Аппаратная поддержка для измерения расстояния с помощью Bluetooth с высокой точностью

Специальная группа по интересам Bluetooth (SIG) объявила о зондировании каналов Bluetooth для точного измерения расстояния между совместимыми устройствами Bluetooth.
Silicon Labs и Nordic Semiconductor одновременно объявили об аппаратной поддержке этой спецификации. Зондирование каналов является частью недавно принятой спецификации Bluetooth 6.0.

Bluetooth с низким энергопотреблением (BLE) поддерживает определенный диапазон и обнаружение устройств, начиная со спецификации версии 5.4. Однако предыдущее решение для измерения дальности BLE имело ограниченную точность определения дальности. Новая версия 6.0 отличается значительно большей точностью, гибкостью и безопасностью.

Зондирование каналов — это новый стек протоколов для оборудования Bluetooth 6.0. Протокол основан на двух методах, обеспечивающих более высокую точность и надежность, чем это было возможно ранее. В первичной системе измерения дальности используется фазовая дальность (PBR). Вторичный метод измерения дальности, называемый временем прохождения туда и обратно (RTT), является дополнительной надстройкой для повышения точности и надежности.

PBR фиксирует изменение фазы отраженной несущей волны. BLE работает на частоте 2,4 ГГц, что (рассчитывается как 1/f) на расстоянии длины волны 12,5 см (4,92 дюйма). Устройство, инициирующее запрос (инициатор), передает информацию о фазе и амплитуде сигнала посредством амплитудной манипуляции (ASK). Приемное устройство, называемое отражателем, отправляет сигнал обратно инициатору, который определяет изменение фазы и амплитуду. Затем он переводит разницу в расстояние на основе разности фаз, связанной с длиной волны 12,5 см.

RTT — менее сложный из двух методов. Ему просто нужно измерить время между передачей и приемом. "Время полета" (TOF) вдвое меньше, с меньшими задержками, связанными с обработкой в ​​системе отражения (Treflector). "Время полета" трудно манипулировать, что повышает его безопасность. Основным недостатком RTT являются очень малые значения времени. Если тактовая частота недостаточно высока, точность результата TOF будет неточной.

Оба метода BLE 6.0 очень безопасны. В дополнение к многоуровневым мерам безопасности, протокол BLE обладает физическими свойствами двух разных методов, а не просто цифровыми данными, что делает систему измерения дальности по своей сути более сложной для манипулирования в гнусных целях.

Silicon Labs добавит зондирование канала Bluetooth 6.0 на свою платформу xG24. Радиоплата xG24 и комплект Pro позволяют конструкторам разрабатывать прототипы решений по зондированию каналов. Дополнительный комплект разработки xG24 с двойной антенной будет доступен в декабре 2024.

Комплект Pro включает в себя материнскую плату на базе беспроводной SoC EFR32xG24 от Silicon Labs 2,4 ГГц +10 дБм. Плата оснащена дочерними платами для поддержки определенных протоколов беспроводной связи (в комплект входят две) и имеет несколько вариантов антенн. В комплект входит SDK, пример кода и платформа разработки программного обеспечения «Simplicity Studio».

Компания Nordic объявила, что функция Bluetooth 6.0 Channel Sounding появится в компонентах SoC серий nRF54L и nRF54H. Чипы nRF54H/L позволяют определять диапазон на основе PBR, RTT или обоих одновременно. Чипы поддерживают устройства с одной антенной для обеспечения минимальных затрат и простоты, а также установку нескольких антенн для большей точности.

BLE используется в самых разных небольших персональных устройствах. Он повсеместно используется в смартфонах и заменяет старые собственные стандарты радиосвязи во все большем количестве устройств Интернета вещей и мобильных устройств. Общие области применения включают брелоки/дверные замки, устройства открывания гаражных ворот, автоматизацию дома/офиса и локальный мониторинг датчиков.

В промышленных и коммерческих приложениях диапазон Bluetooth может улучшить отслеживание активов, складские операции и мониторинг данных. Благодаря более дешевым решениям с меньшим энергопотреблением, которые будут доступны с Bluetooth 6.0, можно будет развернуть больше датчиков за ту же цену, что и меньшее количество старых датчиков Bluetooth.

При наличии нескольких стационарных устройств зондирование канала Bluetooth 6.0 также можно использовать для триангуляции положения мобильного устройства, например бытового робота-пылесоса. Эта возможность откроет новые приложения для домашней безопасности и автоматизации и улучшит продукты, которые в настоящее время используют нестандартные или менее эффективные старые протоколы.