高精度與低成本難兼顧，對(duì)比優(yōu)勢(shì)各異的室內(nèi)定位技術(shù)

電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/李寧遠(yuǎn)）在物料堆積如山的工廠、人來人往的商場(chǎng)醫(yī)院、設(shè)備分散的倉(cāng)庫(kù)，如何在這些室內(nèi)空間里準(zhǔn)確地定位人員或者設(shè)備這種需求一直存在。

不同于室外移動(dòng)設(shè)備能提供的位置服務(wù)，可以采用全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)GNSS和低功耗藍(lán)BLE測(cè)距在室外有效地確定人員和物體之間的相對(duì)位置。在室內(nèi)GPS是無(wú)法工作的，室內(nèi)的定位服務(wù)還有著很大的拓展空間。

百花齊放的室內(nèi)定位技術(shù)

室內(nèi)定位技術(shù)可以說是百花齊放，沒有哪種技術(shù)和室外的衛(wèi)星定位一樣統(tǒng)一了整個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景。有采用Wi-Fi的定位方案，有采用Beacon（Bluetooth）的定位方案，還有采用UWB的定位方案，這些都是采用無(wú)線通信設(shè)備并通過接收其信號(hào)來進(jìn)行定位的方案。

也有不少室內(nèi)采用紅外線、超聲波、激光雷達(dá)等傳感器來實(shí)現(xiàn)定位的方案。這些百花齊放的室內(nèi)定位技術(shù)在定位精度、部署難易程度和成本上各不一樣，有些室內(nèi)定位技術(shù)更適合消費(fèi)級(jí)場(chǎng)景，有些室內(nèi)定位技術(shù)更適合工業(yè)級(jí)場(chǎng)景。

首先精度肯定是和應(yīng)用價(jià)值成正比的，越高的室內(nèi)定位精度肯定有更廣闊的應(yīng)用前景和價(jià)值。但技術(shù)實(shí)現(xiàn)成本也制約了相當(dāng)一部分高精度室內(nèi)定位技術(shù)的應(yīng)用，畢竟在消費(fèi)級(jí)室內(nèi)定位市場(chǎng)大規(guī)模部署高成本的定位設(shè)備也是不現(xiàn)實(shí)的，所以機(jī)器視覺、激光雷達(dá)等這種高成本工業(yè)級(jí)的室內(nèi)定位手段這里就不關(guān)注了。

藍(lán)牙室內(nèi)定位：前景巨大的定位技術(shù)

得益于藍(lán)牙技術(shù)的發(fā)展，基于藍(lán)牙AOA/AOD技術(shù)的室內(nèi)定位新框架，以及藍(lán)牙測(cè)向算法，該技術(shù)的室內(nèi)定位日趨精準(zhǔn)簡(jiǎn)單。

早期的基于藍(lán)牙信標(biāo)或者基于RSSI的定位是和藍(lán)牙AoX不同的，比較具有代表性的藍(lán)牙信標(biāo)定位廠商是Estimote，是最早開始做零售行業(yè)室內(nèi)定位服務(wù)的?；谒{(lán)牙信標(biāo)或者基于RSSI的定位精度算不上很高，雖然也能到米級(jí)別的定位，但是精度一般在3—10米。

發(fā)展到AoX藍(lán)牙測(cè)向技術(shù)，定位精度和功耗又提升了一大步。AoX藍(lán)牙測(cè)向理論上能夠做到1m以內(nèi)的室內(nèi)定位精度，功耗相比此前的藍(lán)牙定位技術(shù)功耗更低，在一顆紐扣電池供電的情況下，能維持五到十年的工作壽命。

另一個(gè)更敏感的考量點(diǎn)還是在BOM成本上，設(shè)計(jì)這種藍(lán)牙tags的成本，根據(jù)Silicon Labs的測(cè)算目前的芯片組件市場(chǎng)價(jià)格不超過1美金，當(dāng)然前提是量要足夠大。這種室內(nèi)定位技術(shù)，最核心的器件自然是藍(lán)牙SoC芯片。高通、TI、Nordic、Silicon Labs、u-blox、MTK、英飛凌、ST、泰凌微、炬力、樂鑫等等廠商都有相關(guān)產(chǎn)品提供。

但是基于藍(lán)牙的定位，受限于藍(lán)牙信號(hào)功率低，穿透力弱，在復(fù)雜空間內(nèi)需要高密度的Bluetooth作為錨點(diǎn)，部署量不小，如果有盲區(qū)或需要更高精度，就需要再增加錨點(diǎn)部署。部署量的增加無(wú)疑給了成本很大壓力。另一方面，其穩(wěn)定性也有待提高，雖然電磁干擾信號(hào)只要沒有造成整個(gè)頻段的阻塞，就不會(huì)顯著影響定位精度，但肯定會(huì)受到影響。ZigBee技術(shù)和藍(lán)牙類似，不單獨(dú)列舉。

藍(lán)牙定位服務(wù)能力增強(qiáng)后雖然離大規(guī)模商用還有一定距離，但藍(lán)牙測(cè)向室內(nèi)定位的前景是巨大的，不少做藍(lán)牙芯片的廠商都在這個(gè)方向上布局。

Wi-Fi室內(nèi)定位：受益于普及率高的多領(lǐng)域泛定位應(yīng)用

Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)不僅是室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，也可以用于室內(nèi)定位，作為應(yīng)用普及率最高的室內(nèi)無(wú)線接入通信系統(tǒng)，在定位技術(shù)的生態(tài)對(duì)比中優(yōu)勢(shì)是明顯的，因?yàn)闊o(wú)需部署額外的定位基礎(chǔ)設(shè)施。不過如果把原本的基站也算入到成本里，其實(shí)成本優(yōu)勢(shì)也不明顯。

Wi-Fi定位主要包含兩種定位算法，指紋算法和三角定位法?？偟膩砜?，指紋算法前期準(zhǔn)備工作量較大，尤其是算法層面，需要建立數(shù)據(jù)指紋庫(kù)。而且該庫(kù)要定期更新數(shù)據(jù)庫(kù)的信息，對(duì)信息準(zhǔn)確度要求很高。

三角定位法則無(wú)需如此繁雜的準(zhǔn)備工作，但是其信號(hào)強(qiáng)度衰減模型與室內(nèi)環(huán)境高度相關(guān)，在室內(nèi)環(huán)境較為復(fù)雜的情況下，信號(hào)強(qiáng)度衰減非常明顯，因此產(chǎn)生的漂移最后導(dǎo)致定位結(jié)果不準(zhǔn)確。

Wi-Fi定位技術(shù)的精度一般處于3—30米，在各種室內(nèi)的泛定位場(chǎng)景里，精度不高的Wi-Fi定位技術(shù)還是有著應(yīng)用空間的，想提升精度，就要增大AP的部署密集度，成本也會(huì)顯著上升并不劃算。在不額外增加基站的情況下做泛定位，Wi-Fi定位技術(shù)雖然精度不高，但優(yōu)勢(shì)也很突出。

Wi-Fi定位技術(shù)的核心器件自然是Wi-Fi芯片，根據(jù)Global Market Insights數(shù)據(jù)，2021年全球Wi-Fi芯片市場(chǎng)規(guī)模超過200億美元，到2025年，全球Wi-Fi芯片市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到220億美元。上面提到的做藍(lán)牙芯片的廠商大多數(shù)都覆蓋了Wi-Fi芯片的業(yè)務(wù)，而且不少?gòu)S商在Wi-Fi6、Wi-Fi7芯片上進(jìn)展頻頻，成本會(huì)上升，但也能夠進(jìn)一步鞏固Wi-Fi定位方案已有的優(yōu)勢(shì)。

UWB室內(nèi)定位：成本尚未完全下探的高精度定位

UWB技術(shù)以其厘米級(jí)定位精度和無(wú)縫互聯(lián)特性逐漸在消費(fèi)電子、精準(zhǔn)定位、汽車互聯(lián)等相關(guān)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)廣泛應(yīng)用。UWB信號(hào)不適合遠(yuǎn)距離傳輸，因?yàn)樗p比較嚴(yán)重，而其工作頻率遠(yuǎn)離2.4GHz等繁忙的窄帶通信頻段，因此UWB信號(hào)具有強(qiáng)大的抗干擾能力，同時(shí)在復(fù)雜環(huán)境中具有極強(qiáng)的抗多徑能力。這也體現(xiàn)了UWB室內(nèi)定位兩個(gè)特點(diǎn)，一是需要多點(diǎn)部署，二則是穩(wěn)定性極高。

精度自然是無(wú)可挑剔，目前市面上已經(jīng)商業(yè)的UWB定位應(yīng)用基本上在10厘米精度級(jí)別，相關(guān)UWB芯片廠商的理論定位精度級(jí)別更是已經(jīng)提高到3厘米甚至是1厘米。精度是UWB在各種室內(nèi)定位手段中最具優(yōu)勢(shì)的。

UWB芯片，UWB室內(nèi)定位的核心器件，不同于Wi-Fi、藍(lán)牙芯片，UWB芯片設(shè)計(jì)難度更大，想要實(shí)現(xiàn)定位高精度，大帶寬和高采樣率是最基礎(chǔ)的。UWB芯片內(nèi)部射頻和模擬模塊需要能夠支持更高的帶寬，延遲部分也需要計(jì)算得非常精確。另一方面，UWB芯片的定位需要大量算法的優(yōu)化迭代作為基礎(chǔ)，開發(fā)難度和成本自然也就更高。目前市占較高的是Qorvo和NXP，在UWB應(yīng)用的多個(gè)垂直場(chǎng)景中占據(jù)絕大部分市場(chǎng)份額，ST、瑞薩也在不斷跟進(jìn)UWB芯片領(lǐng)域。國(guó)內(nèi)也有不少UWB芯片廠商，紐瑞芯、優(yōu)智聯(lián)、馳芯半導(dǎo)體、瀚巍微電子等廠商都在UWB芯片高精度和低功耗性能上不斷突破。

成本是UWB室內(nèi)定位應(yīng)用的難題，雖然近幾年UWB發(fā)展風(fēng)生水起，出貨量的提升促進(jìn)了成本的下探，但是相比于Wi-Fi、藍(lán)牙芯片，其價(jià)格仍然較高。而且UWB定位需要定制發(fā)射器、中繼器、轉(zhuǎn)發(fā)器，總成本還是處于高位。

室內(nèi)定位技術(shù)對(duì)比

除了上面提到的室內(nèi)定位技術(shù)，市面上也有使用慣導(dǎo)傳感器技術(shù)來做定位的方案，掃地機(jī)器人就是很成熟的一類用例。地磁也是常見的室內(nèi)定位解決方案，同樣是消費(fèi)級(jí)傳感器定位的一種技術(shù)。

地磁傳感利用地球磁場(chǎng)，可以為導(dǎo)航定位提供天然的坐標(biāo)系，在導(dǎo)航系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)定位定向。地磁定位的優(yōu)點(diǎn)在于適用于所有大型場(chǎng)地，是不需要基礎(chǔ)設(shè)施的一種室內(nèi)定位方法，單一地磁精度范圍可以達(dá)到3米左右。地磁可以結(jié)合其他傳感來實(shí)現(xiàn)共同室內(nèi)定位，比如融合IMU，然后再通過Wi-Fi、藍(lán)牙加以輔助。地磁加IMU是在精準(zhǔn)度、可靠性以及開發(fā)和維護(hù)成本之間保持較好平衡的一種室內(nèi)定位技術(shù)手段。這種融合手段，想要做更高的精度，會(huì)受限于IMU硬件的誤差以及算法能力，和傳感相關(guān)的定位技術(shù)都是如此。

小結(jié)

眾多室內(nèi)定位技術(shù)各自都有優(yōu)勢(shì)的地方，也都有局限性。高精度的室內(nèi)定位目前很難將成本控制在較低的范圍內(nèi)，而成本較低的定位技術(shù)在精度上也很難有突破。室內(nèi)定位領(lǐng)域也一直在盡可能提供高精度定位的基礎(chǔ)下將成本下探。

想要兼顧高精度和低成本，除了技術(shù)的各自發(fā)展，融合室內(nèi)定位也是一個(gè)解決方向。當(dāng)下室內(nèi)定位需求很難僅用單一技術(shù)就可以滿足定位和成本上的各種需求，取長(zhǎng)補(bǔ)短的各種融合室內(nèi)定位技術(shù)組合會(huì)越來越多。