NXP explains how Bluetooth® Channel Sounding will enhance automotive digital keys
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Bluetooth® Channel Sounding is attracting significant attention from various industries as a technology that can achieve high-precision ranging at low implementation costs while leveraging Bluetooth technology’s widespread ecosystem. Expectations are high in the automotive sector, not only for the high-precision ranging capabilities but also for security enhancements, with industry organizations already advancing their application to digital key standards.
Kuniyuki Tomizu of NXP Japan’s microcontroller division, who is involved in Bluetooth LE marketing, highlights the potential of Bluetooth Channel Sounding and how it will enhance automotive digital key applications across various use cases.
Digital key evolution
Bluetooth Channel Sounding can be utilized broadly across all applications that require distance measurement. Representative use cases include solutions for tracking the location of lost items, and access control applications such as car keys, which is the focus of this discussion.
With Bluetooth® LE at the center, more convenient and user-friendly solutions are being offered every day, with the use of cars as power sources and batteries becoming commonplace. In this context, controlling car features via Bluetooth connectivity is expected to become standard practice. Various industry organizations are already advancing standardization using Bluetooth Channel Sounding, with the Car Connectivity Consortium (CCC) developing a standard for automotive digital key applications.
High anti-theft performance
Bluetooth technology is ideal for car theft prevention, and Bluetooth Channel Sounding achieves robust multi-layered security by combining round-trip time (RTT) and phase-based ranging (PBR).
A commonly used method in car theft is relay attacks, a type of man-in-the-middle attack. Smart keys are designed so that a key inside a house will not open a car in a separate garage due to distance. However, using compact relay devices, bad actors can sometimes use sophisticated techniques to amplify these signals to make them appear as if the key is located where the relay device is positioned.
Ranging technology can be applied to prevent such relay attacks by measuring true distances between smart keys and cars. Bluetooth LE anti-relay keys that introduce countermeasures against relay attacks already exist, and we anticipate the development of keys combining Bluetooth Channel Sounding in the near future. In addition to incorporating Bluetooth Channel Sounding functionality, smartphones are serving as key replacements to greatly enhance user convenience.
Know-how for performance improvement
Bluetooth® Channel Sounding has taken the first step toward commercialization for the market. Currently, the technology is expected to be more user friendly and precise.
As one of the contributors to Bluetooth Channel Sounding development, NXP helped identify several emerging areas that will achieve the full precision of Bluetooth Channel Sounding. Naturally, it is crucial to use hardware and software built on accumulated experience and expertise. Second, sufficient tuning needs to be implemented in the design of antennas used for radio wave transmission and reception. The third factor is the algorithms that process the data obtained from ranging measurements, which significantly influence the realization of accurate ranging with minimal error. Testing and verification work, as well as analyzing evaluation results and applying them to software and hardware improvements, is also necessary for improving accuracy.
Diverse solutions that utilize Bluetooth® Channel Sounding to achieve both high accuracy and high reliability will play an important role in widespread adoption across the industry.
Power consumption can also be expected to decrease through the adoption of products that incorporate dedicated hardware for efficient computation, in addition to reducing ranging time. Power consumption is becoming an increasingly important issue as vehicles incorporate progressively more electric elements, and Bluetooth Channel Sounding can contribute to reducing that power consumption. As various technologies and functions continue to emerge, diverse solutions that utilize Bluetooth Channel Sounding to achieve both high accuracy and high reliability will play an important role in widespread adoption across the industry.
Bluetooth channel sounding begins with security for digital keys in automobiles, including two-wheelers, and as ranging performance improves, the potential of this technology will continue to expand. Continued collaboration across industries will be key to refining these solutions and ensuring they meet the demands of tomorrow’s connected mobility landscape.
Bluetooth®︎チャネル・サウンディングは、広く普及したBluetoothのエコシステムを背景に、導入コストを抑えて高精度な測距を実現できる技術として、さまざまな業界から熱い注目を集めています。特に自動車分野では、高精度の測距が可能なことに加えてセキュリティ強化の面からも期待を集め、すでに業界団体によるデジタルキー規格への応用が進んでいます。
NXPジャパン株式会社 マイクロコントローラ統括部でBluetooth Low Energy（LE）のマーケティングに携わる戸水邦幸氏は、最近のイベントの中で、Bluetoothチャネルサウンディングのさまざまなユースケースの中から自動車のデジタルキー用途への応用に焦点を当て、この技術がデジタルキーをより安全で便利にする仕組みと、Bluetoothチャネル・サウンディングが持つ可能性について解説しました。
デジタルキーが進化
Bluetoothチャネル・サウンディングは、測距が必要なアプリケーション全般に非常に幅広く利用できます。代表的なユースケースとしては、紛失物の位置を追跡するソリューション、そして今回特に焦点を当てている、車の鍵などのアクセスコントロールへの応用が注目されています。
現在、Bluetooth®︎ LEを応用した、日々の生活を支えるためのより便利で使いやすいソリューションが提供されています。また、車のEV化が進む中で、車を給電元の電池として使用されはじめてきました。そうした中で、Bluetooth接続を使用した車載機能のコントロールが、当たり前に行われるようになってきています。すでにさまざまな業界団体がBluetoothチャネル・サウンディングを用いた規格化を進めていますが、特にCCC（カー・コネクテッド・コンソーシアム）では、自動車のデジタルキー用途に向けた規格化を進めています。
高い盗難防止性能
車の鍵というユースケースが重要になる理由に、Bluetoothチャネル・サウンディングが車の盗難防止に非常に役立つ技術であるという点があります。Bluetoothチャネル・サウンディングはRound Trip Time（RTT：往復時間）とPhase-Based Ranging（PBR：位相ベース測距）を組み合わせることで、堅牢な多層防御のセキュリティを実現しています。
車の盗難では中間者攻撃の一種であるリレー・アタックが多く使われています。通常スマートキーが家の中にある場合、ガレージの車からは距離があるため、開錠できません。しかし現在、犯罪者は非常にコンパクトな中継機でスマートキーの信号を増幅し、あたかも中継機のある場所に鍵があるように見せかけることができます。
測距技術はスマートキーと車間の実際の距離を測定することで、こういったリレー・アタックを防ぐことに応用できます。すでにBluetooth LEアンチリレーキーではリレー・アタック対策として独自の手法が導入されていますが、今後はこれにBluetoothチャネル・サウンディングを組み合わせた鍵が登場することが期待できます。さらに、Bluetoothチャネル・サウンディング機能を組み込んだスマートフォンが鍵の代わりになり、ユーザーの利便性は大きく高まります。
パフォーマンスを向上させるノウハウ
チャネル・サウンディングは製品化の第一歩を踏み出しました。そしてこの技術は進化しながらより使いやすく、より高精度になっていくと期待されています。
NXPがBluetoothチャネル・サウンディングを用いた製品開発に携わる中で明らかになった、チャネル・サウンディングの精度向上に役立つ点についてご紹介します。当然のことながら、経験とノウハウがきちんと蓄積されたハードウェア、ソフトウェアを活用することが重要です。次に、電波の送受信に使用するアンテナの設計において十分なチューニングを実施してください。。3番目は採用するアルゴリズムです。測距で得られたデータを処理するアルゴリズムが、誤差の少ない正確な測距の実現を大きく左右します。それから、テストおよび検証作業を実施し、その評価結果を分析してソフトウェア、ハードウェアに反映させるプロセスも精度向上にあたって必要な作業となります。
演算を効率的に行う専用ハードウェアを内蔵する製品を採用頂くことで、測距時間が短くなるだけでなく、消費電力も低減も見込まれます。車のEV化が進む中で、消費電力はますます重要な課題となっています。Bluetoothをベースとしたチャネル・サウンディングは、消費電力の低減にも貢献できます。これからもさまざまな技術・機能が登場する中で、Bluetoothチャネル・サウンディングを活用した高精度で高信頼性を両立するさまざまなソソリューションが、業界での広範な普及に重要な役割を果たすでしょう。
Bluetoothチャネル・サウンディングは、2輪を含む自動車のデジタルキーのセキュリティ実現に始まり、さらに測距性能が向上することでこの技術が持つ可能性がますます広がっていきます。これらのソリューションがさらに洗練され、明日のコネクテッド・モビリティ環境の要求に確実に応えるためには、業界全体での継続的な協力が成功の鍵となるでしょう。
