UWB-AOA vs. 藍(lán)牙AOA，誰是面向未來的新技術(shù)

藍(lán)牙AOA這兩年挺火的，但你知道嗎，UWB也有AOA，甚至性能更優(yōu)、成本更低，工程師們正努力讓這項新技術(shù)成為現(xiàn)實。

1: 什么是AOA

AOA（Angle of Arrival）是一項專業(yè)術(shù)語，指的是測量無線電信號的到達角度，這項技術(shù)通常被用于無線電定位。常通過天線陣列技術(shù)來測量AOA到達角度。

AOA與采用哪種無線電技術(shù)無關(guān)，藍(lán)牙有AOA定位，5G有AOA定位，UWB也可以有AOA定位。除了AOA外，小伙伴有時可能還會遇到AOD（Angle of Departure）這個詞，AOA與AOD主要是上下行方式不同，可以認(rèn)為是同樣的技術(shù)。

2：UWB-AOA與藍(lán)牙AOA對比

1. 基站數(shù)量對比

UWB-AOA 1:20 藍(lán)牙AOA (1200平米、天花板3米的空曠環(huán)境)

? UWB-AOA：單基站覆蓋半徑>20米，對安裝高度無要求

? 藍(lán)牙AOA：單基站覆蓋半徑為安裝高度的1~2倍

2. 定位精度對比

? UWB-AOA：單臺大范圍2維精確定位+小范圍3維定位。UWB不僅可以測信號方向，還能厘米級測距，定位更準(zhǔn)確。標(biāo)簽高度不影響定位精度。? 藍(lán)牙AOA：單臺小范圍2維粗糙定位。藍(lán)牙AOA能測信號方向，但不能測距離。要先假設(shè)標(biāo)簽的高度是固定的，再測得信號來向與該高度平面的交點投影位置。當(dāng)標(biāo)簽被舉起或放下有高度變化時，會嚴(yán)重影響定位精度。

3. 抗多徑干擾對比

? UWB-AOA：UWB技術(shù)更容易識別直達路徑，在障礙物多的復(fù)雜環(huán)境中定位精度更優(yōu)。? 藍(lán)牙AOA：藍(lán)牙技術(shù)無法區(qū)分直達和反射路徑，測得的是包含墻壁等障礙物反射后的混疊信號，在復(fù)雜環(huán)境下定位精度低、穩(wěn)定度差。

4. 抗無線電干擾對比

? UWB-AOA：UWB頻段在工信部規(guī)范下，與其它無線電沒有沖突。而且UWB是超寬帶信號，對常見電磁干擾（都是窄帶）抵抗力更強。? 藍(lán)牙AOA：藍(lán)牙所用2.4G頻段非常擁擠，容易受到其它電子設(shè)備干擾，包括WIFI、藍(lán)牙耳機、智能家居、甚至無線鼠標(biāo)等。

5. 成本與趨勢對比

蘋果、三星、小米、OPPO、VIVO、谷歌等都已經(jīng)發(fā)布或即將發(fā)布多款集成UWB的手機和消費電子產(chǎn)品，UWB的市場趨勢正在形成。隨著UWB進入手機生態(tài)，眾多國內(nèi)外初創(chuàng)公司正在將UWB芯片的成本大幅降低，逐漸達到藍(lán)牙芯片價位。藍(lán)牙相對UWB的成本和普及度優(yōu)勢正在喪失，而藍(lán)牙相對UWB的物理性能局限會更加凸顯。

6. UWB-AOA優(yōu)勢小結(jié)

3：藍(lán)牙AOA為什么覆蓋范圍小?

藍(lán)牙AOA最大的問題就是天線覆蓋范圍太?。聪聢D俯仰角范圍做不大，通常<60°），典型藍(lán)牙AOA基站覆蓋半徑≈1至2倍的安裝高度。例如，當(dāng)藍(lán)牙AOA基站安裝在高度3米的天花板下時，每臺基站覆蓋半徑只有3~6米。考慮到標(biāo)簽高度的影響，一些有經(jīng)驗的集成商會直接按照“覆蓋半徑=安裝高度”來部署。

原因1：隨著俯仰角增大，相同測角誤差引起的平面定位誤差增大

藍(lán)牙AOA定位原理是先測量好信號來向（即通過上圖的俯仰角和方位角來確定），然后求該方向與標(biāo)簽高度平面（一般是地面+1米）的交點投影到地面，就是標(biāo)簽位置（x, y）。但因為俯仰角測量有誤差（典型±3度精度），所以當(dāng)俯仰角較小時（<60°），標(biāo)簽定位點投影到地面的xy理論誤差尚??；但當(dāng)俯仰角較大時（例如>60°），同樣的俯仰角測量誤差（上圖誤差e）會引起定位誤差d的大幅變化。因為藍(lán)牙無法精確測距（只能靠RSSI信號強度去估算，有米級誤差），這個問題無解。下圖是同樣的俯仰角測量誤差時，俯仰角變化與定位誤差關(guān)系的仿真圖。

而UWB-AOA可以通過TOF精確測距。定位原理是先測方向，再沿著該方向測量標(biāo)簽距離，單臺基站可以直接輸出標(biāo)簽的3D坐標(biāo)，該坐標(biāo)的投影是2D坐標(biāo)。誤差變得非常小，而且不隨俯仰角范圍有明顯變化。在實際設(shè)計中，全跡的UWB-AOA基站配合良好的天線設(shè)計可以覆蓋近乎0~90°俯仰角的完整半球。

原因2：隨著俯仰角增大，平面藍(lán)牙天線陣列測俯仰角誤差增大

還有些次要原因造成藍(lán)牙AOA俯仰角小，比如藍(lán)牙天線是2.4G，頻率比UWB低，天線尺寸比UWB大，很難做出小尺寸同時兼顧0~90°全范圍俯仰角的天線設(shè)計。藍(lán)牙天線通常采用貼片排布的PCB天線（下圖），在測量俯仰角時，隨著俯仰角變大角度分辨率逐漸降低，性能變差。

再次，藍(lán)牙是窄帶信號，對環(huán)境障礙物的多徑反射比UWB要更加敏感，很容易測量到錯誤的角度，從而造成更大的誤差。

4：UWB-AOA單基站介紹

通過創(chuàng)新天線陣列設(shè)計，UWB-AOA單臺基站即可實現(xiàn)大范圍2維定位和小范圍3維定位。傳統(tǒng)UWB基站需要至少3臺才能獨立2維定位。

5：總結(jié)

UWB-AOA是高精度、低成本、面向未來的新一代室內(nèi)定位技術(shù)，未來將獲得廣泛應(yīng)用。