藍牙AoA定位技術

在這裏插入圖片描述

大家有沒類似經歷:

  • 出了車站找不到出口- 停車場裏找不到汽車- 商場裏面找不到衛生間
    藍牙室內定位技術爲解決上訴問題提供了可能,本文將從"原理概述",“主流玩家”,“全棧方案”,“應用領域”,"存在問題"幾個方面對BLE AoA進行介紹;藍牙定位技術簡介
    藍牙定位技術主流有兩種:
    一種是通過信號的強度,即RSSI(Receive Signal Strength Indication)值來估算,其定位精度3~5米;
    另外一種是通過信號的角度信息來估算,包括AoA和AoD,精度據稱可達到10cm;
    本文主要介紹的是到達角方案(AoA);AoA技術簡介

AoA是Angle of Arrival的縮寫,原理如下
RF信號是有頻率及相位信息的調製信號,如下圖

無線信號傳播,理想情況下,若p1,p2到發射源距離一致,則p1和p2接收到的信號的幅值及相位是一致的。

如下假設:TX和p1,p2同一個平面p1和p2相隔距離爲d (藍牙信號的波長是12.5cm,d<12.5cm)
那麼,通過p1和p2收到的相位差,能夠計算出下圖的e,通過e和d,可以計算出無線信號的方向Sigma~

一個平面內,兩條直線相交,可以定位一個點,因此需要多個天線形成多個角度,天線陣列可以有不同的形式

除去原理及硬件,這裏再思考下,AoA爲什麼是BLE 5.1協議才能支持?
爲了便於接收端進行穩定的IQ(In-Phase Quadrate)採樣,AoA定位的包需要滿足特定的包格式,即需包含CTE包:
CTE包具有四個特點:  全”1“,不白化,不計入CRC和MIC計算中;

最後再提下,除了軟件的支持,芯片硬件方面其實也有要求:需要RX端能夠在短時間內(如1us內)完成接收天線的切換,這一般需要芯片內部能夠支持快速切換。
定位市場主流玩家
2019年,Gartner發佈了室內定位服務魔力象限(Magic Quadrant),裏面包括了市面上的室內定位技術廠商的信息及對廠商的分類

在上訴室內定位服務商中,採用了不同的諸如WiFi, UWB,BLE, BLE AoA的定位技術,而BLE AoA定位的廠家,以Quuppa爲代表。應用方案組成
定位的全棧解決方案包括:終端節點,網關/基站,定位引擎,位置服務。
網關即帶多天線的支持AoA算法的處理核心定位引擎功能是基於角度進行位置計算位置服務,就是把定位引擎計算出的數值,顯示在地圖中。
主要應用領域

目前,AoA還處於孵化階段,與傳統通過RSSI定位相比,BLE AoA可以達到~30cm的精度,屬於高精度定位,應用領域主要包括:
化工廠等安全控制需求工廠新零售商場,用於購物導航,尋車及揀貨
醫院,車站等大型公共場所
大型公司,用於訪客定位 
應用的挑戰

部署成本問題:爲了實現現高精度定位,需要對應配套足夠數目的定位網關,這會帶來成本的問題
系統難度問題:目前市場上主流方案,包括國外的芯片大廠如TI,其演示方案精度還是不夠,如何能夠讓終端用戶做出高精度的系統,涉及到天線設計,結構設計,地圖建模等諸多問題

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