Tecnología de posicionamiento Bluetooth: El camino hacia la evolución inteligente de las llaves digitales de coche

Bluetooth, como tecnología de comunicación de corto alcance de bajo consumo y alta compatibilidad, se ha aplicado ampliamente en el campo de las llaves digitales de coche. Al permitir una coordinación sin fisuras entre los dispositivos del extremo del vehículo y los del extremo móvil, la tecnología Bluetooth puede detectar con precisión la ubicación de las llaves digitales del coche, facilitando así las funciones de bloqueo/desbloqueo sin fisuras y mejorando significativamente la experiencia del usuario. En este artículo se evalúan brevemente tres de las principales tecnologías de posicionamiento Bluetooth: la indicación de intensidad de señal recibida (RSSI), el ángulo de llegada/salida (AoA/AoD) y la sonda de canal (CS), y se analizan sus respectivas ventajas y limitaciones en el contexto de las llaves digitales de coche.

1.

Posicionamiento RSSI

El posicionamiento RSSI es una forma de estimar la distancia basada en la atenuación de las señales a lo largo de la distancia durante la transmisión inalámbrica entre dos dispositivos. Tomando como ejemplo la baliza Bluetooth, ésta es un tipo de posicionamiento RSSI que puede utilizar soluciones de posicionamiento por multilateración o por huella dactilar. El esquema de posicionamiento por multilateración consiste en calcular la posición del objetivo basándose en los resultados del alcance de al menos tres señales de estación base, pero es susceptible a las influencias ambientales; el esquema de posicionamiento por huella dactilar calcula la posición del objetivo comparando bibliotecas de huellas dactilares previamente recopiladas, lo que tiene una buena adaptabilidad a entornos complejos pero se ve fácilmente afectado por los cambios ambientales.

2.

Posicionamiento AoA/AoD

El algoritmo de posicionamiento AoA/AoD es un método de posicionamiento introducido en el estándar Bluetooth 5.1. Calcula el ángulo relativo entre el receptor y el transmisor calculando la diferencia de fase de la señal entre varias antenas de dispositivos Bluetooth, y utiliza la intersección multiángulo para calcular la posición del objetivo.

El AoA es un método de estimación del ángulo de llegada que utiliza la diferencia de fase del conjunto de antenas receptoras. El transmisor utiliza una sola antena para transmitir la señal, mientras que el receptor lleva incorporado un conjunto de al menos dos unidades de antena. Cuando la señal pasa, se genera una diferencia de fase a medida que la señal llega a cada antena a diferentes distancias, lo que permite calcular la dirección del objetivo de la señal. El principio de la AoD es el mismo, salvo que se invierten los papeles del transmisor y el receptor: el transmisor utiliza un conjunto de varias antenas para la transmisión, mientras que el receptor utiliza una sola antena para la recepción.

En teoría, la precisión de posicionamiento de Bluetooth AoA/AoD puede alcanzar un nivel submétrico (dentro de 1 m). Sin embargo, en aplicaciones prácticas, la precisión de posicionamiento se ve muy afectada por la precisión de la posición de instalación del ancla y el ángulo de actitud, y disminuye a medida que aumenta la distancia al ancla.

3.

Posicionamiento CS

La nueva norma Bluetooth 6.0, que incluye la funcionalidad CS, se publicará en agosto de 2024. CS es una técnica de estimación de la distancia y corrección mutua mediante el tiempo de ida y vuelta (RTT) y el alcance basado en fase (PBR), que ofrece una mayor precisión de alcance y mejora los mecanismos de seguridad.

- El RTT se refiere a la duración necesaria para que una señal viaje del emisor al receptor y vuelva de nuevo.

- El PBR es un método para determinar la distancia utilizando la variación de fase de las señales de radiofrecuencia. El PBR calcula la distancia desplazando la fase de las señales en ambos extremos, pero existe el problema de las soluciones múltiples. El uso de múltiples señales con diferentes frecuencias puede medir la diferencia de fase entre las señales para eliminar las soluciones múltiples.

Cuando se utiliza la tecnología CS para calcular la distancia, el transmisor (iniciador) y el receptor (reflector) intercambian información a través de 72 canales físicos de RF. En primer lugar, el transmisor y el receptor realizan una sincronización temporal sencilla y, a continuación, el receptor refleja la señal sin modificar la fase. Tras completar el proceso de intercambio de información en múltiples frecuencias, el transmisor mide el cambio de fase entre la señal transmitida y la señal reflejada del receptor, logrando un cálculo preciso de la distancia.

En general, en comparación con RSSI, CS ha mejorado significativamente la precisión de posicionamiento, e idealmente, la precisión de posicionamiento de CS puede estar dentro de 1m; Además, CS ha mejorado significativamente la estabilidad en comparación con RSSI.

En comparación con AoA/AoD, la mayor ventaja de CS es que no requiere el uso de matrices de antenas, lo que reduce el tamaño del dispositivo.

Además, CS ofrece funciones de seguridad integradas mejoradas, que reducen el riesgo de ataques de retransmisión mediante algoritmos interactivos de alcance de fases y cifrado de datos RTT.

La siguiente figura muestra la prueba de rendimiento de Bluetooth CS utilizando el chip NXP KW45. Las curvas de la figura representan la distribución de la desviación de los resultados de las mediciones de distancia con la distancia real para cada distancia, y las curvas de distintos colores representan los resultados de distintos métodos de cálculo de distancia. De la figura se desprende que el Bluetooth CS tiene una buena consistencia en la desviación de alcance y una buena dispersión de los resultados de alcance dentro de un rango de 25 metros.

Watchdata ha acumulado profundas capacidades de I+D en el campo de la tecnología de posicionamiento Bluetooth, que abarcan RSSI, AoA/AoD y Channel Sounding. Gracias a nuestra amplia experiencia en la ejecución de proyectos, hemos conseguido ofrecer soluciones de alta calidad. De cara al futuro, Watchdata seguirá centrándose en la innovación tecnológica y la mejora de los servicios, abordando activamente los cambios del mercado y las necesidades de los clientes para crear productos y servicios más competitivos. Esperamos colaborar con más socios para impulsar el desarrollo de la industria y crear conjuntamente un futuro mejor.