Technologie de positionnement Bluetooth : La voie vers une évolution intelligente des clés de voiture numériques

La technologie Bluetooth, technologie de communication à courte portée à faible consommation d'énergie et hautement compatible, a été largement appliquée dans le domaine des clés de voiture numériques. En permettant une coordination transparente entre les dispositifs embarqués et les dispositifs mobiles, la technologie Bluetooth peut détecter avec précision l'emplacement des clés de voiture numériques, facilitant ainsi les fonctions de verrouillage/déverrouillage et améliorant de manière significative l'expérience de l'utilisateur. Cet article évalue brièvement trois technologies de positionnement Bluetooth courantes - l'indication de la puissance du signal reçu (RSSI), l'angle d'arrivée/départ (AoA/AoD) et le Channel Sounding (CS) - en expliquant leurs avantages et leurs limites respectifs dans le contexte des clés de voiture numériques.

1.

Positionnement RSSI

Le positionnement RSSI est un moyen d'estimer la distance sur la base de l'atténuation des signaux sur la distance lors de la transmission sans fil entre deux appareils. La balise Bluetooth est un type de positionnement RSSI qui peut utiliser des solutions de positionnement par multilatération ou par empreinte digitale. Le schéma de positionnement par multilatération consiste à calculer la position de la cible sur la base des résultats de télémétrie d'au moins trois signaux de stations de base, mais il est sensible aux influences environnementales ; le schéma de positionnement par empreintes digitales calcule la position de la cible en faisant correspondre des bibliothèques d'empreintes digitales pré-collectées, ce qui offre une bonne adaptabilité aux environnements complexes, mais est facilement affecté par les changements environnementaux.

2.

Positionnement AoA/AoD

L'algorithme de positionnement AoA/AoD est une méthode de positionnement introduite dans la norme Bluetooth 5.1. Il calcule l'angle relatif entre le récepteur et l'émetteur en calculant la différence de phase du signal entre plusieurs antennes de dispositifs Bluetooth, et utilise l'intersection de plusieurs angles pour calculer la position de la cible.

L'angle d'arrivée est une méthode d'estimation de l'angle d'arrivée utilisant la différence de phase du réseau d'antennes de réception. L'émetteur utilise une seule antenne pour transmettre le signal, tandis que le récepteur dispose d'un réseau d'au moins deux antennes intégrées. Lorsque le signal passe, une différence de phase est générée car le signal atteint chaque antenne à des distances différentes, ce qui permet de calculer la direction de la cible du signal. Le principe de l'AoD est le même, sauf que les rôles de l'émetteur et du récepteur sont inversés : l'émetteur utilise un réseau de plusieurs antennes pour la transmission, tandis que le récepteur utilise une seule antenne pour la réception.

En théorie, la précision de positionnement de l'AoA/AoD Bluetooth peut atteindre un niveau inférieur au mètre (à 1 m près). Toutefois, dans les applications pratiques, la précision du positionnement est fortement influencée par la précision de la position d'installation de l'ancre et de l'angle d'attitude, et elle diminue à mesure que la distance par rapport à l'ancre augmente.

3.

Positionnement du CS

La nouvelle norme Bluetooth 6.0, qui inclut la fonctionnalité CS, sera publiée en août 2024. La CS est une technique d'estimation de la distance et de correction mutuelle par le biais du Round Trip Time (RTT) et du Phase Based Ranging (PBR), offrant une plus grande précision de télémétrie et améliorant les mécanismes de sécurité.

- Le RTT correspond à la durée nécessaire à un signal pour aller de l'émetteur au récepteur et revenir.

- Le PBR est une méthode qui permet de déterminer la distance en utilisant la variation de phase des signaux RF. La PBR calcule la distance en déphasant les signaux aux deux extrémités, mais il existe un problème de solutions multiples. L'utilisation de plusieurs signaux de fréquences différentes permet de mesurer la différence de phase entre les signaux afin d'éliminer les solutions multiples.

Lors de l'utilisation de la technologie CS pour calculer la distance, l'émetteur (initiateur) et le récepteur (réflecteur) échangent des informations par le biais de 72 canaux physiques RF. Tout d'abord, une simple synchronisation temporelle est réalisée par l'émetteur et le récepteur, puis le signal est réfléchi par le récepteur sans modification de la phase. Après avoir terminé le processus d'échange d'informations sur plusieurs fréquences, l'émetteur mesure le changement de phase entre le signal transmis et le signal réfléchi par le récepteur, ce qui permet de calculer la distance avec précision.

Dans l'ensemble, par rapport à RSSI, CS améliore considérablement la précision du positionnement et, dans l'idéal, la précision du positionnement de CS peut être de l'ordre de 1 m. En outre, CS améliore considérablement la stabilité par rapport à RSSI.

Par rapport à l'AoA/AoD, le principal avantage de la CS est qu'elle ne nécessite pas l'utilisation de réseaux d'antennes, ce qui réduit la taille de l'appareil.

En outre, le système CS offre des fonctions de sécurité intégrées améliorées, réduisant le risque d'attaques par relais grâce à des algorithmes de télémétrie de phase interactive et au cryptage des données RTT.

La figure suivante montre le test de performance du Bluetooth CS utilisant la puce KW45 de NXP. Les courbes de la figure représentent la distribution de l'écart des résultats de la mesure de la distance par rapport à la distance réelle pour chaque distance, et les courbes de couleurs différentes représentent les résultats des différentes méthodes de calcul de la distance. La figure montre que le Bluetooth CS présente une bonne cohérence dans l'écart de portée et une bonne dispersion des résultats de portée dans un rayon de 25 mètres.

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