The short-range wireless connectivity landscape continues to evolve at a rapid pace. Technologies such as Bluetooth®, Wi-Fi, and Ultra-wideband (UWB), which were once focused predominantly on sending and receiving data between devices, are becoming increasingly multi-functional. Most recently, with the introduction of Bluetooth® Channel Sounding, Bluetooth technology has added secure, fine-ranging capabilities to its suite of positioning features to enable true distance awareness.
Bluetooth® Channel Sounding helps support a wide range of use cases that take advantage of highly accurate and secure device positioning, encompassing personal item tracking and digital keys to a whole host of use cases that can benefit from knowing the precise distance between two different Bluetooth® devices. With the massive ecosystem of Bluetooth devices on the market, and the potential for nearly any Bluetooth device to now be accurately located as part of a Find My network, these improvements can help enable a significant acceleration of true distance awareness for connected devices in the years to come.
Bluetooth® Channel Sounding and UWB
There are several wireless technologies on the market that can provide distance measurement capabilities. Each has its own unique benefits and tradeoffs in terms of accuracy, power consumption, latency, range, scalability, ease of deployment, ecosystem enablement, and cost, among many others. The centimeter-level accuracy, ubiquitous availability of Bluetooth smartphones and platform devices, lower chipset costs, lower power consumption, reduced design complexity, and the avoidance of an additional radio could prove compelling enough to leverage standalone Bluetooth® Channel Sounding as an alternative to UWB fine ranging across many distance measurements use cases.
In some application segments, Bluetooth® Channel Sounding will compete with UWB, and in others, they will work directly together to enhance the overall positioning performance. However, it is important to note that different use cases for secure ranging will have different requirements.
While some applications may require UWB’s higher level of precision, for many, this will be overkill, and some OEMs may not be able to justify the cost and complexity of embedding an additional UWB radio onto their device for this sole purpose. For example, if we take the personal tracker use case, there may be little benefit in knowing whether an item is millimeters away versus tens of centimeters or even one meter away, depending on the size of the item. Therefore, some developers may choose to develop a Bluetooth® Channel Sounding solution that provides strong enough performance, strong interoperability, and reduced cost and power consumption, while others may opt for a higher-performance solution with the tradeoff of additional cost and greater power consumption.
In phone-as-key access-control applications, knowing that the user is in sub-meter-level proximity should typically be sufficient for locking and unlocking a door. Today, there are many Bluetooth LE door locks already on the market that leverage the installed base of Bluetooth LE mobile devices for automatic unlocking on approach. Bluetooth® Channel Sounding can provide enhanced security and better user experiences over RSSI by opening only when the user is in closer proximity while avoiding the cost of an additional UWB radio.
Similarly, when tracking a limited number of high-value assets that are within a warehouse, hospital, campus, or industrial environment, distances of between one and five meters can often be sufficient to locate an item efficiently. However, if the item is smaller, such as a tool, having the additional centimeter-level capabilities of Bluetooth® Channel Sounding can be beneficial.
The benefits of Bluetooth® Channel Sounding
Bluetooth® Channel Sounding offers product developers a number of high-value benefits to better support device capabilities, including:
High-accuracy distance measurement: Bluetooth® Channel Sounding leverages multi-channel, phase-based ranging (PBR) to enable highly accurate fine ranging between Bluetooth connected devices. Bluetooth® Channel Sounding offers centimeter-level accuracy over considerable distances, meeting the needs of the vast majority of applications and allowing even the simplest connected devices to take advantage of true distance awareness.
High security: The combined use of PBR and RTT in Bluetooth® Channel Sounding ensures that the vehicle and building door locks are only opened when the authorized digital key or fob is actually within a certain distance, making them much less susceptible to man-in-the-middle relay attacks.
Ubiquitous adoption in tracking devices: Bluetooth® LE has a ubiquitous presence in consumer platform devices such as smartphones, PCs, tablets, and wearables, creating a huge installed base of potential initiator devices. While there may need to be hardware upgrades to support Bluetooth® Channel Sounding, there are some devices on the market that can be upgraded to support this feature. And though the presence of UWB fine-ranging solutions is expected to grow in the years to come, the rollout of Bluetooth® Channel Sounding compatible hardware is expected to be much more rapid than the rollout of UWB technology.
Enormous Bluetooth device ecosystem: With nearly eight billion Bluetooth devices expected to ship in 2029 alone, there are an enormous number of devices that can potentially incorporate Bluetooth® Channel Sounding over time. While some more advanced implementations of Bluetooth® Channel Sounding with multiple antennas may be more complex, single antenna implementations can enable Bluetooth® Channel Sounding without impacting the design of existing Bluetooth® LE products, taking advantage of the Bluetooth chip already on the device to create a highly scalable ecosystem of devices that can become part of a wide range of connected device solutions, such as a Find My network.
Reduced cost and complexity: In contrast to UWB, implementing Bluetooth® Channel Sounding does not require the integration of an additional UWB radio into the device, keeping the BOM cost down while adding secure ranging. For example, a Bluetooth LE Audio-enabled true-wireless earbud or charging case could implement Bluetooth® Channel Sounding without the need to redesign the board to incorporate a UWB chip, reducing the cost, complexity, and time to market while enabling that device to be accurately tracked when lost. As a Bluetooth® LE chip is already required by the device itself for audio purposes, the only additional cost is to leverage a Bluetooth® Channel Sounding capable chipset.
Interoperability: One of the major benefits of being part of the Bluetooth ecosystem is that all devices will also be fully interoperable. This means that a Bluetooth® Channel Sounding compliant smartphone or mobile device from one vendor will be able to track a Bluetooth® Channel Sounding device from another vendor. This will help to create a scalable ecosystem of solutions which can address multiple devices and applications.
Reduced power consumption: Bluetooth® Channel Sounding takes advantage of the inherent low-power characteristics of Bluetooth LE technology. This is likely to be a key factor when deciding what technology to embed in battery-sensitive devices requiring high-secure ranging.
Reliability: Bluetooth® Channel Sounding solutions that utilize multiple antennas can help mitigate the impact of multipath reflections on accuracy. This can help increase the reliability of distance awareness across a diverse range of environments.
Why choose Bluetooth® Channel Sounding
One of the major benefits that could accelerate the potential of Bluetooth® Channel Sounding is that Bluetooth technology is already embedded within many of these wireless devices that have the potential to be tracked. Supporting Bluetooth® Channel Sounding could enable many new device categories to offer tracking functionality without the need to equip them with dedicated smart tags or to embed an additional UWB radio. In particular, low-cost single antenna IoT solutions, while less accurate, can provide sufficient distance awareness to find the item without the need for developers to invest in new technologies, additional radios, or more complex product designs. This, combined with the ubiquitous presence of Bluetooth® LE in mobile devices, may encourage more end-device vendors to add support for Bluetooth® Channel Sounding solutions in their devices for a variety of use cases, including item tracking, presence detection, and proximity activation, among others.
While UWB penetration in smartphones is expected to grow in the coming years, only a quarter of smartphones shipped in 2023 came equipped with the technology. ABI Research expects a much swifter rollout of Bluetooth® Channel Sounding smartphones and other platform devices as compatible hardware proliferates. Furthermore, the flexibility of Bluetooth® Channel Sounding can enable it to prioritize different metrics and tailor it for specific applications that may need higher security, higher accuracy, lower latency, or lower power consumption.
Learn more about How Bluetooth® Channel Sounding Will Shape the Future of Device Positioning.
短距離無線接続の世界は、急速に進化を続けています。Bluetooth®、Wi-Fi、UWB（超広帯域無線通信）など、かつては主にデバイス間でデータの送受信を担っていた技術は、ますます多機能になりつつあります。最近登場したBluetooth®チャネルサウンディングによってBluetooth技術の測位機能にセキュアな高精度測距が加わり、真の距離認識が可能になりました。
Bluetooth®チャネルサウンディングは、高精度かつセキュアなデバイス測位を必要とする多種多様なユースケースの実現に特に効果的です。この対象には、紛失防止トラッカーやデジタルキーをはじめ、2台のBluetooth®デバイス間での正確な距離測定を機能の一部に含む、数多くのユースケースが含まれます。既に市場には、Bluetoothデバイスの巨大なエコシステムが存在しています。これらのBluetoothデバイスのほぼすべてが、紛失物を見つけるための紛失防止ネットワークの中で正確な位置情報を提供できるようになるポテンシャルを踏まえると、今回の機能追加は、今後のコネクテッドデバイスにおける真の距離認識の実現に大きく弾みをつけることができます。
Bluetooth®チャネルサウンディングとUWB
距離測定機能を市場に提供する無線技術はいくつかあります。正確性、消費電力、遅延性、通信範囲、拡張性、実装の容易さ、エコシステム実現、コストなどにそれぞれ独自の利点と弱点があります。Bluetooth®チャネルサウンディングは、センチメートル単位の精度、スマートフォンなどのプラットフォームデバイスにおけるBluetoothの遍在的な普及、低コストのチップセット、低消費電力、設計上の煩雑さの解消、無線の追加を回避できることなどから、測位関連の数多くのユースケースでUWB高精度測位に代わる単体でも有力な選択肢として十分魅力的なものとなりえます。
Bluetooth®チャネルサウンディングに関しては、UWBと競合するアプリケーション分野もあれば、連携して全体的な測位パフォーマンスを向上させる分野もあるでしょう。ただし、セキュアな測距に関する要件がユースケースによって異なるという点への留意は重要です。
UWBのより高い精度を必要とするアプリケーションがある一方で、それが過剰である場合も多く、企業によってはこのためだけにUWBを採用し、コストと複雑性の増加を許容できない場合もあるかもしれません。個人用の紛失防止トラッカーを例にとると、紛失物の位置をミリメートル単位で特定できることは、数十センチメートル単位や品物の大きさによっては1メートル単位で特定できる場合に比べ、さほど大きなメリットにならないと考えられます。このため、十分な性能と強力な相互運用性、低コスト・低消費電力を実現するBluetooth®チャネルサウンディングが選ばれる場合もあれば、より高いコストと消費電力を要するとしても、より高性能のソリューションが選択される場合もあるかもしれません。
スマホキーの場合、一般的にドアを施錠・解錠するには、ユーザーが1メートル以内まで近づいているかを判別できれば十分です。既に現在、モバイルデバイス搭載のBluetooth LEを活用し、接近することで自動的に解錠するBluetooth LEドアロックは数多くあります。Bluetooth®チャネルサウンディングを使用すれば、RSSIに比べ、よりより近距離での解錠可能にし、UWB無線の追加によるコスト増加も回避できるため、セキュリティを強化すると同時にユーザー体験の向上も図ることができます。
同様に、倉庫、病院、キャンパス、産業現場において限られた数の高額資産を追跡する場合、大抵は1メートルから5メートルの距離内であれば位置を特定するには十分です。その一方で、追跡する対象が道具類など小さな物である場合は、Bluetooth®チャネルサウンディングのセンチメートル単位の精度が役立つでしょう。
Bluetooth®チャネルサウンディングのメリット
Bluetooth®チャネルサウンディングは製品開発において付加価値の高いメリットをもたらし、次のようなデバイス機能の向上を可能にします。
正確性の高い測距：Bluetooth®チャネルサウンディングはマルチチャネルのPBR（Phase-Based Ranging：位相ベース測距）を活用し、Bluetooth接続デバイス間で高精度な距離測定を可能にします。Bluetooth®チャネルサウンディングでは、長距離でもセンチメートル単位の精度を実現し、数多くのアプリケーションのニーズに応え、極めてシンプルなデバイスであっても真の距離認識のメリットを実現できます。
高いセキュリティ：PBRとRTT（Round-Trip Time：往復時間）を組み合わせて使用することで、Bluetooth®チャネルサウンディングでは、権限を与えられたデジタルキーやリモコンキーが一定の距離内にある場合にのみ、車やビルのドアの解錠を可能にします。これにより、中間者攻撃（MITM攻撃）を受けにくくすることができます。
あらゆるトラッキングデバイスに搭載：Bluetooth LEはスマートフォン、PC、タブレット、ウェアラブルなど、コンシューマー向けプラットフォームデバイスに広範に搭載されているため、膨大な数のデバイスが既にイニシエータデバイスとして利用できる状態にあります。Bluetooth®チャネルサウンディングに対応するためにはハードウェアのアップグレードが必要になる場合がありますが、市販デバイスの一部はアップグレードが可能です。また、UWB高精度測位の拡大が今後見込まれる一方で、Bluetooth®チャネルサウンディング対応のハードウェアの普及はUWB技術の普及よりも大幅に速く進むと予想されます。
Bluetoothデバイスの巨大なエコシステム：2029年単年でもBluetoothデバイスの年間出荷台数は80億台近くになると予想され、Bluetoothチャネルサウンディングを搭載できる可能性のあるデバイスは膨大な数に上ります。複数アンテナのBluetooth®チャネルサウンディングの高度な実装はより複雑化する可能性がありますが、単一アンテナでの実装であればデバイス内に既にあるBluetoothチップを利用し、既存のBluetooth LE製品の設計に影響することなく実現できます。これにより、紛失防止ネットワークなどコネクテッドデバイスによるさまざまなソリューションの一部を形成できる、拡張性の高いデバイスのエコシステムが実現します。
コストと複雑性を低減：UWBとは対照的に、Bluetooth®チャネルサウンディングを実装するためにデバイスに無線を追加する必要はなく、部品表（BOM）コストを抑えながら、新たにセキュアな測位を付け加えることができます。例えば、Bluetooth LE Audio対応の完全ワイヤレスイヤホンや充電ケースの場合、UWBチップを搭載するための基板設計変更を要さずにBluetooth®チャネルサウンディングを実装できるため、コストと複雑性を減らし、製品化までの期間を短縮しながら、デバイス紛失時の正確な位置把握を実現できます。Bluetooth LEチップはデバイスのオーディオ機能のために元々必要なため、唯一追加コストとなるのは、Bluetooth®チャネルサウンディング対応のチップセットを活用することのみです。
相互運用性：Bluetoothエコシステムの一部となる利点の一つが、すべてのデバイスが完全な相互運用性を備えている点です。Bluetooth®チャネルサウンディング対応のスマートフォンやモバイルデバイスは、別メーカーのBluetooth®チャネルサウンディング対応デバイスを追跡できます。これにより、複数のデバイスやアプリケーションを含む、各種ソリューションからなる拡張性の高いエコシステムが形成しやすくなります。
消費電力を削減：Bluetooth®チャネルサウンディングでは、Bluetooth LE技術本来の低消費電力の特性を活用できます。これは、バッテリー消費への配慮が必要なデバイスで高精度測位が必要な場合に、採用する技術を決定づける大きな要因となります。
高い信頼性：Bluetooth®チャネルサウンディングのソリューションで複数アンテナを使用する場合、マルチパス反射が精度に与える悪影響を低減できます。これにより、多種多様な環境において、距離認識の信頼性向上が図れます。
Bluetooth®チャネルサウンディングを選ぶべき理由
Bluetooth®チャネルサウンディングが持つ可能性を加速度的に広げる大きなメリットの一つは、追跡対象となり得る無線デバイスの多くに、既にBluetooth技術が搭載されている点です。Bluetooth®チャネルサウンディングに対応することで、多くの新たなデバイスカテゴリにおいて、専用のスマートタグやUWB無線の追加を必要とせず、追跡機能を追加できます。特に、単一アンテナの低コストIoTソリューションでは、精度は落ちるものの、新技術への投資、無線の追加、設計の複雑化を必要とせずに、品物を探すために十分な距離認識を実現できます。これは、モバイルデバイスでのBluetooth LEの遍在性と相まって、紛失防止トラッカー、存在検知、近接作動などの各種ユースケースの実現のため、ますます多くのエンドデバイスでBluetooth®チャネルサウンディングソリューションの実装が進む可能性があります。 スマートフォンではUWBの普及も進むと見られていますが、2023年に出荷されたスマートフォンのうちUWBを搭載していたのは、全体の4分の1にすぎません。ABI Researchでは、Bluetooth®チャネルサウンディング対応のハードウェアの普及に伴い、スマートフォンをはじめとするプラットフォームデバイスでのBluetooth®チャネルサウンディングの実装は、より迅速に進むと予想しています。加えて、Bluetooth®チャネルサウンディングには柔軟性があることから、アプリケーションに合わせ、高セキュリティ、高精度、低遅延性、低消費電力など、優先する項目を変えることができます。Bluetooth®チャネルサウンディングによって形作られるデバイス測位の未来の詳細もご覧ください。
