實(shí)現(xiàn)厘米級(jí)精準(zhǔn)定位，藍(lán)牙5.1發(fā)布

室內(nèi)定位算是一個(gè)應(yīng)用的空白區(qū)，此前并沒(méi)有很合適的技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能。GPS在室內(nèi)新號(hào)較差，RSSI的定位則受限于精度和范圍，都難以提供令人滿意的服務(wù)。最近藍(lán)牙5.1的發(fā)布，帶來(lái)了全新的尋向功能，可以提供厘米級(jí)的定位精度，給了室內(nèi)定位提供了一種更為可靠的技術(shù)方案。

近日藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟召開(kāi)了關(guān)于藍(lán)牙5.1尋向功能的發(fā)布會(huì)，藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟亞太區(qū)開(kāi)發(fā)者關(guān)系經(jīng)理 任凱先生進(jìn)行了精彩的演講。

從藍(lán)牙5.0到藍(lán)牙5.1作為一次小幅更新，其中提供的尋向功能備受矚目。眾所周知，在之前的藍(lán)牙定位服務(wù)中，采用的是RSSI的定位。預(yù)先已知三個(gè)信標(biāo)的位置，基于無(wú)線電衰減模型每個(gè)信標(biāo)與被測(cè)信標(biāo)測(cè)得距離，然后基于三點(diǎn)定位模型得到被測(cè)信標(biāo)的位置。但在實(shí)際應(yīng)用中，RSSI受新號(hào)反射、散射、繞射等多重路徑衰竭與遮擋的影響非常嚴(yán)重。目前業(yè)界使用Beacon定位的精度可以達(dá)到3~5米左右?？紤]到布設(shè)的規(guī)模、定位的精度，發(fā)射功率帶來(lái)的功耗問(wèn)題。。。Beacon定位是一個(gè)可以實(shí)現(xiàn)，但是不適合商用的主意。它更適合用來(lái)告訴你：嗨，我來(lái)了!而不是告訴你，我在哪里?

圖：傳統(tǒng)Beacon布設(shè)實(shí)現(xiàn)定位功能

而藍(lán)牙5.1發(fā)布帶來(lái)的尋向功能，非常地令人振奮。藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟此次的媒體交流會(huì)的主題是“藍(lán)牙尋向功能強(qiáng)化位置服務(wù)”?？梢钥吹皆诙ㄎ环矫妫{(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟也是認(rèn)為藍(lán)牙5.1會(huì)有所作為。通過(guò)在定向功能，藍(lán)牙定位功能的精度將達(dá)到厘米級(jí)。

據(jù)任凱介紹，尋向功能的核心是AOA和AOD。據(jù)筆者從Nordic官網(wǎng)了解到的信息：AOA即Angle of Arrival，也就是到達(dá)角。被定向設(shè)備使用一個(gè)天線發(fā)射一組特定的測(cè)向包，接收設(shè)備擁有多個(gè)天線。接收設(shè)備的不同天線在接收定位設(shè)備的測(cè)向包時(shí)會(huì)有較小的時(shí)間偏移，側(cè)向包信號(hào)在接收設(shè)備天線上產(chǎn)生的這種相位偏移被稱為是信號(hào)的IQ成分。然后分析此IQ值，即可獲取到需被定位設(shè)備的精確坐標(biāo)信息。AoD中的D則是Departure的縮寫，也就是測(cè)量離開(kāi)角。定位主機(jī)通過(guò)多天線陣列發(fā)送一組測(cè)向包，被定位設(shè)備接收到該測(cè)向包，并通過(guò)IQ值的采樣分析，計(jì)算出被定位設(shè)備的坐標(biāo)。

圖：Silicon Labs AoA資產(chǎn)跟蹤

結(jié)合AoA和AoD的方法，藍(lán)牙5.1的定位精度已經(jīng)達(dá)到了厘米級(jí)，并且可以實(shí)現(xiàn)室內(nèi)的3D定位。Silicon Labs已經(jīng)提供資產(chǎn)定位的AoA模型的demo，如下圖所示，資產(chǎn)只需要一個(gè)天線，可以是低功耗的，同時(shí)支持額外的藍(lán)牙低功耗功能。定位器需要3×3或4×4天線陣列和開(kāi)關(guān)，邊緣網(wǎng)關(guān)處理角度讀數(shù)，并與云中的資產(chǎn)管理系統(tǒng)通信，以確定設(shè)備位置。

圖：Silicon Labs AoD室內(nèi)定位

室內(nèi)移動(dòng)設(shè)備的定位則需要AoD模型來(lái)完成更為合適，如下圖Silicon Labs提供的設(shè)計(jì)參考來(lái)看，信標(biāo)需要3×3或4×4天線陣列和開(kāi)關(guān)，被定位移動(dòng)設(shè)備(譬如手機(jī)，手表等)需要支持AoD算法，定位服務(wù)系統(tǒng)必須知道信標(biāo)坐標(biāo)。

更多的細(xì)節(jié)和demo演示，讀者可以自行點(diǎn)擊下方的視頻來(lái)進(jìn)行觀看學(xué)習(xí)。

視頻：Silicon Labs Ble5.1 定位demo演示

興奮之余，還是要給大家分享。藍(lán)牙定位在開(kāi)放場(chǎng)景中的精準(zhǔn)度更高，比如體育場(chǎng)等。因?yàn)榭磁_(tái)座位是垂直分布的，具有更好的LoS屬性。另外對(duì)于尋找鑰匙，手機(jī)等個(gè)人設(shè)備的場(chǎng)景而言，定位器也可以準(zhǔn)確高效的工作。當(dāng)信號(hào)從墻壁、櫥柜、窗戶和人身上反彈時(shí)，相位和信號(hào)強(qiáng)度會(huì)受到影響，并會(huì)引入或大或小的誤差。這是一個(gè)復(fù)雜的測(cè)向解決方案，測(cè)試表明，即使在相當(dāng)具有挑戰(zhàn)性的情況下，它也非常穩(wěn)健。如果在大型商場(chǎng)等場(chǎng)景中，則應(yīng)當(dāng)每層都設(shè)置定位信標(biāo)陣列，以期達(dá)到更好的定位效果。

藍(lán)牙5.1的尋向功能可以看作是低功耗藍(lán)牙的最重要特性，并且極有可能給藍(lán)牙的應(yīng)用面帶來(lái)更大范圍的覆蓋，給我們的生活帶來(lái)極大改觀。