Bluetooth® Channel Sounding is a high-precision distance recognition feature adopted in Bluetooth® Core 6.0. This new feature has received significant attention across various industries as it achieves greater accuracy and security while keeping implementation costs low by leveraging the widely adopted Bluetooth ecosystem for location-based services applications.
Silicon Labs, playing a major role in IoT wireless connectivity, has contributed to the development of Bluetooth® Channel Sounding from the forefront of product development. At Bluetooth Tokyo Seminar 2024, Mr. Yasuaki Okada, senior FAE at Silicon Labs’ Japan office, presented on how to implement Bluetooth® Channel Sounding to achieve better accuracy. This article showcases a few of the highlights featured in Mr. Okada’s presentation.
A notable advantage is that relatively high-precision ranging is possible with just one antenna. However…Bluetooth® Channel Sounding supports up to four antenna paths and includes multiple security features as standard
Yasuaki Okada, Silicon Labs
Bluetooth® Channel Sounding: High-precision distance recognition
Bluetooth® Channel Sounding uses PBR (phase-based ranging) and RTT (round-trip time) and operates in the same 2.4GHz frequency band as Bluetooth Low Energy (LE). While still utilizing random hopping patterns for channel occupation, channel sounding uses 1MHz width per channel with 79 total channels (72 available for ranging after excluding advertising channels), compared to Bluetooth LE’s 2MHz width per channel with 40 total channels.
A major difference from previous ranging technologies is the introduction of two roles: initiator (device calculating distance to the opposing device) and reflector (device responding to the initiator), with ranging performed based on a connection between these devices. “A notable advantage is that relatively high-precision ranging is possible with just one antenna,” said Okada. “However, using multiple antennas improves accuracy when considering multipath effects. Bluetooth® Channel Sounding supports up to four antenna paths and includes multiple security features as standard.”
Channel sounding use cases
Channel sounding can be applied in various scenarios such as automotive remote keyless entry, enabling proximity-based locking/unlocking and user enhancements like seat adjustments upon detecting a person. It can also be used for loss prevention via geofencing, where alerts are triggered when tagged items are moved beyond a designated range in retail environments. It is similarly useful for access control and asset management in facilities like hospitals, tracking personnel and granting access only to authorized individuals while also simplifying asset management and tracking stay duration.
Channel sounding can be utilized in many location-based applications requiring high precision.
Bluetooth Channel Sounding and other ranging technologies
“At Silicon Labs, we are excited about the potential of Bluetooth® Channel Sounding which offers high accuracy in distance measurement, even with a single antenna,” said Okada “This makes it highly user friendly, though accuracy improves with the use of multiple antennas. One key advantage of Bluetooth Channel Sounding is that it is standardized for use after connection and encryption, making it ideal for secure applications.”
While Bluetooth® Channel Sounding offers excellent accuracy, it is important to recognize the complementary role of other Bluetooth technologies like RSSI and AoA/AoD. RSSI is widely used for estimating distance based on signal strength and works well in many scenarios, though environmental factors can affect accuracy. AoA/AoD provides another powerful tool for Bluetooth connectivity, measuring the relative angles between devices to determine their distance. While AoA/AoD does not always require a direct connection, its antenna array can become quite large due to the need to capture phase differences.
Each of these technologies — RSSI, AoA/AoD, and Bluetooth® Channel Sounding — has unique strengths, making it essential to choose the right one based on the application and specific use case. When used together, such as combining Bluetooth® Channel Sounding with AoA/AoD, Bluetooth technology can support highly accurate location-based services, even with a single device. This synergy holds great potential for enabling the next generation of user-friendly devices.
As Bluetooth® connectivity continues to evolve, we at Silicon Labs are committed to driving innovation with these technologies, ensuring that Bluetooth remains the leading solution for precise, scalable, and reliable wireless communication across industries.
Yasuaki Okada, Silicon Labs
“As Bluetooth connectivity continues to evolve, we at Silicon Labs are committed to driving innovation with these technologies, ensuring that Bluetooth remains the leading solution for precise, scalable, and reliable wireless communication across industries,” said Okada.
Bluetooth®︎チャネルサウンディングは、最新のBluetooth®︎コア仕様6.0で採択された高精度な距離認識機能です。この新機能はBluetoothの位置情報サービスを用いるさまざまなアプリケーションにおいて、広く普及したBluetoothエコシステムのメリットを活用し、導入コストを抑えながらこれまで以上の正確性とセキュリティを実現する技術として、幅広い業界から熱い注目を浴びています。
IoTのワイヤレス接続に大きな役割を担うシリコン・ラボ（Silicon Labs）は、Bluetooth®︎チャネルサウンディングの策定に尽力し、同技術を用いた製品開発をいち早く進めてきました。Bluetooth東京セミナー2024において、同社日本オフィスのシニアFAE岡田靖章氏は、Bluetoothチャネルサウンディングの実装と高精度を実現する仕組みを解説しました。本ブログ記事では、岡田氏による解説からハイライトをご紹介します。
“アンテナ1つでも比較的高精度な測距が可能な点は、この技術の大きな利点です。その一方で、Bluetooth®︎チャネルサウンディングの規格では最大4つのアンテナパスをサポートしています。さらに、標準で複数のセキュリティ機能を備えています。” シリコン・ラボ、岡田靖章
新しい高精度距離認識機能「Bluetooth®︎チャネルサウンディング」
Bluetooth®︎チャネルサウンディングはPBR（Phase-Based Ranging:位相ベース測距）とRTT（Round Trip Time:往復時間）を用いており、Bluetooth Low Energy（LE）と同じ2.4GHz帯で動作します。ランダムのホッピングパターンでチャネルを専有するところはこれまで同様ですが、Bluetooth LEが2MHz幅で全40チャンネルであるのに対し、チャネルサウンディングでは1チャンネルあたり1MHz幅で全79チャンネルが用意されており、アドバタイズのチャンネルを除いた72チャンネルを測距に使用できます。
これまでの測距技術との大きな違いは、2つの役割が用意されていることです。イニシエーター（自機から対向機までの距離を計算するデバイス）とリフレクター（イニシエーターに応答するデバイス）が、それらのデバイス間での接続ベースで測距します。シリコン・ラボの岡田氏は「アンテナ1つでも比較的高精度な測距が可能な点は大変優れた特徴です」と話します。「その一方で、マルチパスの影響などを考慮すると複数のアンテナを使った方が精度は高まります。その点を踏まえ、Bluetooth®︎チャネルサウンディングの規格では最大4つのアンテナパスをサポートしています。また、標準で複数のセキュリティ機能を備えています。」
Bluetooth®︎チャネルサウンディングの活用シーン
Bluetooth®︎チャネルサウンディングはさまざまな場面で活用できます。自動車のリモートキーレスエントリーにおいて、近接ベースのロックとロック解除や、人の検知をしてシート位置を調整するなど、ウェイク/ウェルカムレスポンスによるユーザー強化を実現します。また、ジオフェンシングによる紛失防止にも活用でき、小売店などで高価な品物にタグをつけ、店舗から一定範囲外に出たらアラートを送信します。アクセスコントロール、入室アクセス、資産管理では、病院などの屋内施設で、人がタグを身につけ、CT室などに許可のある人のみがドアに近づくと認証してアクセスを許可したり、誰がどこにどの程度の時間滞在したり、資産管理の簡略化にも活用できます。
このようにチャネルサウンディングは、高精度が求められる数多くの位置情報アプリケーションで活用できます。
Bluetooth®︎チャネルサウンディングと従来の測距技術
「シリコン・ラボは、シングルアンテナでも高精度な測距を実現できるBluetooth®︎チャネルサウンディングの可能性に非常に期待しています。」と岡田氏は述べます。「ユーザーにとって使いやすいだけでなく、複数のアンテナを用いることでより精度を高めることもできます。Bluetoothチャネルサウンディングの利点の一つは、接続し、暗号化した後に使うところまで規格化されている点にあり、安全性が求められるアプリケーションにおいては理想的な選択肢となります。」
Bluetooth®︎チャネルサウンディングが優れた精度を実現するだけでなく、RSSIやAoA/AoDなどの他のBluetooth技術に対して補完的な役割も果たせることを踏まえておくことも重要です。RSSIは信号強度に基づく距離の推定に幅広く用いられており、多くの用途で活用できますが、環境への依存度が高く、途中の障害物などによって結果が影響される可能性があります。また、Bluetooth接続で用いられるもう一つの強力な測距技術であるAoA/AoDは、対向機との相対的な角度を算出して距離を推定できます。AoA/AoDは必ずしも接続を必要とせず使いやすい一方で、各アンテナに入ってくる位相差を見るため、アンテナアレイが大きくなる可能性があります。
RSSIやAoA/AoD、Bluetooth®︎チャネルサウンディングにはそれぞれ独自の強みがあり、アプリケーションや特定のユースケースに合わせ、最適な技術を選択することが重要になります。また、例えばBluetooth®︎チャネルサウンディングをAoA/AoDと組み合わせるなど、これらの技術を併用すれば、1台のデバイスでBluetooth技術による高精度な位置情報サービスが実現できます。こうした相乗効果を活用することで、将来的に非常に使いやすいデバイスが生まれることが期待できます。
岡田氏は次のように述べています。「Bluetooth技術は今後も進化を続け、ワイヤレス通信の精度、規模の柔軟性、そして信頼性において業界をリードし続けるでしょう。シリコン・ラボは今後も、進化するBluetooth技術を活用し、イノベーション推進に向けた取り組みを続けていきます。」
“Bluetooth技術は今後も進化を続け、ワイヤレス通信の精度、規模の柔軟性、そして信頼性において業界をリードし続けるでしょう。シリコン・ラボは今後も、進化するBluetooth技術を活用し、イノベーション推進に向けた取り組みを続けていきます。” シリコン・ラボ、岡田靖章
