Bluetooth® Channel Sounding is a new secure, fine-ranging capability that promises to enhance the convenience, safety, and security of many Bluetooth connected devices. From increasing the security of digital keys to improving the performance of Find My solutions, Bluetooth® Channel Sounding will enhance our connection with our devices, one another, and the world around us.
“Extending an already rich ecosystem, the Bluetooth® Channel Sounding standard enables connected devices to more precisely and securely locate each other, paving the way for the design of new low-cost, energy-efficient, location-aware solutions,” said Kyle Golsch, senior RF system engineer at DENSO. “It also has the potential to provide a more secure and convenient user experience for automotive digital key solutions and we look forward to leveraging this technology inside and outside of automotive areas to enable more seamless user experiences for all.”
How Bluetooth Channel Sounding Works
Bluetooth® Channel Sounding uses two proven ranging methods, phase-based ranging (PBR) and round-trip time (RTT), to enable secure, fine ranging between two Bluetooth connected devices.
Phased-Based Ranging (PBR) for High-Accuracy Distance Measurement: Bluetooth® Channel Sounding leverages phase-based ranging (PBR) to achieve precise distance measurements between two devices. In PBR, an initiator device sends a signal to a reflector device, which returns the signal. Once the returned signal is received, the distance between the devices is calculated based on the phase difference between the transmitted and received signals. This process is repeated across multiple frequencies to enhance the accuracy of the distance measurement.
![Channel Sounding Graphics Phase Based Ranging[1]](https://www.bluetooth.com/wp-content/uploads/2024/08/Channel_Sounding_Graphics_Phase_Based_Ranging1.png "Channel Sounding Graphics Phase Based Ranging[1]")
Round-Trip Time (RTT) for Secure Distance Bounding: Bluetooth® Channel Sounding also incorporates a secondary ranging method called round-trip time (RTT) as a countermeasure against sophisticated man-in-the-middle (MITM) relay attacks. In RTT, an initiator device sends cryptographically scrambled packets to a reflector device, which returns the packets. The distance between the devices is then calculated based on the time it took for the packets to travel back and forth.
RTT acts as a secure distance bounding technique, providing an independent distance measurement to cross-check the PBR measurement, significantly reducing the risk of MITM attacks. By combining PBR and RTT, Bluetooth® Channel Sounding enables secure and accurate distance measurements between devices.
![Channel Sounding Graphics Round Trip Time[1]](https://www.bluetooth.com/wp-content/uploads/2024/08/Channel_Sounding_Graphics_Round_Trip_Time1.png "Channel Sounding Graphics Round Trip Time[1]")
FEATURED PAPER
Bluetooth® Channel Sounding: A Technical Overview
This paper provides an overview of the forthcoming update to the Bluetooth® Core Specification. The update adds Bluetooth Channel Sounding, a new feature that enables secure fine ranging between two Bluetooth devices.
The Complete Suite of Bluetooth Positioning Features
With the addition of Bluetooth® Channel Sounding, the suite of Bluetooth technology positioning features now includes multiple techniques for measuring distance between two devices, along with proven methods for detecting presence and understanding direction.
Presence – It’s Nearby: Bluetooth Advertising allows a transmitting device to share its presence with scanning devices within a general area, enabling one device to detect the presence of another. Bluetooth Advertising can typically enable a device to detect the presence of another device at distances of 100m or more.
Direction – It’s That Way: Bluetooth Direction Finding enables a receiving device to determine the direction of a signal from a transmitting device. It includes two different methods for determining signal direction, angle of arrival (AoA) and angle of departure (AoD). Bluetooth Direction Finding can typically determine the direction of a signal within +/- 5 degrees.
Distance – It’s That Far Away: Bluetooth RSSI (received signal strength indication) is a coarse-ranging feature that enables a receiving device to estimate the distance to a transmitting device by measuring the power level of the received radio signal. Bluetooth RSSI can typically achieve distance estimations with meter-level accuracy.
“The adoption of Bluetooth® Channel Sounding will help the ICCOA continue to deliver greater convenience, performance, and security to drivers and passengers worldwide.”
– Feng Yunsheng, ICCOA
By adding Bluetooth® Channel Sounding as a second ranging technique, Bluetooth technology can now be used to compute the distance to another device with centimeter-level accuracy, enabling true distance awareness. Bluetooth Channel Sounding can typically achieve distance measurements with an accuracy of +/- 50cm up to 100 meters.
“We look forward to adding this new feature to our upcoming Bluetooth Digital Key specification,” said Feng, Yunsheng, chief secretary of the Intelligent Car Connectivity Open Alliance (ICCOA). “The adoption of Bluetooth® Channel Sounding will help the ICCOA continue to deliver greater convenience, performance, and security to drivers and passengers worldwide.“
With Bluetooth® Channel Sounding, developers will now be able to add true distance awareness to Bluetooth connected devices without having to design in an additional radio technology. To learn more about the intricacies of this new Bluetooth feature, check out the Bluetooth® Channel Sounding Technical Overview.
FEATURED PAPER
Bluetooth® Channel Sounding: A Technical Overview
This paper provides an overview of the forthcoming update to the Bluetooth® Core Specification. The update adds Bluetooth Channel Sounding, a new feature that enables secure fine ranging between two Bluetooth devices.
Bluetooth®チャネルサウンディングは、新しく安全な高精度測距機能であり、Bluetooth接続された数多くのデバイスの利便性、安全性、セキュリティ向上を実現します。デジタルキーのセキュリティ強化から紛失防止ソリューションの性能アップまで、Bluetooth®チャネルサウンディングは人とデバイス、人と人、人と周囲の世界とのつながりをさらに豊かにします。
デンソーのシニアRFシステムエンジニアであるカイル・ゴルシュ（Kyle Golsch）氏は次のように述べています。「Bluetooth®チャネルサウンディングは、既に豊かなBluetoothのエコシステムをさらに拡張します。接続されたデバイス同士がより正確かつセキュアに互いを検出できるようになり、これにより、低コストで省エネルギーな位置認識ソリューションの設計への道を拓きます。自動車のデジタルキーにおいても、セキュリティを強化しながら利便性を高める可能性を持っています。この技術を自動車分野の内外で活用し、すべての人に、よりシームレスなユーザー体験を届けられることを楽しみにしています」
Bluetoothチャネルサウンディングの仕組み
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）という2つの実績ある測距方法を使用し、Bluetooth接続された2つのデバイス間の高精度測距を実現します。
PBRによる正確性の高い距離測定：Bluetooth®チャネルサウンディングは、PBRを活用して 2つのデバイス間の距離を正確に測ります。PBRではイニシエータデバイスがリフレクタデバイスに信号を送信し、リフレクタデバイスは受け取った信号を返します。返送された信号が受信されると、送信信号と受信信号の位相の相違に基づいてデバイス間の距離が計算されます。このプロセスを複数の周波数帯で繰り返すことで、距離測定の正確性を高めていきます。
RTTによる安全な距離限界：Bluetooth®チャネルサウンディングでは、高度な中間者攻撃（MITM攻撃）対策として、RTTという二次的な測位方法も用いています。RTTではイニシエータデバイスはリフレクタデバイスにスクランブル暗号化されたパケットを送信し、リフレクタがそれを返します。このパケットの往復時間に基づいてデバイス間の距離が計算されます。
PBRとは別の距離測定で距離限界を割り出すRTTは、PBRの測定のクロスチェックに使用され、中間者攻撃のリスクを大幅に減らします。PBRとRTTの併用で、Bluetooth®チャネルサウンディングはデバイス間の安全かつ正確な距離測定を実現できます。
Bluetoothの各種位置特定機能
Bluetooth®チャネルサウンディングが加わったことで、Bluetooth技術の位置特定機能には、デバイスの存在と方向を検知するための実績ある手法に加え、2つのデバイス間の距離を測定するための方法も複数そろうことになりました。
存在 – 近くにあるか：Bluetoothアドバタイジングによって、デバイスは周辺エリア内でスキャンを実行している他のデバイスに自分の存在を知らせることができ、デバイスの存在検知が可能になります。 Bluetoothアドバタイジングでは、一般的に100m以上離れた場所にあるデバイスの存在も検知できます。
方向 – どちらの方向にあるのか：Bluetoothの方向検知機能により、受信機は送信機から送信される信号の方向を特定できます。信号の方向を特定する方法はAoA（受信角度）とAoD（放射角度）の2つがあります。Bluetoothの方向検知機能では、一般的に+/- 5度の精度で信号の方向を特定できます。
距離 – どのくらい遠いのか：Bluetooth RSSI（Received Signal Strength Indicator：受信信号強度）は、受信デバイスが受信した無線信号の出力レベルを測定することによって送信デバイスまでの距離を推定する、粗測距機能です。一般的にメートル単位の精度で距離を推定できます。
「Bluetooth®チャネルサウンディングの採用により、ICCOAはこれからも世界中のドライバーや同乗者に、より優れた利便性、性能、セキュリティを提供し続けることができます」
– フォン・ユンシェン（Feng Yunsheng), ICCOA
Bluetooth®チャネルサウンディングを第二の測距手法として追加することで、Bluetooth技術は他のデバイスとの距離をセンチメートル単位の精度で計算できるようになり、正確な距離認識が実現します。Bluetoothチャネルサウンディングでは、一般に最大100mの距離まで、+/- 50cmの精度で距離を測定できます。
ICCOA（インテリジェント・カー・コネクティビティ・オープン・アライアンス）のチーフセクレタリー、フォン・ユンシェン（Feng Yunsheng）氏は次のように述べています。「今後リリース予定のBluetoothデジタルキー仕様にこの新機能を追加できることを大変嬉しく思っています。Bluetooth®チャネルサウンディングの採用により、ICCOA はこれからも世界中のドライバーや同乗者に、より優れた利便性、性能、セキュリティを提供し続けることができます」
Bluetooth®チャネルサウンディングにより、開発者は追加の無線技術を設計することなく、Bluetooth接続デバイスに正確な距離認識機能を追加できるようになります。このBluetoothの新機能について、詳しくはBluetooth®チャネルサウンディングの技術概要をご覧ください。
How Bluetooth® Channel Sounding Will Shape the Future of Device Positioning
This market research note explores how Bluetooth® Channel Sounding is set to transform wireless positioning technology by enabling secure, centimeter-level distance measurements.
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