Das Bluetooth® Channel Sounding(Bluetooth 6.0) ist der neue Standard für präzise und sichere BLE-Lokalisierung. Es ist mit der Direction Finding AoA/AoD-Technologie kompatibel und ermöglicht eine Vielzahl von Anwendungen wie sicheres Geo-Tracking und intelligente Zugangskontrolle.
ELA Innovation Expertise:
Dieser Artikel basiert auf einer internen Schulung, die von der Abteilung R&D / Konstruktionsbüro von ELA Innovation durchgeführt wurde.
Einführung: 15 Jahre Entwicklung der Bluetooth®-Lokalisierung
Die Bluetooth® -Lokalisierung hat sich stark weiterentwickelt. Hier sind die wichtigsten Schritte :
- 2010 – Find Me Profile: einfache Erkennung von Nähe, ohne Distanz.
- 2013 – Beacons & RSSI: Ungefähre Entfernungsschätzung für Einzelhandel oder Museen, aber begrenzte Genauigkeit und Sicherheit.
- 2019 – Direction Finding (AoA/AoD): Messung der Signalrichtung mit Hilfe der RF-Phase, höhere Genauigkeit, aber Entfernung noch ungewiss.
- Heute – Channel Sounding (Bluetooth 6.0): Präzise, zuverlässige und sichere Ortung, geeignet für digitale Schlüssel, Geo-Tracking oder “Find My”-Dienste.
Der Channel Sounding markiert den Eintritt von Bluetooth® in eine Ära, in der die Entfernung zuverlässig wird, die Sicherheit nativ integriert ist und die Anwendungsfälle zunehmen.
1. Was ist Bluetooth® Channel Sounding und die genaue BLE-Lokalisierung?
Channel Sounding ist eine fortschrittliche Funktion, die den Abstand zwischen zwei Bluetooth®-Geräten präzise und robust misst.
Er kombiniert zwei sich ergänzende Methoden:
- Phase-Based Ranging (PBR): Hochpräzise Entfernungsmessung auf der Grundlage der Analyse der Phase des HF-Signals.
- Round-Trip Timing (RTT): Misst die Laufzeit des Signals, um Mehrdeutigkeiten zu beseitigen und die Sicherheit zu erhöhen.
Das Channel Sounding funktioniert im verbundenen Modus, der mit der Direction Finding Technologie (AoA/AoD) und Bluetooth 6.0 kompatibel ist.
3. Wie das Channel Sounding die Entfernung in Bluetooth 6.0 schätzt
3.1 Phase-Based Ranging (PBR): Ultrapräzise Entfernung
Analysiert die Phase von HF-Signalen, um eine sehr genaue Schätzung zu erhalten, selbst in komplexen Funkumgebungen.
3.2 Round-Trip Timing (RTT): Bestätigung der Entfernung
Misst die Zeit, in der das Signal hin und zurück läuft, dient zur Überprüfung, um Mehrdeutigkeiten zu beseitigen und vor Manipulationsversuchen zu schützen.
Durch die Kombination dieser beiden Methoden erreicht Bluetooth® eine bisher unerreichte Genauigkeit.
4. Mehr Sicherheit durch Channel Sounding Bluetooth®.
Die eingebauten Mechanismen schützen vor :
- Spoofing: Bluetooth-Identitätsdiebstahl
- Relay / MITM: Abfangen und Weiterleiten von Signalen
- Entfernungsmanipulation: absichtliche falsche Einschätzung der Nähe
Schlüsselmechanismen :
- Erweiterte Randomisierung: Zufällige Töne, Bitsequenzen und Antennenwege
- Kreuzvalidierung PBR + RTT: Inkonsistenzen entdeckt → Warnung
- Erkennung von Anomalien: gemeldete verdächtige Phasenschwankungen oder Verzögerungen
5. Vergleich der wichtigsten Technologien für die BLE-Lokalisierung
| CSSR | Ankunftswinkel / Winkel Abflugwinkel | Channel Sounding | |
| Ortsmetrik | Entfernungsschätzung durch Messung des Leistungspegels beim Empfang | Berechnung des relativen Winkels zwischen zwei Punkten | Präzise Entfernungsmessung nach Flugzeit (ToF) und Phase (PBR) |
| Antennenanforderungen | Eine einzige Antenne | Antennengruppe, die von der Spezifikation gefordert wird. | Die Verwendung mehrerer Antennen ist nicht erforderlich, kann jedoch die Genauigkeit verbessern. |
| Bluetooth® LE-Konnektivität | Modus Verbunden und nicht verbunden | Modus Verbunden und nicht verbunden | Nur verbundener Modus |
| Leistung | ± 5 m, hohe Empfindlichkeit gegenüber Interferenzen | ± 3° im Azimut, ± 5° in der Elevation Um 1m herum | ± 0,3 m für < 5 m mit PBR ± 0,5 m für > 5 m mit PBR |
| Vorteile durch Lösung | Unterstützung für RSSI-Maßnahmen in bestehenden Bluetooth LE-Produkten | – Skalierbare Lösung für die Positionsverfolgung in Echtzeit. – 5 bis 10 Jahre Batterielebensdauer. | – – Genauigkeit im Zentimeterbereich. – Geeignet für kritische Anwendungen. |
| Energieverbrauch | Sehr geringer Verbrauch | Geringer Verbrauch | Etwas höher |
6. Anwendungsbeispiele für Bluetooth® Channel Sounding
6.1Geo-Fencing-Anwendungen
Mit Channel Sounding können Sie durch Distanzmessung ultrapräzise Kontrollzonen schaffen. Das Fahrzeug erkennt automatisch die Anwesenheit des Benutzers und aktiviert den berührungslosen Zugang.
Diese Technologie öffnet auch den Weg fürpersonalisierte Begrüßungsfunktionen. Das Cockpit passt den Sitz, die Spiegel und die persönlichen Einstellungen an das Profil des Benutzers an.
Das Channel Sounding ermöglicht eine automatische Verriegelung und Entriegelung durch Annäherung, was die Sicherheit erhöht und die Benutzererfahrung vereinfacht.
Im Einzelhandel werden diese Fähigkeiten für den Diebstahlschutz und die Verfolgung von hochwertigen Waren genutzt. Waren können in Echtzeit lokalisiert werden und Warnungen oder Benachrichtigungen werden ausgelöst, wenn ein Produkt einen bestimmten Bereich verlässt oder unerlaubt bewegt wird.
6.2 Verwaltung von Inneneinrichtungen(Indoor Facility)
In intelligenten Gebäuden und Industrieanlagen ermöglicht das Channel Sounding eine intelligente Zugangskontrolle. Sensible Bereiche können dynamisch gesichert werden, mit :
- Beschränkung des Zugangs für nicht autorisierte Personen
- Senden vonAlarmen an zentrale Systeme bei längerer Anwesenheit
Die Zugangsmanager profitieren von einer automatischen Authentifizierung und einer reibungslosen Öffnung für autorisiertes Personal, was sowohl die Sicherheit als auch diebetriebliche Effizienz verbessert.
Für das Asset Management ermöglicht das Channel Sounding die ungefähre Lokalisierung aller mobilen Geräte und optimiert die Arbeitsabläufe innerhalb der Einrichtung.
6.3 Positionierung und Überwachung der festen Einrichtungen
Neben Personen ist Channel Sounding auch für die Positionierung von statischen Geräten wie Zugangspunkten oder Markierungen (Anchors) geeignet. Die Geräte fungieren abwechselnd als Initiator und Reflektor, um :
- Präzise Messungen der Abstände zwischen den Geräten
- Automatische Erstellung einer geometrischen Karte des Netzwerks
Diese Funktionen ermöglichen auch die schnelle Erkennung von Anomalien: verdächtige Bewegungen der Baken, Versuche böswilliger Manipulation oder anormale Positionsabweichungen werden sofort erkannt.
So beschränkt sich das Channel Sounding nicht nur auf die Lokalisierung von Objekten oder Personen, sondern bietet auch eine intelligente und sichere Kartierung des gesamten Funknetzes, die für kritische Einrichtungen von entscheidender Bedeutung ist.
FAQ – Bluetooth® Channel Sounding
F1: Wie genau ist das Channel Sounding?
Die Kombination PBR + RTT ermöglicht eine sehr genaue Entfernungsschätzung, die der RSSI- oder AoA/AoD-Methode allein überlegen ist.
F2: Was ist der Unterschied zwischen Channel Sounding und CISR?
RSSI basiert nur auf der Stärke des empfangenen Signals, während CS die Phase und die Laufzeit des Signals nutzt, was die Genauigkeit und Sicherheit verbessert.
F3: Funktioniert das Channel Sounding mit AoA/AoD?
Ja, es ist kompatibel und kann die Richtungsmessung ergänzen, um eine genaue Entfernung und Orientierung zu bieten.
F4: Ist für Channel Sounding Bluetooth 6.0 erforderlich?
Ja, die CS-Technologie ist Teil der erweiterten Funktionen, die mit Bluetooth 6.0 eingeführt wurden.
Schlussfolgerung
Channel Sounding ist ein großer Fortschritt in der Bluetooth®-Lokalisierung, der Genauigkeit, Zuverlässigkeit und Sicherheit bietet. Mit dieser Technologie wird Bluetooth® zu einem strategischen Werkzeug für kritische Anwendungen: digitale Schlüssel, Zugangskontrolle, Einzelhandel, intelligente Gebäude oder sichere Geo-Ortung.
Reda ARIFI
Elektronischer Ingenieur
Reda hat einen Abschluss in Mikroelektronik und Automatik (MEA) von Polytech Montpellier. Während seines Abschlusspraktikums bei ELA Innovation entwickelte er einen Prototypen eines Multitechnologie-IoT-Trackers, der Bluetooth Low Energy und LoRaWAN kombiniert, eine Erfahrung, die seine erfolgreiche Integration in das Team erleichterte. Heute ist er aktiv an der Entwicklung neuer Beacons und IoT-Lösungen beteiligt, sowohl im Bereich des elektronischen Designs als auch der eingebetteten Software. Er ist neugierig und begeistert von neuen Technologien und interessiert sich besonders für vernetzte Objekte und ihre Anwendungen in der Industrie.
