藍(lán)牙5.1使得藍(lán)牙技術(shù)適得其所

藍(lán)牙5.1規(guī)范增加了準(zhǔn)確的定位能力，這是許多業(yè)界期盼的物聯(lián)網(wǎng)(IoT)應(yīng)用的基本用例。

藍(lán)牙5突發(fā)猛進(jìn)，并且?guī)?lái)了許多相關(guān)功能，人們可能會(huì)認(rèn)為這陣子很難再精益求精了。不過(guò)，盡管新版本的編號(hào)只是5.1，和5似乎相差不遠(yuǎn)，但藍(lán)牙5.1其實(shí)是非常重要的。

通過(guò)藍(lán)牙找到前行道路

測(cè)向是藍(lán)牙5.1的一項(xiàng)主要功能，它可以將產(chǎn)品和物品在三維空間中的絕對(duì)定位帶入低功耗無(wú)線連接的世界。

這是對(duì)低功耗藍(lán)牙功能庫(kù)的非常重要的補(bǔ)充。我們認(rèn)為它對(duì)室內(nèi)定位應(yīng)用產(chǎn)生的影響有如GPS對(duì)戶外定位生產(chǎn)的影響一樣巨大。GPS技術(shù)已經(jīng)從根本上改變了汽車、人和物品在宏觀尺度上的行進(jìn)和跟蹤，而藍(lán)牙測(cè)向功能可以對(duì)建筑物和房產(chǎn)內(nèi)的微觀尺度應(yīng)用產(chǎn)生相似的影響。

藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟(SIG)預(yù)計(jì)，到2022年，每年將會(huì)推出4億個(gè)藍(lán)牙定位服務(wù)產(chǎn)品。

建立在藍(lán)牙信標(biāo)的成功之上

使用藍(lán)牙技術(shù)的實(shí)時(shí)定位服務(wù)(RTLS)已經(jīng)面市幾年了。這是通過(guò)引入藍(lán)牙信標(biāo)實(shí)現(xiàn)的，藍(lán)牙信標(biāo)可以給出目標(biāo)之間的距離或接近度的近似數(shù)值。例如，這可能是客戶接近航空公司值機(jī)柜臺(tái)的距離。

信標(biāo)的方法是基于接收信號(hào)強(qiáng)度指示(RSSI)，監(jiān)測(cè)來(lái)自源頭的無(wú)線電信號(hào)的強(qiáng)度。RSSI方法很有用，不過(guò)，它比較粗枝大葉。除了傳統(tǒng)上RSSI帶來(lái)的僅距離信息之外，到達(dá)角(AoA)和離開(kāi)角(AoD)數(shù)據(jù)可以為人們帶來(lái)精確的方向。

使用角度來(lái)定位的方法

到達(dá)角(AoA)和出發(fā)角(AoD)這兩個(gè)概念是藍(lán)牙5.1測(cè)向功能的核心。

使用AoA，設(shè)備或標(biāo)簽僅使用一根天線發(fā)送特定的測(cè)向分組數(shù)據(jù)，接收設(shè)備或定位器則具有多根天線，來(lái)自標(biāo)簽的輸入信號(hào)將以彼此相差非常小的時(shí)移到達(dá)這些天線。這些天線接收的信號(hào)相位變化被采樣為信號(hào)的IQ分量。然后，通過(guò)在定位器處使用相關(guān)算法，這些樣本數(shù)據(jù)將會(huì)生成精確的坐標(biāo)信息。

這個(gè)方法非常適合特定物品查找和興趣點(diǎn)(PoI)應(yīng)用。

AoD方法則與此相反，確定方向的關(guān)鍵設(shè)備(例如室內(nèi)定位系統(tǒng)(IPS)中的定位信標(biāo))具有天線陣列，該定位信標(biāo)通過(guò)天線陣發(fā)送分組數(shù)據(jù)。在這種情形下，接收設(shè)備(很可能是手機(jī))將在其天線上進(jìn)行IQ采樣，并且進(jìn)行坐標(biāo)計(jì)算。

設(shè)計(jì)復(fù)雜性

藍(lán)牙測(cè)向產(chǎn)品的不同設(shè)計(jì)有利有弊。若使用支持藍(lán)牙5.1測(cè)向的Nordic器件，定位器標(biāo)簽的設(shè)計(jì)與常規(guī)藍(lán)牙硬件布局沒(méi)有顯著差異，因此這很簡(jiǎn)單，實(shí)際上，這將成為藍(lán)牙測(cè)向中使用產(chǎn)品的大多數(shù)情形。

在定位器中樞，需要設(shè)計(jì)天線陣列并將其多路復(fù)用到藍(lán)牙SoC，因?yàn)樗{(lán)牙SoC沒(méi)有多個(gè)天線端口，以免變得非常昂貴。市場(chǎng)上有一些器件可以補(bǔ)充Nordic SoC來(lái)實(shí)現(xiàn)這一功能。除此之外，天線陣列可能需要360度覆蓋范圍以捕獲信號(hào)，或者如果它是壁掛式單元，則可能需要180度覆蓋范圍。

現(xiàn)實(shí)的期望

大多數(shù)人都會(huì)認(rèn)同，準(zhǔn)確的室內(nèi)定位是一項(xiàng)很棒的功能。但是也應(yīng)該有一點(diǎn)謹(jǐn)慎的指導(dǎo)。所有這些都與傳輸?shù)臒o(wú)線電波有關(guān)，而我們無(wú)法直接控制它們?cè)诎l(fā)射器和接收器之間的傳輸路徑。障礙越少、越不擁擠，這項(xiàng)技術(shù)獲得的視線(LoS)場(chǎng)景越開(kāi)闊，定位精度就會(huì)越高。當(dāng)信號(hào)從墻壁、櫥柜、窗戶和人身體反彈時(shí)，相位和信號(hào)強(qiáng)度就會(huì)受到影響，并會(huì)引入較小或較大的誤差。無(wú)論如何，這是先進(jìn)的測(cè)向解決方案，即使在非常具有挑戰(zhàn)性的情形下，測(cè)試結(jié)果也非常穩(wěn)定精確。

簡(jiǎn)而言之，這項(xiàng)技術(shù)需要針對(duì)用例進(jìn)行實(shí)際測(cè)試，這樣可以很好地了解它是否適合你的產(chǎn)品。

典型用例

如上所述，場(chǎng)景越開(kāi)放、越不擁擠，可能會(huì)有更好的準(zhǔn)確性。首先，我們可以看看體育場(chǎng)內(nèi)的定位系統(tǒng)。由于定位中樞可能位于球場(chǎng)或舞臺(tái)區(qū)域上方，這可以接收來(lái)自正在佩戴的裝置的傳輸數(shù)據(jù)。這個(gè)場(chǎng)景非常開(kāi)放，座位垂直分層，提供了良好的LoS屬性，這個(gè)應(yīng)用應(yīng)當(dāng)是非常有效的。

另一個(gè)很好的用例是在家里或工作場(chǎng)所尋找物品，讓我們把鑰匙作為最常見(jiàn)的“我把它放在哪里了?”的例子。通過(guò)房間里的定位器中樞，這可以很好地工作。但是，位于另一層的定位器中樞不太可能提供準(zhǔn)確的位置，考慮到物理方面的挑戰(zhàn)，這是合理的。

最后，針對(duì)緊急情況進(jìn)行人員定位，這是非常有價(jià)值的用例。比如一個(gè)大型購(gòu)物中心或辦公大樓，并配備足夠的定位器中樞以覆蓋所有區(qū)域。例如，這可以為緊急服務(wù)提供非常準(zhǔn)確的信息，獲取在發(fā)生火災(zāi)時(shí)可能仍在建筑物中的任何人的信息。這將幫助緊急救援人員直接找到陷入困境的人，而無(wú)需在整個(gè)綜合體進(jìn)行系統(tǒng)性的搜索(這時(shí)救援人員看不到是否有人被困在里面)，從而節(jié)省了寶貴的時(shí)間，用于更好地進(jìn)行聯(lián)絡(luò)和救援或在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行救生護(hù)理。