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02/27/2025O Bluetooth, enquanto tecnologia de comunicação de curto alcance de baixa potência e altamente compatível, tem sido amplamente aplicado no domínio das chaves digitais para automóveis. Ao permitir uma coordenação perfeita entre os dispositivos do lado do veículo e do lado móvel, a tecnologia Bluetooth pode detetar com precisão a localização das chaves digitais do automóvel, facilitando assim as funções de bloqueio/desbloqueio e melhorando significativamente a experiência do utilizador. Este documento avalia brevemente três das principais tecnologias de posicionamento Bluetooth - Indicação da Força do Sinal Recebido (RSSI), Ângulo de Chegada/Partida (AoA/AoD) e Sondagem de Canal (CS) - explorando as suas respectivas vantagens e limitações no contexto das chaves digitais para automóveis.
O posicionamento RSSI é uma forma de estimar a distância com base na atenuação dos sinais ao longo da distância durante a transmissão sem fios entre dois dispositivos. Tomando o Bluetooth Beacon como exemplo, o Bluetooth Beacon é um tipo de posicionamento RSSI, que pode utilizar soluções de multilateração ou de posicionamento por impressão digital. O esquema de posicionamento da multilateração consiste em calcular a posição do alvo com base nos resultados do alcance de, pelo menos, três sinais da estação de base, mas é suscetível a influências ambientais; o esquema de posicionamento por impressão digital calcula a posição do alvo fazendo corresponder bibliotecas de impressões digitais pré-colhidas, o que tem boa adaptabilidade a ambientes complexos, mas é facilmente afetado por alterações ambientais.
O algoritmo de posicionamento AoA/AoD é um método de posicionamento introduzido na norma Bluetooth 5.1. Calcula o ângulo relativo entre o recetor e o transmissor, calculando a diferença de fase do sinal entre várias antenas de dispositivos Bluetooth, e utiliza a intersecção de vários ângulos para calcular a posição do alvo.
AoA é um método de estimativa do ângulo de chegada que utiliza a diferença de fase do conjunto de antenas de receção. O transmissor utiliza uma única antena para transmitir o sinal, enquanto o recetor tem um conjunto de, pelo menos, duas unidades de antena incorporadas. Quando o sinal passa, é gerada uma diferença de fase à medida que o sinal atinge cada antena a distâncias diferentes, que calcula a direção do alvo do sinal. O princípio do AoD é o mesmo, exceto que os papéis do transmissor e do recetor são invertidos: o transmissor utiliza um conjunto de várias antenas para a transmissão, enquanto o recetor utiliza uma única antena para a receção.
Em teoria, a exatidão de posicionamento do Bluetooth AoA/AoD pode atingir o nível submétrico (dentro de 1m). No entanto, em aplicações práticas, a precisão do posicionamento é grandemente afetada pela precisão da posição de instalação da âncora e do ângulo de atitude, e diminui à medida que a distância à âncora aumenta.
A nova norma Bluetooth 6.0, que inclui a funcionalidade CS, será lançada em agosto de 2024. A CS é uma técnica de estimativa da distância e de correção mútua através do Round Trip Time (RTT) e do Phase Based Ranging (PBR), que oferece uma maior precisão de alcance e melhora os mecanismos de segurança.
- O RTT refere-se à duração necessária para que um sinal viaje do transmissor para o recetor e volte novamente.
- O PBR é um método de determinação da distância utilizando a variação de fase dos sinais de RF. O PBR calcula a distância através da mudança de fase dos sinais em ambas as extremidades, mas existe o problema das soluções múltiplas. A utilização de vários sinais com frequências diferentes pode medir a diferença de fase entre sinais para eliminar soluções múltiplas.
Ao utilizar a tecnologia CS para calcular a distância, o transmissor (iniciador) e o recetor (refletor) trocam informações através de 72 canais físicos de RF. Em primeiro lugar, o transmissor e o recetor conseguem uma sincronização de tempo simples e, em seguida, o sinal é refletido pelo recetor sem modificar a fase. Depois de completar o processo de troca de informações em várias frequências, o transmissor mede a mudança de fase entre o sinal transmitido e o sinal refletido do recetor, obtendo um cálculo preciso da distância.
Em geral, em comparação com o RSSI, o CS melhorou significativamente a precisão do posicionamento e, idealmente, a precisão do posicionamento do CS pode estar dentro de 1m; além disso, o CS melhorou significativamente a estabilidade em comparação com o RSSI.
Em comparação com o AoA/AoD, a maior vantagem do CS é o facto de não exigir a utilização de conjuntos de antenas, reduzindo assim o tamanho do dispositivo.
Além disso, o CS oferece caraterísticas de segurança incorporadas melhoradas - reduzindo o risco de ataques de retransmissão através de algoritmos de variação de fase interactiva e encriptação de dados RTT.
A figura seguinte mostra o teste de desempenho do Bluetooth CS utilizando o chip NXP KW45. As curvas na figura representam a distribuição do desvio dos resultados da medição da distância com a distância real para cada distância, e as curvas com cores diferentes representam os resultados de diferentes métodos de cálculo da distância. A partir da figura, pode ver-se que o Bluetooth CS tem uma boa consistência no desvio de alcance e uma boa dispersão dos resultados de alcance num raio de 25 metros.
A Watchdata acumulou profundas capacidades de I&D no domínio da tecnologia de posicionamento Bluetooth, abrangendo RSSI, AoA/AoD e Channel Sounding. Aproveitando a vasta experiência de implementação de projectos, fornecemos com sucesso soluções de alta qualidade. Olhando para o futuro, a Watchdata continuará a concentrar-se na inovação tecnológica e na atualização de serviços, abordando ativamente as mudanças do mercado e as necessidades dos clientes para criar produtos e serviços mais competitivos. Estamos ansiosos por colaborar com mais parceiros para impulsionar o desenvolvimento da indústria e criar em conjunto um futuro mais brilhante.