、自動車メーカーは車両の Bluetooth アンテナの数を減らしながら精度基準を満たすことができます。これにより、キーとしての電話機 (PaaK) の全体的なコストが削減されます。さらに、チャンネル サウンディング セキュリティは、キーレス エントリー システムに対するさまざまな潜在的な攻撃をブロックします。

つまり、前世代の Bluetooth 測位よりも高いセキュリティと精度があり、低電力プロファイルと低コストと相まって、Bluetooth チャネル サウンディングは、産業 / 倉庫 / 消費者資産追跡、ESL システム、リアルタイム スポーツ / などのアプリケーションに最適です。フィットネス追跡、および自動車デジタルキー。

RFスターの視点

Texas Instruments(TI) は、Bluetooth チャネル サウンディング テクノロジの仕様に関して SIG と積極的に協力しています。TI CC2340R5 と今後の Bluetooth LE チップセットは、RF のコアと Bluetooth スタックで新しい技術をサポートします。

Bluetooth LE ソリューションの世界的大手プロバイダーであり、TI の IDH の 1 つとして、RF-star は Bluetooth Low Energy のイノベーションに注力しています。TI CC2340R5 チップセットをベースとするCC2340 Bluetooth LE モジュールは、今後チャネル サウンディング モードをサポートする予定です。両社は、高精度、低コスト、安​​全な測距ソリューションを消費者向けIoT、産業および自動車アプリケーションに提供します。RF-star は、この画期的なテクノロジーを活用したこれらの革新的なソリューションが、今後数年間の無線測位システムにおいて重要な役割を果たすと信じています。

現在、UWB テクノロジーは cm 未満の距離測定を実現できますが、コストと業界エコシステムの観点からは、まだ Bluetooth チャネルサウンディングと競合できません。RF スターは、Channel Sounding が UWB インパルス無線などの他の技術を完全に置き換えることはできないと予想しています。将来的には、複数の測距方法を組み合わせたハイブリッド ソリューションが普及する可能性があります。

Bluetooth チャンネルサウンディングの詳細については、RF-star のブログをフォローするか、 info@szrfstar.comで専門家にご連絡ください。