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為什么藍(lán)牙信道探測將引領(lǐng)高精度定位服務(wù)?

jf_14281695 ? 來源:jf_14281695 ? 作者:jf_14281695 ? 2024-04-03 11:12 ? 次閱讀
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藍(lán)牙耳機到智能家居設(shè)備,藍(lán)牙技術(shù)因其成熟的音頻流和數(shù)據(jù)傳輸功能已成為我們生活中的一部分。一項新技術(shù)——藍(lán)牙信道探測(Bluetooth Channel Sounding)正向高精度定位服務(wù)市場邁進。

本文信馳達(RF-star)將介紹藍(lán)牙信道探測技術(shù)定義、工作原理 、在定位服務(wù)中的優(yōu)勢、以及Channel Sounding的主要應(yīng)用場景。最后,我們還將為您介紹藍(lán)牙信道探測技術(shù)與UWB超寬帶技術(shù)的混合解決方案在高精度定位服務(wù)領(lǐng)域的應(yīng)用。

藍(lán)牙信道探測是什么

藍(lán)牙信道探測,英文全稱為:Bluetooth Channel Sounding, 先前被稱為高精度距離測量(High-Accuracy Distance Measurement),它是一種計算兩個低功耗藍(lán)牙設(shè)備之間精準(zhǔn)距離和定位的新技術(shù)。該技術(shù)是利用多個信道上的相位測距(Phase-Based Ranging)來獲得準(zhǔn)確的距離測量。

藍(lán)牙信道探測工作原理

如圖1所示,當(dāng)使用信道探測測算距離時, 設(shè)備A啟動程序(initiator), 設(shè)備B在不修改相位的情況下重復(fù)信號傳輸(reflector)。設(shè)備A向設(shè)備B發(fā)送無線信號,然后設(shè)備B測量這個信號的相位,并以相同的相位將其傳回設(shè)備A。隨后,設(shè)備A評估所發(fā)送和接收的無線信號之間的相位差異,來精確估計兩個藍(lán)牙設(shè)備之間的距離。為了提高測量精度,這個過程會在不同的信道頻率上重復(fù)多次,因此藍(lán)牙設(shè)備可以利用相位數(shù)據(jù)精確地估算出距離。

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圖1 藍(lán)牙信道探測技術(shù)定位原理

藍(lán)牙信道探測技術(shù)優(yōu)點

高達10厘米的測距精度

盡管現(xiàn)有的藍(lán)牙測距技術(shù)(如RSSI,AoA和AoD)仍然有其實用價值,但它們在測距精度方面可能無法滿足更具挑戰(zhàn)性的應(yīng)用場景。

接收信號強度指示(Received Signal Strength Indicator),簡稱RSSI,是最原始的藍(lán)牙測距技術(shù)。它是根據(jù)兩個設(shè)備之間信號強度在傳輸距離中的衰減程度進行距離估算。但是,RSSI的定位精度只有3~5米左右。此外,RSSI容易受到外部因素干擾,比如吸收和衍射。后來,更先進的距離定位測量技術(shù)誕生了——到達角(AoA)和出發(fā)角(AoD)。AoA和AoD不直接估算距離,而是利用三角定位法從發(fā)出或接收無線信號的角度進行距離測量。AoA和AoD可以實現(xiàn)亞米級的精度。然而,由于周圍環(huán)境的影響,其測量精度仍可能有較大波動。例如,在有大量障礙物和反射面的室內(nèi)空間中,多徑傳播可能會影響測量的精確性。與先前的藍(lán)牙測距技術(shù)不同的是,藍(lán)牙信道探測是基于相位測距(PBR)的,其精度可高達10厘米。即使藍(lán)牙設(shè)備處于比較復(fù)雜的室內(nèi)環(huán)境中,Channel Sounding也比RSSI、AoA/AoD能夠提供更準(zhǔn)確的位置信息。

高安全——防中繼攻擊

RSSI除了精度低之外,還存在安全風(fēng)險。其信號容易受中繼攻擊侵?jǐn)_,可能導(dǎo)致一些高安全性要求的方案中出現(xiàn)漏洞。例如,在PEPS系統(tǒng)中,攻擊者可能會增強RSSI信號強度,通過中繼手段欺騙系統(tǒng)認(rèn)為數(shù)字鑰匙位于附近。這些漏洞使RSSI不適用于高安全性的應(yīng)用。

而藍(lán)牙信道探測基于相位的測距算法可以防止中繼攻擊。此外,藍(lán)牙信道探測的鏈路層處理了廣播、掃描、連接管理、異步和常時等量數(shù)據(jù)通信以及數(shù)據(jù)加密等過程。因此,藍(lán)牙信道探測功能在車輛安全進入、門禁控制、數(shù)字鑰匙等高安全性應(yīng)用中表現(xiàn)突出。

低成本定位解決方案

AoA和AoD需要藍(lán)牙天線陣列才能獲得比較準(zhǔn)確的測量結(jié)果,這無疑會增加整體項目成本。

超寬帶(UWB)是另一種高精度定位技術(shù),可以達到厘米級的精度。但是,要使用UWB需要為無線設(shè)備添加新的芯片,而且相比低功耗藍(lán)牙技術(shù),UWB的功耗更高,所以增加了成本預(yù)算和技術(shù)復(fù)雜性。

不難看出,利用信道探測的單天線低功耗藍(lán)牙方案比UWB解決方案更具有成本效益。

易集成 & 互操作

藍(lán)牙信道探測是通過現(xiàn)有的藍(lán)牙技術(shù)引入的,很容易集成到已有基礎(chǔ)設(shè)施和設(shè)備中。這意味著企業(yè)和開發(fā)者將能夠快速獲得一種安全、低成本且高精度的定位解決方案,而無需增加額外的芯片。

總的來說,具有更高的準(zhǔn)確性、安全性和靈活性的藍(lán)牙信道探測功能為許多應(yīng)用提供了更有競爭力的解決方案。那么,藍(lán)牙信道探測技術(shù)有哪些主要的應(yīng)用場景?

高精度測距定位應(yīng)用

室內(nèi)導(dǎo)航:在大型購物中心,信道探測與其他新的藍(lán)牙技術(shù),如電子貨架標(biāo)簽(ESL)協(xié)議的結(jié)合可以徹底改變室內(nèi)導(dǎo)航體驗,為用戶提供精確的方向和實時更新的數(shù)據(jù)。

資產(chǎn)跟蹤:工業(yè)和倉儲的資產(chǎn)跟蹤系統(tǒng)中已廣泛使用基于低功耗藍(lán)牙的定位服務(wù)。開發(fā)者可以利用信道探測功能提升資產(chǎn)跟蹤的定位精度。這不僅有助于防止丟失或盜竊,還能簡化庫存管理流程,提高運營效率。此外,它為一些更具挑戰(zhàn)性的系統(tǒng)提供了先進的功能,比如專業(yè)體育運動的實時追蹤。

汽車數(shù)字鑰匙:與依賴接收信號強度指示進行距離估算的舊系統(tǒng)相比,利用信道探測測距定位的無鑰匙方案準(zhǔn)確性更高。這讓汽車制造商不僅能夠滿足精確度的標(biāo)準(zhǔn),同時還能減少車輛上的藍(lán)牙天線數(shù)量。因此,汽車數(shù)字鑰匙總成本也隨之降低。此外,信道探測的安全性能也能有效防止對無鑰匙進入系統(tǒng)的各種攻擊。

總之,與先前的藍(lán)牙定位技術(shù)相比,高安全、高精度、低功耗和低成本使藍(lán)牙信道探測非常適用于工業(yè)、倉儲和消費者資產(chǎn)跟蹤、ESL系統(tǒng)、實時體育/健身追蹤以及汽車數(shù)字鑰匙等應(yīng)用。

目前,德州儀器(TI)正與藍(lán)牙聯(lián)盟(SIG)通力合作,推動藍(lán)牙信道探測技術(shù)規(guī)范的制定。TI CC2340R5系列低功耗藍(lán)牙芯片未來將全面支持這一創(chuàng)新技術(shù)。

作為全球領(lǐng)先的低功耗藍(lán)牙(BLE)解決方案提供商,TI中國第三方IDH,信馳達(RF-star)一直致力于低功耗藍(lán)牙技術(shù)在國內(nèi)的推廣和應(yīng)用?;赥I CC2340R5芯片多款藍(lán)牙模塊也將支持信道探測功能,未來更新SDK即可支持。信馳達的低功耗藍(lán)牙方案將為物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)和汽車應(yīng)用提供高精度、高安全、低成本的測距定位服務(wù)。

未來,基于藍(lán)牙信道探測解決方案將在高精度定位服務(wù)中扮演重要角色。它可能不會完全替代UWB等其他定位測距技術(shù),而是會與多種測距技術(shù)結(jié)合,形成混合解決方案被廣泛應(yīng)用。

審核編輯 黃宇


聲明:本文內(nèi)容及配圖由入駐作者撰寫或者入駐合作網(wǎng)站授權(quán)轉(zhuǎn)載。文章觀點僅代表作者本人,不代表電子發(fā)燒友網(wǎng)立場。文章及其配圖僅供工程師學(xué)習(xí)之用,如有內(nèi)容侵權(quán)或者其他違規(guī)問題,請聯(lián)系本站處理。 舉報投訴
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